Здесь курсивом приведены данные для нестандартных аппаратов (получены экстраполяцией).

КТА в различных модификациях наиболее широко используется в технике в качестве основной кон­струкции. В кожухотрубчатых аппаратах достига­ются достаточно большие отношения площади теплопередающей по­верхности к объему и массе. Размеры теплопередающей поверхности легко можно варьировать в широких пределах, кон­струкция имеет достаточную прочность и выдерживает нормальные нагрузки при сборке, перевозке и монтаже аппарата, а также внутренние и внешние напря­жения в обычных условиях эксплуатации. Очистка кожухотрубчатого аппарата не вызывает затруднений. Его элементы, наиболее подверженные коррозии,– проклад­ки и трубы, – легко могут быть заменены. Конструктивные особенности позволяют применять этот тип почти во всех случаях, включая предельно низкие или высокие темпера­туры и давления, большие градиенты температур, при нагреве, охлаждении, конденсации, ис­парении, использовать для сильно загряз­ненных и коррозионно-активных теплоносителей. Методы расчета и технология изготовления таких аппаратов широко известны.

Кожух имеет вид цилиндра, внутри которого помеще­ны трубы и циркулирует теплоноситель. Теплоноситель поступает в кожух через входной па­трубок и выходит через выходной. Чаще всего патрубки изготавливаются из стандартных труб, которые привари­ваются к кожуху.

Важным элементом большинства кожухотрубчатых аппаратов является набор перегородок между трубами, применяемых с целью увеличения скорости межтрубной среды и, соответственно, улучшения теплоотдачи (но при этом, как следствие, увеличивается перепад давления). Перегородки к тому же уменьшают изгиб и вибрацию труб. Широко применяются сегментные, диско–кольцевые, сплошные перекрывающие (или ситчатые) перегородки. Чаще всего используются сегментные перегородки. Их разновидности показаны на рис. 5.3.

Теплопередающие трубы в пучке обычно располагают по треугольнику, квадрату (рис. 5.4 и 5.5) или концентрическим окружностям. Движение теплоносителя в трубах может быть одноходовое (рис. 5.12) и многоходовое (рис. 5.6 – 5.11).

На рис. 5.2 и 5.8 приведены схема и макет аппарата т. н. жёсткой конструкции, с неподвижной трубной решёткой, шифр ТН, без компенсации тепловых напряжений в конструкции. Показан аппарат двухходовый с поперечными сегментными перегородками. Применение таких аппаратов допустимо, если разница температур стенок кожуха и пучка труб не превышает 30 ºС. При бóльшем перепаде используются аппараты с компенсацией тепловых напряжений: с плавающей трубной головкой, шифр ТП (рис. 5.9), с сальниковым компенсатором, шифр ТК (рис. 5.10), с U-образными трубами, шифр ТУ (рис. 5.11), с линзовым компенсатором на кожухе, шифр ТЛ (рис. 5.12), с компенсацией трубами Фильда, шифр ТФ (рис. 5.13).

На рис. 5.9 – 5.11 на схемах показаны аппараты двухходовые по трубам и между трубами с продольной перегородкой между трубами, без поперечных перегородок, на макетах – двухходовый по трубам и одноходовой между трубами, с поперечными перегородками между трубами.

Приведенные выше конструкции в основном используются при нагреве и охлаждении теплоносителей без изменения агрегатного состояния (т. н. нагревателей-охладителей).

Конструкции кожухотрубчатых конденсаторови испарителей имеют свои особенности. Они видны на рис. 5.14 – 5.17, приведенных ниже.

5.4.3. Кожухотрубчатые конденсаторы.

Кожухотрубчатые конденсаторы бывают вертикальными при движении пара сверху вниз и стекании конденсата вниз по трубам (см. рис. 5.14), вертикальными при движении пара снизу вверх и стекании конденсата вниз по трубам навстречу пару, так называемые «обратные» конденсаторы (см. рис. 5.15), и горизонтальными (см. рис. 5.16).

Вертикальный конденсатор при движении пара в трубе сверху вниз (рис. 5.14) представляет собой кожухотрубчатый аппарат со сливной камерой и сепаратором.

Пар конденсируется на стенке трубы в виде пленки и стекает вниз. В конце зоны конденсации образуется смесь пара и некон­денсируемых компонентов, и ниже этой зоны конденсат переохлаждается. При изменении нагрузки конденсатора соотношение между концентрацией пара и неконденсируе­мых компонентов (и, следовательно, между зонами кон­денсации и переохлаждения) будет изменяться. Внутри кожуха имеются поперечные перегородки, и ох­лаждающий теплоноситель протекает в противоположном потоку пара направлении.

Вертикальный конденсатор с подачей пара в трубе снизу вверх и стекаю­щим под действием гравитации конденсатом (рис. 5.15) называется «обратным» конденсатором.

Главная особенность такого конденсатора заключа­ется в том, что нижние концы труб расположены под труб­ной доской и торцы труб срезаны под углом 60—75°. Такой срез обеспечивает наличие точек каплеобразования для стекающего конденсата. Пар посту­пает в нижний коллектор через радиально расположенные патрубки, но довольно часто конденсатор устанавливается непосредственно сверху ректификационной колонны без патрубков. Обратные конденсаторы в основном используются в случаях, когда нет необходимости в переохлаждении кон­денсата и в процессах ректификации для удаления малых количеств низкокипящих компонентов. Компоненты с высокой температурой кипения, поступающие в конден­сатор, будут увеличивать температуру конденсата, и поэ­тому можно избежать применения охладителей с низкой температурой.

Из-за относительно небольших скоростей пара в обратных конденсаторах они неприемлемы для конденса­ции смесей с большим числом неконденсируемых компо­нентов.

Конденсация в горизонтальных трубах. Горизонталь­ные конденсаторы с конденсацией в трубах изготавливают­ся одноходовыми, многоходовыми и с U-образными тру­бами. Размещение труб в межтрубном пространстве опре­деляется в основном условиями охлаждения. При исполь­зовании многоходовой компоновки прямых труб каждый последующий ход должен быть расположен ниже преды­дущего, так как в противном случае стекающий между ходами конденсат является причиной плохого распределения пара по трубам и необходимо будет учитывать влияние этого эффекта на процесс конденсации.

Горизонтальные конденсаторы с конденсацией в тру­бах наиболее часто имеют воздушное охлаждение. Их целесообразно использовать при частичной конденсации с неконденсируемыми компонента­ми, поскольку при многоходовом исполнении длина одного хода может быть большой, скорость можно поддерживать уменьшением числа труб на один ход труб и конденсат может стекать между ходами по отдельным расположен­ным ниже трубам, уменьшая, таким образом, потери дав­ления.

Конденсация на наружной поверхности горизонталь­ных труб. На рис. 5.16 приведен двухходовый кожухотрубчатый аппарат с плавающей головкой. Горизонтальные конденсаторы с конденсацией на наружной поверхности труб, как показано на рис. 5.16, могут иметь поперечные перегородки между трубами. Обычный конденсатор с поперечными пере­городками представляет собой аппарат с противоударной пластиной за входным патрубком, которая уменьшает эрозию труб. Он может иметь два выходных патрубка:один для кон­денсата, а другой для удаления газа.Движение охлаждаю­щего теплоносителя по трубам может быть одноходовым и многоходовым. Перегородки и (или) поддерживающие пластины обычно устанавливаются таким образом, чтобы обеспечивалось течение пара в вертикальном направлении (в особых условиях иногда используется и горизонтальное расположение перегородок). В нижних перегородках имеются отверстия для

стекания конденсата. Если возникает необходимость в боль­ших скоростях пара, в частности при наличии неконденси­руемых компонентов, расстояние между перегородками может быть переменным.

Конденсация на наружной поверхности вертикаль­ных труб.

Конденсация на наружной поверхности верти­кальных труб наиболее часто встречается в испарителях и нагревателях, но иногда такой процесс используется и в конденсаторах (рис. 5.17).

В таких аппаратах вода протекает внутри труб сверху вниз под действием силы гравитации. Внутри кожуха могут быть размещены перегородки, но наиболее часто исполь­зуются опорные пластины. Преимущества такого конденсатора заключаются в использовании только статического напора для прокачки воды, в высоких коэффициентах теплоотдачи при неболь­ших расходах воды, больших подогревах воды и в возмож­ности очистки труб в процессе эксплуатации. К недостат­кам следует отнести трудности с организацией равномер­ного распределения воды по трубам. Эти трудности могут быть устранены посредством малых распределителей, пока­занных на рис. 5.17. Однако эти распределители могут заби­ваться. Другой недостаток заключается в необходимости использования системы для стока воды. Если охлаждение организовано по замкнутому циклу, то необходим насос.