Теплообменник для

Как указано выше, все теплообменники работают по одним и тем же основным принципам. Однако эти устройства можно классифицировать и классифицировать несколькими различными способами в зависимости от их конструктивных характеристик. К основным характеристикам, по которым можно классифицировать теплообменники, относятся:

• Конфигурация потока
• Способ изготовления
• Механизм теплопередачи

Конфигурация потока

Конфигурация потока, также называемая схемой потока теплообменника, относится к направлению движения жидкостей внутри теплообменника по отношению друг к другу. В теплообменниках используются четыре основные конфигурации потока:

• Прямоток
• Противоток
• Перекрестный поток
• Гибридный поток

Прямоток

Прямоточные теплообменники , также называемые прямоточными теплообменниками, представляют собой теплообменные устройства, в которых жидкости движутся параллельно и в одном направлении друг с другом. Хотя эта конфигурация обычно приводит к более низкой эффективности, чем конфигурация с противотоком, она также обеспечивает наибольшую тепловую однородность по стенкам теплообменника.

Противоточный поток

Противоточные теплообменники , также известные как противоточные теплообменники, сконструированы таким образом, что жидкости движутся антипараллельно (т. е. параллельно, но в противоположных направлениях) друг другу внутри теплообменника. Противоточная конфигурация, наиболее часто используемая из конфигураций потока, обычно демонстрирует наивысшую эффективность, поскольку она обеспечивает наибольшую передачу тепла между жидкостями и, следовательно, наибольшее изменение температуры.

Перекрестный поток

В перекрестноточных теплообменниках жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменников, в которых используется эта конфигурация потока, находится между эффективностью противоточных и прямоточных теплообменников.

Гибридный поток

Теплообменники с гибридным потоком демонстрируют некоторую комбинацию характеристик ранее упомянутых конфигураций потока. Например, в конструкциях теплообменников может использоваться несколько проходов потока и устройств (например, как противоточных, так и поперечно-точных устройств) в одном теплообменнике. Эти типы теплообменников обычно используются для учета ограничений приложения, таких как пространство, бюджетные затраты или требования к температуре и давлению.

На рис. 1 ниже показаны различные доступные конфигурации потока, включая конфигурацию с перекрестным/встречным потоком, которая является примером конфигурации с гибридным потоком.

Способ изготовления

В то время как в предыдущем разделе теплообменники классифицировались на основе типа используемой конфигурации потока, в этом разделе они классифицируются на основе их конструкции. Конструктивные характеристики, по которым можно классифицировать эти устройства, включают:

• Рекуперативный и регенеративный
• Прямое и непрямое
• Статическая и динамическая
• Типы используемых компонентов и материалов

Рекуперативный и регенеративный

Теплообменники можно классифицировать как рекуперативные теплообменники и регенеративные теплообменники.

Разница между рекуперативными и регенеративными теплообменными системами заключается в том, что в рекуперативных теплообменных аппаратах (обычно называемых рекуператорами) каждая жидкость одновременно протекает по собственному каналу внутри теплообменника. С другой стороны, регенеративные теплообменники , также называемые емкостными теплообменниками или регенераторами, позволяют попеременно пропускать более теплые и более холодные жидкости через один и тот же канал. И рекуператоры, и регенераторы могут быть дополнительно разделены на различные категории теплообменников, такие как прямые или непрямые, статические или динамические, соответственно. Из двух указанных типов рекуперативные теплообменники чаще используются в промышленности.

Прямое и непрямое

В рекуперативных теплообменниках используются процессы прямого или непрямого контакта для обмена теплом между жидкостями.

В теплообменниках прямого контакта жидкости не разделяются внутри устройства и тепло передается от одной жидкости к другой посредством прямого контакта. С другой стороны, в непрямых теплообменниках жидкости остаются отделенными друг от друга теплопроводными компонентами, такими как трубы или пластины, на протяжении всего процесса теплопередачи. Компоненты сначала получают тепло от более теплой жидкости, когда она проходит через теплообменник, а затем передают тепло более холодной жидкости, когда она проходит через теплообменник. Некоторые из устройств, в которых используются процессы прямого контактного переноса, включают градирни и паровые инжекторы, а устройства, в которых используются процессы непрямого контактного переноса, включают трубчатые или пластинчатые теплообменники.

Статическая и динамическая

Существует два основных типа регенеративных теплообменников — статические теплообменники и динамические теплообменники. В статических регенераторах (также известных как регенераторы с неподвижным слоем) материал и компоненты теплообменника остаются неподвижными, когда жидкости проходят через устройство, в то время как в динамических регенераторах материал и компоненты перемещаются на протяжении всего процесса теплопередачи. Оба типа подвержены риску перекрестного загрязнения между потоками жидкости, что требует тщательного проектирования во время производства.

В одном примере статического типа более теплая жидкость проходит через один канал, а более холодная жидкость проходит через другой в течение фиксированного периода времени, в конце которого с помощью быстродействующих клапанов поток меняет направление таким образом, что два жидкости переключают каналы. В примере динамического типа обычно используется вращающийся теплопроводный компонент (например, барабан), через который непрерывно протекают более теплые и более холодные жидкости, хотя и в отдельных, герметичных секциях. Когда компонент вращается, любая данная секция попеременно проходит через более теплый пар и более холодные потоки, позволяя компоненту поглощать тепло от более теплой жидкости и передавать тепло более холодной жидкости по мере ее прохождения. На рис. 2 ниже показан процесс теплопередачи в регенераторе роторного типа с противоточной конфигурацией.

Компоненты и материалы теплообменника

Существует несколько типов компонентов, которые можно использовать в теплообменниках, а также широкий спектр материалов, используемых для их изготовления. Используемые компоненты и материалы зависят от типа теплообменника и его предполагаемого применения.

Некоторые из наиболее распространенных компонентов, используемых для изготовления теплообменников, включают кожухи, трубы, спиральные трубы (змеевики), пластины, ребра и адиабатические колеса. Более подробная информация о том, как эти компоненты функционируют в теплообменнике, будет представлена ​​в следующем разделе (см. Типы теплообменников).

В то время как металлы очень подходят и широко используются для изготовления теплообменников из-за их высокой теплопроводности, как в случае теплообменников из меди, титана и нержавеющей стали, другие материалы, такие как графит, керамика, композиты или пластмассы , может предложить большие преимущества в зависимости от требований приложения теплопередачи.

Механизм теплопередачи

В теплообменниках используются два типа механизмов теплопередачи: однофазный и двухфазный теплообмен.

В однофазных теплообменниках жидкости не претерпевают никаких фазовых переходов на протяжении всего процесса теплопередачи, а это означает, что как более теплые, так и более холодные жидкости остаются в том же состоянии вещества, в котором они поступили в теплообменник. Например, в системах теплопередачи вода-вода более теплая вода теряет тепло, которое затем передается более холодной воде и не переходит в газообразное или твердое состояние.

С другой стороны, в двухфазных теплообменниках жидкости претерпевают фазовый переход в процессе теплопередачи. Фазовый переход может происходить в одной или обеих участвующих текучих средах, что приводит к переходу от жидкости к газу или от газа к жидкости. Как правило, устройства, использующие двухфазный механизм теплопередачи, требуют более сложных конструктивных решений, чем устройства, использующие однофазный механизм теплопередачи. Некоторые из типов доступных двухфазных теплообменников включают бойлеры, конденсаторы и испарители.

Типы теплообменников

В зависимости от указанных выше конструктивных характеристик имеется несколько различных вариантов теплообменников. Некоторые из наиболее распространенных вариантов, используемых в промышленности, включают:

• Кожухотрубчатые теплообменники
• Двухтрубные теплообменники
• Пластинчатые теплообменники
• Конденсаторы, испарители и бойлеры

Кожухотрубные теплообменники

Наиболее распространенный тип теплообменников. Кожухотрубные теплообменники состоят из одной трубы или ряда параллельных труб (т. е. пучка труб), заключенных в герметичный цилиндрический сосуд высокого давления (т. е. кожух). Конструкция этих устройств такова, что одна жидкость течет через меньшую трубку (трубки), а другая жидкость течет вокруг ее / их внешней (их) и между ней / ними внутри герметичной оболочки. Другие конструктивные характеристики, доступные для этого типа теплообменника, включают оребренные трубы, одно- или двухфазный теплообмен, противоточные, прямоточные или перекрестные схемы, а также одно-, двух- или многоходовые конфигурации.

Некоторые из доступных типов кожухотрубных теплообменников включают теплообменники со спиральными змеевиками и теплообменники с двойной трубой, а некоторые из применений включают предварительный нагрев, охлаждение масла и производство пара.

Изображение предоставлено: Антон Москвитин/Shutterstock.com

Двухтрубные теплообменники

Форма кожухотрубного теплообменника. В двухтрубных теплообменниках используется простейшая конструкция и конфигурация теплообменника, состоящая из двух или более концентрических цилиндрических труб или трубок (одна трубка большего размера и одна или несколько трубок меньшего размера). В соответствии с конструкцией кожухотрубного теплообменника одна жидкость течет через меньшую трубу (трубы), а другая жидкость течет вокруг меньшей трубы (трубок) внутри большей трубы.

Требования к конструкции двухтрубных теплообменников включают в себя характеристики рекуперативного и непрямого контактных типов, упомянутых ранее, поскольку жидкости остаются разделенными и проходят через свои собственные каналы на протяжении всего процесса теплопередачи. Тем не менее, существует некоторая гибкость в конструкции двухтрубных теплообменников, поскольку они могут быть спроектированы с прямотоком или противотоком и использоваться модульно в последовательных, параллельных или последовательно-параллельных конфигурациях в системе. Например, на Рисунке 4 ниже показана передача тепла в изолированном двухтрубном теплообменнике с прямоточной конфигурацией.

Пластинчатые теплообменники

Также называемые пластинчатыми теплообменниками, пластинчатые теплообменники состоят из нескольких тонких гофрированных пластин, соединенных вместе. Каждая пара пластин создает канал, по которому может течь одна жидкость, а пары укладываются друг на друга и соединяются болтами, пайкой или сваркой, так что между парами создается второй проход, по которому может течь другая жидкость.

Стандартная пластинчатая конструкция также доступна с некоторыми вариантами, например, с пластинчато-ребристыми или подушечными пластинчатыми теплообменниками. Пластинчато-ребристые теплообменники используют ребра или прокладки между пластинами и допускают несколько конфигураций потока и более двух потоков жидкости, проходящих через устройство. Пластинчатые теплообменники с подушками оказывают давление на пластины, чтобы повысить эффективность теплопередачи по поверхности пластины. Некоторые из других доступных типов включают пластинчатые и рамные, пластинчатые и кожуховые и спиральные пластинчатые теплообменники.

Изображение предоставлено withGod/Shutterstock.com

Конденсаторы, испарители и бойлеры

Бойлеры, конденсаторы и испарители представляют собой теплообменники, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи. Как упоминалось ранее, в двухфазных теплообменниках одна или несколько жидкостей претерпевают фазовый переход в процессе теплопередачи, либо из жидкости в газ, либо из газа в жидкость.

Конденсаторы представляют собой теплообменные устройства, в которых нагретый газ или пар охлаждаются до точки конденсации, превращая газ или пар в жидкость. С другой стороны, в испарителях и котлах процесс теплопередачи изменяет текучую среду из жидкой формы в газообразную или парообразную.

Другие варианты теплообменника

используются в различных областях промышленности. Следовательно, имеется несколько вариантов теплообменников, каждый из которых подходит для требований и спецификаций конкретного применения. Помимо вариантов, упомянутых выше, доступны другие типы, включая теплообменники с воздушным охлаждением, теплообменники с вентиляторным охлаждением и теплообменники с адиабатическими колесами.

Рекомендации по выбору теплообменника

Несмотря на то, что существует широкий выбор теплообменников, пригодность каждого типа (и его конструкции) для передачи тепла между жидкостями зависит от технических характеристик и требований области применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию желаемого теплообменника и влияют на соответствующие расчеты параметров и размеров.

Некоторые из факторов, которые профессионалы отрасли должны учитывать при проектировании и выборе теплообменника, включают:

• Тип жидкости, поток жидкости и их свойства
• Желаемая тепловая мощность
• Ограничения по размеру
• Затраты

Тип жидкости, поток и свойства

Конкретный тип используемых жидкостей — например, воздух, вода, масло и т. д. — и их физические, химические и термические свойства — например, фаза, температура, кислотность или щелочность, давление и скорость потока и т. д. — помогают определить конфигурация потока и конструкция, наиболее подходящие для данного конкретного применения теплопередачи.

Например, если речь идет о агрессивных, высокотемпературных средах или жидкостях под высоким давлением, конструкция теплообменника должна выдерживать высокие нагрузки в течение всего процесса нагрева или охлаждения. Одним из способов выполнения этих требований является выбор конструкционных материалов, обладающих желаемыми свойствами: графитовые теплообменники обладают высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, керамические теплообменники могут выдерживать температуры выше, чем температуры плавления многих широко используемых металлов, а пластиковые теплообменники обеспечивают недорогая альтернатива, сохраняющая умеренную степень коррозионной стойкости и теплопроводности.

Изображение предоставлено CG Thermal

Другой метод заключается в выборе конструкции, подходящей для свойств жидкости: пластинчатые теплообменники способны работать с жидкостями от низкого до среднего давления, но с более высокими скоростями потока, чем другие типы теплообменников, а двухфазные теплообменники необходимы при работе с жидкостями, которые требуют фазового перехода на протяжении всего процесса теплопередачи. Другие свойства жидкости и потока жидкости, которые специалисты отрасли могут учитывать при выборе теплообменника, включают вязкость жидкости, характеристики загрязнения, содержание твердых частиц и наличие водорастворимых соединений.

Тепловые выходы

Тепловая мощность теплообменника относится к количеству тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующему изменению температуры в конце процесса теплопередачи. Перенос тепла внутри теплообменника приводит к изменению температуры обеих жидкостей, понижая температуру одной жидкости по мере отвода тепла и повышая температуру другой жидкости по мере добавления тепла. Желаемая тепловая мощность и скорость теплопередачи помогают определить оптимальный тип и конструкцию теплообменника, поскольку некоторые конструкции теплообменников обеспечивают более высокую скорость теплопередачи и могут выдерживать более высокие температуры, чем другие конструкции, хотя и по более высокой цене.

Ограничения по размеру

После выбора оптимального типа и конструкции теплообменника распространенной ошибкой является покупка слишком большого для данного физического пространства. Часто более разумно приобрести теплообменное устройство такого размера, который оставляет место для дальнейшего расширения или добавления, а не выбирать устройство, которое полностью охватывает пространство. Для приложений с ограниченным пространством, например, в самолетах или автомобилях, компактные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи в более компактных и легких решениях. Имеются несколько вариантов этих теплообменных устройств, характеризующихся высоким отношением площади поверхности теплопередачи к объему, включая компактные пластинчатые теплообменники. Как правило, эти устройства имеют отношение ≥700 м ² / м ³ для систем преобразования газа в газ и ≥400 м ² / м ³ для процессов преобразования жидкости в газ.

Затраты

В стоимость теплообменника входит не только начальная цена оборудования, но и затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание в течение всего срока службы устройства. Несмотря на то, что необходимо выбрать теплообменник, который эффективно соответствует требованиям приложений, также важно помнить об общих затратах на выбранный теплообменник, чтобы лучше определить, стоит ли устройство инвестиций. Например, изначально дорогой, но более прочный теплообменник может привести к снижению затрат на техническое обслуживание и, следовательно, к меньшим общим затратам в течение нескольких лет, в то время как более дешевый теплообменник может быть изначально менее дорогим, но требовать нескольких ремонтов и замен. в тот же период времени.

Оптимизация дизайна

Проектирование оптимального теплообменника для данного применения (с конкретными спецификациями и требованиями, как указано выше) включает определение изменения температуры жидкостей, коэффициента теплопередачи и конструкции теплообменника и соотнесение их со скоростью теплопередачи. . Две основные проблемы, возникающие при достижении этой цели, — расчет номинала и размера устройства.

Рейтинг относится к расчету тепловой эффективности (т. е. КПД) теплообменника данной конструкции и размера, включая скорость теплопередачи, количество тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующее изменение их температуры, а также общее падение давления на устройстве. Под определением размеров понимается расчет требуемых общих размеров теплообменника (т. е. площади поверхности, доступной для использования в процессе теплопередачи), включая длину, ширину, высоту, толщину, количество компонентов, геометрию компонентов и их расположение, и т. д., для приложения с заданными технологическими спецификациями и требованиями. Конструктивные характеристики теплообменника, например, конфигурация потока, материал, элементы конструкции и геометрия и т. д., влияют как на номинальные параметры, так и на расчеты размеров. В идеале, оптимальная конструкция теплообменника для применения находит баланс (с коэффициентами, оптимизированными в соответствии с указаниями проектировщика) между номиналом и размером, который удовлетворяет спецификациям и требованиям процесса при минимально необходимых затратах.

Применение теплообменников

Теплообменники — это устройства, используемые в промышленности как для нагрева, так и для охлаждения. Доступны несколько вариантов теплообменников, которые находят применение в различных отраслях промышленности, в том числе:

• Теплообменники ASME
• Автомобильные теплообменники (как правило, автомобильные радиаторы)
• Теплообменники пивоваренного завода
• Химические теплообменники
• Криогенные теплообменники
• Морские теплообменники
• Теплообменники для производства электроэнергии
• Холодильные теплообменники

В приведенной ниже таблице 1 указаны некоторые распространенные отрасли и области применения ранее упомянутых типов теплообменников.

Резюме

В этом руководстве представлены основные сведения о теплообменниках, доступных конструкциях и типах, их применении и соображениях по использованию. Дополнительную информацию о покупке теплообменников можно найти в Руководстве по покупке теплообменников Thomas.

Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим руководствам и официальным документам Thomas или посетите Платформу поиска поставщиков Thomas, где вы найдете информацию о более чем 500 000 коммерческих и промышленных поставщиков.

Источники

1. https://www.engr.mun.ca/~yuri/Courses/MechanicalSystems/HeatExchangers.pdf
2. http://sky.kiau.ac.ir
3. http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node131.html
4. http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node30.html
5. https://www.thomasnet.com/knowledge/white-paper/speciality-heat-exchangers-101
6. https://www.livescience.com/50833-zeroth-law-thermodynamics.html
7. https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/the-three-laws-of-thermodynamics/
8. https://chem.libretexts. org
9. http://physicalworld.org
10. https://link.springer.com
11. https://thefreeanswer.com/question/regenerative-heat-exchanger-static-type-regenerative-heat-exchanger-differ-dynamic-type/
12. http://hedhme.com
13. https://www.kau.edu.sa/Files/0052880/Subjects/GuideLinesAndPracticeForThermalDesignOfHeatExchangersN2.pdf
14. https://www.scribd.com/doc/132^{/Boilers-Evaporators-Condensers-Kakac}
15. https://www.hpprocess.com/processors/

Прочие теплообменники Артикул

• Все о теплообменниках вода-вода: что нужно знать
• Все о печных теплообменниках — что нужно знать
• Все о теплообменниках вода-воздух — что нужно знать
• Все о теплообменниках «воздух-воздух» — что нужно знать
• Все о кожухотрубчатых теплообменниках — что нужно знать
• Все о пластинчатых теплообменниках — что нужно знать
• Все о двухтрубных теплообменниках — что нужно знать

Больше из технологического оборудования

Как работают теплообменники

Теплообменники помогают контролировать температуру жидкости в производстве продуктов питания, напитков и фармацевтических препаратов для пастеризации, стерилизации, очистки на месте и других гигиенических операций. В этом посте мы обсудим, как работают три типа теплообменников: пластинчатые и каркасные, кожухотрубные и скребковые.

Теплообменники предназначены для передачи тепла между двумя или более жидкостями для регулирования температуры во время обработки продуктов питания, напитков и фармацевтических препаратов.

• Пищевая промышленность: теплообменники делают продукты безопасными для потребления и продлевают срок хранения, предотвращая рост вредных микробов.
• Переработка молока: теплообменники пастеризуют молоко путем повышения температуры молока.
• Фармацевтическая обработка: ингредиентов косметических и фармацевтических препаратов необходимо смешивать при определенных температурах, чтобы обеспечить безопасное использование и качество продукта.

Теплообменники различаются в зависимости от свойств обрабатываемых жидкостей, таких как вязкость, размер частиц, температура и расход.

Принцип работы пластинчатых и рамных теплообменников

Пластинчатые и рамные теплообменники с прокладками относятся к числу наиболее эффективных конструкций, поэтому они также являются одними из наиболее распространенных конструкций в технологических системах. Прокладки между пластинами направляют поток продукта и нагревающей/охлаждающей жидкости через чередующиеся каналы.

Когда горячие жидкости проходят по пластинам, тепло передается от горячей к холодной стороне, понижая температуру горячей стороны и повышая температуру холодной стороны.

Ключом к эффективной работе является то, что теплообменники должны поддерживать достаточную скорость жидкости через пластины для передачи тепла, а также контролировать перепады давления, которые могут нарушить работу.

В системах обычно используются пластинчатые и рамные теплообменники для пастеризации, охлаждения сырого молока и нагрева CIP (мойка на месте). Учитывая их пригодность для продуктов с вязкостью от низкой до средней и с небольшим содержанием твердых частиц или без них, пластинчатые теплообменники также широко используются для производства напитков, пива, сусла, яиц, соусов и большинства молочных продуктов.

Регенеративный нагрев и охлаждение

При переработке молока охлажденное молоко нагревают, например, с 4 °С до температуры пастеризации 72 °С и выдерживают при этой температуре в течение 15 секунд, а затем охлаждают до 4 °С очередной раз.

Тепло всегда передается от более теплых веществ к более холодным , поэтому во время пастеризации теплообменники используют тепло пастеризованного молока для нагревания холодного молока, что экономит энергию нагрева и охлаждения. Этот процесс называется регенеративным теплообменом или рекуперацией тепла , обычно достигая 90% и до 95% рекуперации тепла из пастеризованного молока. Восстановление ниже для продуктов с более высоким содержанием жира, таких как сливки и смеси для мороженого. Регенерация положительно влияет на энергосбережение, капитальные затраты и эффективность работы. Теплопередача происходит быстро, когда разница температур высока. По мере уменьшения разницы температур скорость переноса замедляется и полностью прекращается, когда температуры выравниваются (Руководство по производству молочных продуктов).

Операторы могут иметь несколько секций на одной раме для управления потоком горячих или холодных жидкостей, когда продукты необходимо нагревать на одном этапе, а затем охлаждать на следующем этапе.

Для пастеризации в многосекционном теплообменнике используются соединительные пластины с различными угловыми соединениями для одинарных, двойных, сквозных или глухих каналов.

Технология пластин и прокладок

Конструкция гофрированных пластин создает большую, но компактную общую площадь поверхности для передачи тепла. Зона теплопередачи пластин имеет форму елочки, которая создает высокую турбулентность, что увеличивает теплопередачу и облегчает очистку во время безразборной мойки.

Распределительная зона пластины обеспечивает равномерный поток жидкости по всей пластине для максимальной теплопередачи. Оптимизированное распределение потока также уменьшает неравномерные температурные зоны, которые способствуют загрязнению.

В то время как узкий проход потока пластинчатых теплообменников обеспечивает эффективный теплообмен, узкий проход также ограничивает его способность обрабатывать жидкости с низкой и средней вязкостью и небольшим количеством взвешенных частиц, что может привести к загрязнению из-за попадания частиц на контакт пластины точки.

Для жидкостей, содержащих частицы, доступны два решения:

• Широкая пластина с низкой точкой контакта, которая может работать с продуктом с большим содержанием твердых частиц
• Пластины с широким зазором, которые могут работать с более крупными частицами.

Оба пропускают частицы, сводя к минимуму загрязнение.

Принцип работы кожухотрубных теплообменников

Кожухотрубные теплообменники вместо передачи тепла через параллельные пластины передают тепло между пучком труб, окруженным большим кожухом. Жидкости, протекающие по трубкам, обмениваются теплом с жидкостями, протекающими по трубкам, содержащимся в оболочке.

Поскольку диаметр труб обычно больше, чем зазор между пластинами в пластинчатых теплообменниках, кожухотрубные теплообменники подходят для применений, в которых продукт является более вязким (устойчивым к потоку) или содержит твердые частицы высокой плотности. Максимальный размер частиц зависит от диаметра трубки. Трубчатые теплообменники обычно могут работать дольше между чистками, чем пластинчатые теплообменники в сверхвысокотемпературных применениях.

Основной принцип кожуха и трубы перемещает продукт через пучок параллельных труб с теплоносителем между трубами и вокруг них.

Концентрический трубчатый теплообменник состоит из трубок разного диаметра, расположенных концентрически внутри друг друга, что особенно эффективно при нагреве или охлаждении, поскольку нагревающие/охлаждающие жидкости проходят по обеим сторонам труб продукта. Тюбики с продуктом могут иметь размер, соответствующий требованиям по вязкости и содержанию твердых частиц. Концентрическая трубка особенно подходит для высоковязких неньютоновских жидкостей, вязкость которых меняется под давлением (шампунь, лак для ногтей, кетчуп).

Как и другие конструкции теплообменников, кожухотрубные теплообменники устроены таким образом, чтобы продукт и нагревающая/охлаждающая жидкость текли в противоположных направлениях. Например, холодная текучая среда движется в теплообменнике справа налево, а нагревающая текучая среда проходит слева направо по трубкам для продукта. Конфигурация с противотоком использует максимальную разницу температур для более эффективной теплопередачи.

Фармацевтическая линия кожухотрубных теплообменников одного производителя работает при давлении до 10 бар и рабочей температуре 150°C. Типичные области применения кожухотрубных теплообменников включают системы обработки воды (например, для впрыска или очистки) и системы безразборной мойки.

Как работают двойные трубные решетки

В фармацевтике риск смешивания продукта с нагревающей или охлаждающей средой устраняется благодаря конструкции двойной трубной решетки.

Продукт течет по трубам, а рабочая жидкость течет по трубам внутри кожуха. Рабочая жидкость герметизируется в корпусе одной трубной решеткой, а вторая трубная решетка герметизирует продукт.

Теплообменники с двойными трубными решетками облегчают обнаружение утечек , потому что они появляются на стыке наружной трубной доски. Теплоноситель герметизируется в корпусе первой трубной решеткой, а вторая трубная решетка герметизирует продукт. В случае утечки утечка любой жидкости легко обнаруживается визуально.

Кожухотрубные теплообменники особенно эффективны в фармацевтической промышленности, где требования к гигиене продукции и изоляции продуктов от нагревающих/охлаждающих жидкостей особенно высоки. Чтобы удовлетворить требования отрасли, высококачественные трубчатые теплообменники контролируют рост микробов и предотвращают перекрестное загрязнение.

Некоторые из новейших конструкций «труба в трубе» для применения в фармацевтике характеризуются высокой силой сдвига и турбулентностью для обеспечения эффективной передачи тепла при уменьшении биопленки.

Меньшие по размеру и легкие теплообменники, предназначенные для ограниченного пространства, могут эффективно заменить более крупные трубчатые теплообменники . Они имеют одни и те же потоки горячей и холодной жидкости через чередующиеся каналы, которые создают высокую турбулентность для высокой эффективности теплопередачи при использовании на 50–80 % меньшей площади теплопередачи.

Как работают скребковые теплообменники

Многие процессы, связанные с производством продуктов питания, химикатов, фармацевтических препаратов, косметики, товаров для здоровья и красоты, требуют надежной теплопередачи, которая предотвращает загрязнение вязкими и липкими продуктами. В этих процессах скребковые теплообменники являются правильным выбором.

Их способность обрабатывать жидкости с большим количеством твердых частиц или высокой вязкостью делает их более эффективными в этих областях применения .

Скребковые теплообменники дороже, чем другие теплообменники, но они работают эффективно, когда другие теплообменники были бы неэффективны.

В скребковых теплообменниках продукт поступает в цилиндр снизу и течет вверх. Нагревающая или охлаждающая среда проходит по узкому кольцеобразному (кольцевому) каналу.

Типичные области применения:

• Кетчуп
• Майонез
• Спреды и начинки
• Соусы и пудинги
• Детское питание
• Лосьоны для кожи
• Шампуни

Скребковые теплообменники снабжены вращающимися лопастями, которые обеспечивают равномерный отвод продукта от теплообменных стенок.

Они разработаны специально для бережного обращения с продуктом, чтобы не влиять на его качество и консистенцию.

Скребковые теплообменники обычно устанавливаются вертикально. Внутри электродвигатель вращает ротор со скребковыми лезвиями. Чтобы предотвратить повреждение продукта, роторы и продукт проходят через теплообменник в одном направлении, при этом продукт входит снизу, а выходит сверху.

Скребковые теплообменники широко распространены в пищевой промышленности и производстве средств личной гигиены. Для обеспечения непрерывного производства требуется равномерная теплопередача, но консистенция или состав некоторых пищевых продуктов препятствует эффективной теплопередаче. Теплообменники со скребковыми поверхностями удовлетворяют потребности в эффективности, не допуская попадания продукта на стенки и попадая в смесь там, где она должна быть.

Важность очищаемости

При переработке молочных продуктов продукты имеют высокое содержание белка, что может привести к загрязнению теплообменников. Загрязнение происходит, когда перерабатываемые жидкости прилипают к внутренним поверхностям и со временем накапливаются, снижая эффективность, поэтому часть хорошей программы гигиены включает использование оборудования, которое остается чистым в течение длительного времени и которое легко очищается во время безразборной мойки.

Загрязнение может повысить давление, поэтому теплообменники, подверженные загрязнению или образованию накипи, следует периодически очищать. Легкий шлам или накипь на трубе снижает ее тепловую эффективность. Поскольку сложность очистки увеличивается по мере увеличения толщины накипи или отложений, операторы должны выполнять плановые проверки для раннего выявления источников загрязнения.

Advantages and Disadvantages of Each Type of Heat Exchanger

в коротких, тепловые обменные обмены. нагревать чистящие жидкости, удаляющие остатки с компонентов систем.