9.2.10 Теплообменные устройства реакционных аппаратов

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.