Технология пищевых продуктов

2.1 Типы теплообменников

1. 
   Теплообменникаминазывают аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ кдругим. В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников: ) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена - глухую стенку; ) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении. Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами - насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью. Конструкции теплообменников должны отличаться простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки. Трубчатые теплообменники ) Кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. На рис. 2, а показан кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции, который состоит из корпуса, или кожуха /, и приваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3. Ктрубным решеткам крепятся крышки 4.
   
2. 
   
   
3. 
   Рис. 2. Кожухотрубчатые одноходовой(а) и многоходовой(б) теплообменники В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб /(в трубном пространстве), а другая // - в межтрубном пространстве. Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - противоположном направлении, такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения еёплотности при нагревании или охлаждении. Скорости движения сред и коэффициенты теплоотдачи сравнительно невелики. В многоходовом теплообменнике (рис. 2, б) с помощью поперечных перегородок 5, установленных в крышках теплообменника, трубы разделены на секции, или ходы. Скорость движения повышается, и увеличивается интенсивность теплообмена. Теплообменники могут быть вертикальными и горизонтальными. Для уменьшения температурных деформаций используют теплообменники с компенсирующими устройствами: с линзовым компенсатором (рис. 3, а), с плавающей головкой (рис. 3, б), с U - образными трубами (рис. 3, в).
   
   
   

Рис. 3. Кожухотрубчатые теплообменники с компенсирующими устройствами ) Элементные теплообменники. Используют для повышения скорости движения среды в межтрубном пространстве. Каждый элемент - это простейший кожухотрубчатый теплообменник. По сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми теплообменниками элементные менее компактны и более дороги из-за увеличения числа дорогостоящих элементов аппарата-трубных решеток, фланцевых соединений, компенсаторов.

Рис. 4. Теплообменник типа «труба в трубе»: 1 - внутренние трубы, 2 - наружные трубы, 3 - калач, 4 - патрубок. ) Двухтрубчатые теплообменники. Теплообменники типа «труба в трубе» (рис. 4) состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов. Один теплоноситель движется по трубам, другой - по кольцевому зазору между внешней 2 и внутренней 1 трубами. Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэффициент теплоотдачи, пригодность для нагрева или охлаждения сред при высоком давлении, простота изготовления, монтажа и обслуживания. Недостатки двухтрубного теплообменника - громоздкость, высокая стоимость вследствие большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства. Змеевиковые теплообменники ) Погружные теплообменники. В ПТ жидкость, пар или газ движутся по спиральному змеевику 1, который погружен в жидкость, находящуюся в корпусе 2 (рис. 5, а). Работают при небольших тепловых нагрузках. ) Оросительные теплообменники. Представляет собой змеевики 1 из размещенных друг над другом труб, соединенных калачами 2. Сверху змеевики орошаются водой из желоба 3, отработанная вода отводится из поддона 4 (рис. 5, б). Применяют в качестве холодильников и конденсаторов. Работает при небольших тепловых нагрузках.

Рис. 5. Погружной(а) и оросительный(б) теплообменники Пластинчатые теплообменники В пластинчатом теплообменнике (рис. 6) поверхность теплообмена образуется гофрированными параллельными пластинами. Жидкости, между которыми происходит теплообмен, движутся в каналах между смежными пластинами, омывая противоположные боковые стороны каждой пластины. Теплообменники легко разбираются и очищаются от загрязнений.

Рис. 6. Схема пластинчатого теплообменника Оребренные теплообменники Трубы с поперечными ребрами различной формы используются в аппаратах для нагрева воздуха - калориферах (рис. 7), аппаратах воздушного охлаждения. Использующийся при нагреве водяной пар поступает в коллектор 1 и далее в пучок оребренных труб, конденсат отводится из коллектора 3.

Рис. 7. Пластинчатый калорифер Спиральные теплообменники В спиральном теплообменнике (рис. 8, а) поверхность теплообмена образуется двумя металлическими листами 1и 2, свернутыми по спирали. Внутренние концы листов приварены к глухой перегородке 3, аих наружные концы сварены друг с другом. С торцов спирали закрыты установленными на прокладках плоскими крышками 4 и 5. Теплоноситель / поступает через нижний штуцер и удаляется через боковой штуцер в правой крышке теплообменника, а теплоноситель // входит в левый боковой штуцер и ударяется через верхний штуцер. Работают при высоких скоростях сред. Недостатки спиральных теплообменников - сложность изготовления и ремонта. Блочные и шнековые теплообменники Для процессов теплообмена.