6.2. Теплообменники смешения

В теплообменниках этого типа тепло передается от одной среды к другой путем непосредственного контакта потоков, т. е. путем их смешения и используется лишь в том случае, когда смешение потоков допустимо.

Теплообменники смешения по принципу действия можно подразделить на барботеры, градирни и конденсаторы.

Барботеры - это простейшие устройства для ввода водяного пара в жидкость, состоящие из труб с отверстиями в верхней части, укладываемых горизонтально на дно сосуда. Трубы могут быть согнуты в форме спирали, сварены в концентрические кольца или решетку из прямых труб. Поднимающиеся в нагреваемой жидкости пузырьки пара интенсивно ее перемешивают. Высота уровня жидкости в сосуде должна быть достаточной для того, чтобы пузырьки пара при подъеме успели сконденсироваться, это необходимо с целью использования тепла конденсации.

Градирни получили широкое распространение в качестве водоохлаждающих устройств в оборотных системах водоснабжения. Конструктивно градирня представляет собой высокую деревянную или железобетонную башню, в нижней части которой смонтирован ороситель. В зависимости от конструкции оросителя, предназначенного увеличить поверхность контакта охлаждаемой воды и воздуха, различают пленочные, капельные (рис. 6.14), брызгальные и капельно-пленочные градирни. В пленочных градирнях вода стекает в виде пленок, в капельных и брызгальных - в виде капель, в капельно-пленочных - в виде капель и пленок.

Рис.6.14. Капельная градирня

Вода, подлежащая охлаждению, с помощью водораспределительного устройства равномерно орошает всю верхнюю часть решетки оросителя. В оросителе вода движется вниз, а навстречу ей поднимается поток воздуха, поступающий в нижнюю часть башни из окружающей атмосферы. Воздушный поток создает благоприятные условия для частичного испарения воды. При испарении воды от нее отнимается тепло, благодаря чему она охлаждается.

Необходимая тяга воздуха создается благодаря разности плотностей более холодного и сухого наружного воздуха и воздуха на верху башни, подвергшегося в оросителе нагреву и увлажнению. Для создания достаточной тяги высоту башни в зависимости от производительности и типа градирни делают от 15 до 100 м. В градирнях возможно охлаждение воды на 15 - 30 ^оС.

Для уменьшения высоты градирни и интенсификации процесса охлаждения воды применяются вентиляторные градирни (рис. 6.15), в которых воздух просасывается через решетку оросителя с помощью осевого вентилятора.

Рис.6.15. Одновентиляторная градирня:

1- вентилятор; 2- лестница; 3- вертикальный вал; 4- редуктор; 5- гидромуфта; 6- электродвигатель; 7- вход в галерею градирни; 8- ороситель

Благодаря интенсификации процесса испарения воды в вентиляторных градирнях температура охлажденной воды на 3 - 5 ^оС ниже, чем при тех же условиях в обычных градирнях, а также стоимость вентиляторных градирен на 30 - 50 % меньше стоимости башенных.

Конденсаторы смешения используются для конденсации паров воды или других жидкостей, не представляющих ценности. Конденсацией пользуются для создания и поддержания некоторого разряжения в процессах выпаривания, ректификации, вакуумной сушки.

По способу действия конденсаторы бывают двух типов - мокрые и сухие. В мокрых конденсаторах охлаждающая вода, конденсат и газы откачиваются одним насосом, в сухих же конденсаторах вода и конденсат стекают самотеком по одной трубе, а газы откачиваются вакуум-насосом по другой.

а б

Рис.6.16. Конденсаторы смешения ( а- сухого барометрического конденсатора; б - конденсатор смешения мокрого типа )

На рис. 6.16-а приведена схема сухого противоточного барометрического конденсатора, состоящего из корпуса 1, полок 2 и барометрической трубы 3. Пары, подлежащие конденсации, поступают в конденсатор через ввод I, а охлаждающая вода - через ввод III. Вода, стекающая по полкам вниз, конденсирует поднимающиеся пары. Конденсат вместе с охлаждающей водой удаляется из конденсатора по барометрической трубе 3, опущенной в приемный колодец 4. Число полок в конденсаторе от 4 до 7 шт. Несконденсированные пары удаляются из конденсатора вакуум-насосом через выход II. Нагретая вода из колодца непрерывно удаляется через выход IU.

На рис. 6.16-б приведена схема конденсатора смешения мокрого типа. Он состоит из корпуса 1, внутри которого смонтированы полки 2. Охлаждающая вода разбрызгивается внутри конденсатора с помощью разбрызгивателя 3. Конденсирующиеся пары вместе с охлаждающей водой движутся сверху вниз. Конденсат вместе с охлаждающей водой и несконденсировавшимися парами откачивается одним насосом.

Мокрые конденсаторы применяют в том случае, когда нет возможности по каким-либо причинам установить барометрическую трубу.

Теплоoбменники смешения по сравнению с поверхностными теплообменниками имеют следующие преимущества: малые затраты металла, небольшие габариты и простую конструкцию. Недостатки их - невозможность выделения конденсата в чистом виде и невозможность нагрева сред, не допускающих взаимного смешения.