Теплообменные устройства реакционных аппаратов

Графитовые теплообменники

Эти теплообменники составляют отдельную группу. Высокая коррозионная стойкость и значительная теплопроводность делают графит незаменимым в некоторых производствах. Промышленностью выпускаются блочные, кожухотрубные, оросительные теплообменники и погружные теплообменные элементы.

Для устранения пористости графит предварительно пропитывают фенолоформальдегидными смолами. Пропитанный графит является химически стойким материалом в весьма агрессивных средах (например, в горячей соляной, разбавленной серной, фосфорной кислотах и др.) и отличается высокими коэффициентами теплопроводности, равными 92 - 116 вт/(м град), или 70 - 90 ккал/(м ч град).

Типичными теплообменными аппаратами из графита являются блочные теплообменники (рисунок 121), состоящие из отдельных графитовых блоков 1, имеющих сквозные вертикальные каналы 2 круглого сечения и перпендикулярные им каналы 3. Теплоноситель 1 движется по вертикальным каналам, а теплоноситель П по горизонтальным каналам 3, проходя 2. последовательно все блоки, как показано на рисунке 121. Горизонтальные каналы различных блоков сообщаются друг с другом через боковые переточные камеры 4. Графитовые блоки уплотняются между собой прокладками из резины или тефлона и стягиваются торцовыми крышками 5 на болтах.

1 - графитовые блоки; 2 - вертикальные круглые каналы; 3 - горизонтальные круглые каналы; 4 - боковые переточные камеры; 5 - торцовые крышки.

Рисунок 121 - Блочный теплообменник.

Кроме прямоугольных блоков применяют также цилиндрические блоки, в которых горизонтальные каналы располагаются радиально.

Рабочее давление в блочных теплообменниках не превышает 2,9 10⁵ Н/м² (3 ат).

Для обогрева и охлаждения реакционных и других аппаратов разнообразных конструкций применяют различные устройства, в которых поверхность теплообмена образуется стенками самого аппарата.

К числу устройств, использующих в качестве теплообменного элемента стенки аппарата, относятся рубашки (рисунок 122). К фланцу корпуса аппарата 1 крепится на прокладке и болтах рубашка 2. В некоторых случаях рубашку приваривают к стенкам аппарата, но при этом затрудняется ее очистка и ремонт. В пространстве между рубашкой и внешней поверхностью стенок аппарата движется теплоноситель. На рисунке 122а показан обогрев аппарата через рубашку паром, который, при диаметре аппарата более 1 м, вводят для повышения равномерности обогрева, с двух сторон через штуцера 3, а конденсат удаляется через штуцер 4.

1 - корпус аппарата; 2 - рубашка; 3 - штуцера для ввода пара; 4 - штуцер для отвода конденсата. Рисунок 122 -Аппарат с рубашкой: а) аппарат с паровой рубашкой; б) рубашка с анкерными связями (деталь).	а) из разрезанных по образующей (половинок труб); б) из угловой стали; в) из труб, приваренных многослойным швом; г) из труб, залитых в стенки аппаратов. Рисунок 123 - Варианты исполнения змеевиков.

Поверхность теплообмена рубашек ограничена площадью стенок и днища аппарата и обычно не превышает 10 м². Давление теплоносителя в рубашке равно не более 610 ат, поскольку при больших давлениях чрезмерно утолщаются стенки аппарата и рубашки.

Для давлений вплоть до 73,6 10⁵ н/м² (75 ат) применимы рубашки с анкерными связями (рисунок 122б). Эти рубашки имеют выштампованные в шахматном порядке круглые отверстия, и по внутренней кромке отверстий стенки рубашки 2 приварена к наружной стенке аппарата. Рубашка такой конструкции обладает не только повышенной механической прочностью, но и обеспечивает более высокие скорости движения теплоносителя в полостях между анкерными связями, а следовательно, и большие коэффициенты теплоотдачи.

Нагревание или охлаждение при повышенных давлениях теплоносителя (до 58,4 10⁵ Н/м² или 60 ат) может быть осуществлено также с помощью змеевиков, приваренных к наружной стенке аппарата и изготовленных из полуцилиндров разрезанных по образующей труб (рисунок 123а) или угловой стали (рисунок 123б).

Для более высоких давлений, достигающих 246 10⁵ Н/м² (250 ат), например, в системах обогрева перегретой водой, к наружной стенке аппарата многослойным швом приваривают змеевики (рисунок 123в). Эти устройства вытесняют применявшиеся ранее для такого же диапазона давлений стальные змеевики, залитые в чугунные стенки аппарата (рисунок 123г) при его отливке.

При заливке змеевиков получают относительно низкие коэффициенты теплопередачи, так как вследствие различия коэффициентов объемного расширения стали и чугуна возможно образование местных воздушных зазоров между змеевиком и стенкой аппарата, что приводит к возрастанию термического сопротивления. Кроме того, изготовление такой системы сложно, а ремонт змеевиков практически невозможен.