1.2.1.6 Смесительные теплообменники
Смесительные
теплообменники являются аппаратами без разделительной стенки, в которых
теплообмен осуществляется при
непосредственном смешении теплоносителей. К особенностям такого вида
теплообмена относится то, что в аппарате имеет место одновременно тепло- и
массообмен между теплоносителем.
Смесительные
теплообменники в большинстве случаев являются аппаратами непрерывного действия
(например, деаэратор). Широкое применение смесительные теплообменники находят
для конденсации паров, охлаждения воды воздухом, нагрева воды газами,
охлаждения газов водой, мокрой очистки и т.д. В химической промышленности
используются более сложные смесительные аппараты типа "жидкость–жидкость",
с трехфазными системами.
В
зависимости от назначения смесительные теплообменники классифицируются
следующим образом:
а)
кондиционеры - для осушения или увлажнения воздуха;
б)
скрубберы - для очистки газов от пыли, смолы, золы путем промывки газов водой;
в)
смесительные подогреватели или конденсаторы – для нагрев жидкости за счет
физического тепла воды, пара и газов;
г)
градирни – для охлаждения циркуляционной воды воздухом.
Тепловая
производительность смесительных аппаратов (как аппаратов, работающих с
гетерогенными системами) ограничивается поверхностью соприкосновения
теплоносителей, в связи с чем необходимо разбивать жидкость на капли, струи,
организовывать движение жидкости в виде пленки или пузырей. Используемый
принцип разделения жидкости определяет конструкцию смесительного аппарата.
Конструкция одного из безнасадочных (полых) смесительных аппаратов, в
которых жидкость распыливается форсунками в газовую среду, представлена на
рисунке 1.55.
1 – корпус, 2 – форсунки, 3 –
подогреватель, 4 – сепаратор влаги, 5 вентилятор
Рисунок 1.55 – Схема промышленного кондиционера
Насадочные
колонны представляют собой аппараты, в которых контакт газа и жидкости
происходит на смоченной поверхности насадки (кольца, рейки, доски со стекающей
пленкой воды, например, в градирнях).
В
процессе эксплуатации насадочных колонн возможен режим "затопления"
насадки, когда жидкость воздухом выбрасывается вверх из насадки. Для устранения
затопления насадки (которое увеличивает ее гидравлическое сопротивление)
скорость воздуха должна быть меньше 
и составлять примерно
0,85÷0,9 ее величины.
Одним
из аппаратов с насадками является градирня с естественной и принудительной
тягой К достоинству вентиляторной градирни (рисунок 1.56) по сравнению с
градирнями с естественной тягой (башенными) относится меньшие геометрические
размеры. К недостаткам следует отнести большое гидравлическое сопротивление,
увеличенный расход электроэнергии на прокачку воздуха через насадку.
1 – корпус, 2 – насадка, 3 –
разбрызгивающее устройство,
4 – каплеуловитель, 5 –
вентилятор, 6 – бассейн охлажденной воды
Рисунок 1.56 Схема вентиляторной градирни
Каскадный
аппарат (рисунок 1.57а) представляет собой аппарат с горизонтальной или
наклонной перегородками, в котором жидкость постепенно перетекает с полки на
полку (деаэратор). Движение теплоносителей в каскадных аппаратах в большинстве
случаев организуется по противоточной схеме.
Рисунок 1.57 Схемы каскадных (а) и
струйных (б)
смесительных теплообменников
В струйных смесительных аппаратах (рисунок 1.57б) основным элементом является эжектор. Для увеличения эжектирующей способности струйного аппарата установлено сопло второй ступени. В диффузоре кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную и на выходе из аппарата давление среды становится больше чем в приемной камере. К достоинствам струйных смесительных теплообменников относится компактность аппарата. Однако работа струйных аппаратов требует повышенного расхода воды для создания вакуума в приемной камере эжектора.
Поверхность нагрева (насадка) в
пленочных теплообменниках (рисунок 1.58) может выполняться из коаксиальных
цилиндров.
1 – корпус, 2 – система коаксиальных цилиндров, 3 – ввод пара
Рисунок 1.58 – Схема пленочного теплообменника с насадкой
из
коаксиальных цилиндров
К достоинствам пленочных аппаратов относится: компактность,
возможность нагрева воды до температуры насыщения, независимость коэффициента
теплоотдачи от чистоты поверхности. Недостатками этих теплообменников являются
коррозия поверхности коаксиальных цилиндров и незначительное избыточное
давление, лимитирующее температуру подогрева воды.
Конструкция
пенного аппарата, используемого в системах пылеочистки и имеющего высокую
эффективность улавливания твердых частиц, плохо смачиваемых, представлена на
рисунке 1.59.
В пенный аппарат подводится
жидкость, которая при контакте с газом образует пену. Пенообразующая жидкость
подается сверху на колошниковую решету. А газ, содержащий твердые частицы,
подается снизу аппарата под колошниковую решетку. Газ, проходя через
колошниковую решетку и слой жидкости, образует с последней пену. Твердые
частицы контактируют с пеной и образуют суспензию, которая отводится из
пространства над решеткой. Часть суспензии и жидкости протекают через решетку и
отводятся из нижней части аппарата.
1 – корпус, 2 – колошниковая
решетка, 3 газоход
Рисунок 1.59 – Схема пенного аппарата для улавливания пыли