Однако  промышленное применение разборных  пластинчатых аппаратов началось только после 1923 г. в результате усовершенствований, внесенных Зелигманом, использовавшим при разработке конструкции разборного теплообменника принцип устройства фильтр-пресса.

Первоначально пластины для теплообменников отливали из бронзы с последующим фрезерованием  на них каналов и отверстий для рабочей среды и канавок для резиновых прокладок. На рис. 2 показана конструкция таких пластин.

Аппарат конструкции Зелигмана (рис. 3) состоит  в основном из теплообменных пластин  двух видов: толстых бронзовых с  фрезерованными каналами с обеих сторон и тонких медных. Каждая толстая пластина имеет четыре угловых отверстия. На поверхности пластины вокруг двух расположенных по диагонали угловых отверстий профрезерованы канавки для уплотнительных резиновых прокладок. По контуру всей пластины также сделана канавка для большой резиновой прокладки, охватывающей всю рабочую поверхность и два других отверстия.

Топкие  пластины гладкие, без прокладок. В  собранном виде толстые и тонкие пластины расположены поочередно и  установлены в вертикальном положении на станине, состоящей из двух горизонтальных направляющих и двух стоек. Весь набор пластин плотно сжат при помощи винтового зажимного механизма (рис. 4).

Рабочая среда входит в теплообменник  через соответствующий штуцер на нажимной плите или на основной неподвижной плите и проходит в продольный канал, выполняющий роль коллектора.

Из коллектора жидкость поступает в плоские  каналы в толстых плитах, причем заполняет только одну из систем каналов (каналы левой или правой стороны). Вторую систему каналов заполняет другая рабочая среда. Из межпластинных каналов жидкость попадает в коллектор, противоположный первому по диагонали, и выходит затем из аппарата. Рабочая среда движется через аппарат подобным же образом, омывая обратную поверхность толстых и тонких пластин.

Теплообмен происходит как через толстые, так и через тонкие пластины.Основной принцип устройства разборных пластинчатых теплообменников сохранился до настоящего времени.

Применение пластинчатых аппаратов в молочной, а затем и в других отраслях пищевой промышленности в различных конструктивных    вариантах, построенных   по описанной схеме, оправдало себя полностью.

Конструкции фрезерованных пластин «канальчатого» типа были разнообразны. Большое распространение имели не только пластины с зигзагообразными каналами, но и со спиральными, у которых вход жидкости и ее выход расположены в центре пластины и на периферии.

В 1932—1933 гг. в результате работ Фельдмейера  н   Зелигмана   были предложены и затем усовершенствованы  штампованные пластины удлиненной формы с теплопередающей стенкой из тонкого волнистого листа. Это была пластина нового типа, поверхность которой омывается одним потоком среды во всю ширину пластины.

Такие пластины можно считать прототипом современных, в конструкции которых теперь наблюдается большое разнообразие форм профиля рабочей поверхности.

Преимущества пластинчатых теплообменников перед другими типами весьма значительны, что дает возможность широко применить их не только в пищевой промышленности, но также и в химической, фармацевтической, гидролизной и металлургической, а также на транспорте.

Последующий прогресс в совершенствовании конструкции пластин выражался в следующем:

а) усовершенствование профиля поверхности пластин с целью повышения эффективности теплоотдачи и уменьшения гидравлических сопротивлений;

б) повышение жесткости тонкой штампованной пластины и пакета пластин в целом путем создания на поверхности элементов, обеспечивающих взаимную опору   пластин   по множеству равномерно расположенных точек;

в) повышение коррозионной стойкости и долговечности пластин и прокладок путем освоения листовой штамповки многих марок металлов и применения новых марок резин и резино-асбестовых материалов;

г) повышение технологичности конструкции с постепенным отказом от сварки и переходом на цельноштампованные конструкции из тонкого листа;

д) увеличение единичных размеров гофрированной пластины от 0,2 м² в конце сороковых годов до 1,2 м² в конце шестидесятых годов,   что было   обусловлено   необходимостью создания крупных аппаратов.

Усовершенствованию подверглись и конструкции рам теплообменников со всеми вспомогательными элементами.

В настоящее время производство пластинчатых теплообменных аппаратов имеется почти во всех крупных промышленно развитых странах мира. Наиболее крупные фирмы, изготовляющие эти аппараты, размещены в Англии, Швеции, США, ФРГ, Франции, Японии, Италии и Дании. Общее число крупных фирм-изготовителей теплообменных аппаратов около 30. В последние годы интенсивно развивается производство пластинчатых теплообменных аппаратов в Польше, Чехословакии и ГДР.

В Советском Союзе первые пластинчатые теплообменники для пищевой промышленности были изготовлены в 1940 г. на Симферопольском машиностроительном заводе.

В послевоенный период производство небольших и средних по размерам пластинчатых аппаратов успешно развивалось на предприятиях отечественного пищевого машиностроения, а с начала 60-х годов налажено производство различных по размерам пластинчатых теплообменников для отраслей химической промышленности.

Пластинчатые теплообменники большой тепловой производительности отечественного изготовления внедрены в технологические линии производства фосфорной и серной кислот, ацетилена и уксусной кислоты, соды, полупродуктов для получения пластмасс, глинозема, кормовых дрожжей и других продуктов микробиосинтеза, производства целлюлозы, спирта, при охлаждении минеральных масел и эмульсий.

Разборные пластинчатые теплообменники имеют более высокие технико-экономические показатели по сравнению с наиболее распространенными кожухотрубчатымн. Однако полная замена кожухотрубчатых теплообменников пластинчатыми во многих случаях невозможна, поскольку область применения пластинчатых теплообменников лимитируется теплостойкостью и коррозионной стойкостью применяемых прокладок.

Прокладки на основе синтетических каучуков могут надежно работать лишь при температурах от минус 20°С до 140—150°С, что недостаточно для многих процессов с газообразной и парообразной рабочими средами. Разборные пластинчатые теплообменники на рабочие давления свыше 2—2,5 МПа (20—25 ат) также пока не изготовляются.

Для расширения области применения пластинчатых теплообменников на более высокие температуры и давления разрабатываются новые виды прокладок и создаются сварные конструкции, в которых нет прокладок.

Так, еще  в 1939 г. Рамэн в Швеции предложил  оригинальную конструкцию теплообменника, у которого гладкие пластины попарно сваривались, образуя плоские трубы. Эти плоские трубы закреплялись в сварных трубных решетках и вставлялись в кожух с квадратным поперечным сечением. Такой теплообменник назвали ламельным (lamelle — пластина). Эта конструкция теплообменника является переходной от кожухотрубчатого к пластинчатому. Ламельные теплообменники нашли применение в целлюлозной промышленности и в последние годы их все шире применяют в химической и нефтехимической промышленности. Характерной особенностью этой конструкции теплообменника является возможность механической очистки поверхности теплообмена только с наружной стороны пластин, для чего пучок пластин вынимают из кожуха.

В дальнейшем конструкцию ламельных теплообменников  усовершенствовали, что позволило  расширить область применения таких аппаратов по давлениям до 4,5 МПа (45 ат), а по температурам до 400° С.

Однако  ламельные теплообменники с гладкой поверхностью теплообмена имеют более низкий коэффициент теплоотдачи, чем аппараты из гофрированных пластин, работающие в сравнимых условиях.

Стремление  сохранить высокую интенсивность  теплоотдачи в ламельных теплообменниках  и возможность механической очистки и осмотра поверхности теплообмена, хотя бы со стороны одной из рабочих сред, привело к созданию полуразборной конструкции пластинчатых теплообменников. В этой конструкции гофрированные пластины, напоминающие по внешнему виду пластины разборных теплообменников, сварены попарно. Такие пластины собирают в пакет, устанавливая между смежными парами пластин эластичные прокладки. Таким образом сохраняется разборность поверхности теплообмена на стороне одной из рабочих сред. Если горячую рабочую среду пропускать по сварным каналам, а холодную — по разборным, то температурный предел применения полуразборных пластинчатых теплообменников можно повысить до 200° С.

Стремление  увеличить температурный предел использования пластинчатых теплообменников привело к разработке сварных, неразборных теплообменников и блочных сварных пластинчатых теплообменников, работающих без прокладок.

В неразборных  пластинчатых теплообменниках отдельные  гофрированные пластины сваривают  между собой в блоки и получают две системы герметичных каналов для рабочих сред. Недостатком сварных неразборных и блочных пластинчатых теплообменников можно считать невозможность механической очистки и осмотров поверхности теплообмена. Поэтому такие теплообменники применимы для рабочих сред, не дающих труднорастворимых загрязнений поверхности теплообмена, при использовании которых не требуется механическая очистка каналов, а можно ограничиться промывкой их с применением химических средств.

Наряду  с пластинчатыми теплообменниками, изготовляемыми из листовых материалов, в технике существуют и успешно применяются пластинчато-ребристые и спиральные конструкции теплообменников.

При совершенствовании  современных типов теплообменников, изготовляемых из листовых материалов, наряду с интенсификацией процесса и повышением его энергетической эффективности, необходимо иметь в виду также повышение тепловой производительности аппаратов.

Следует отметить и необходимость использования  новых материалов, обладающих лучшими свойствами и повышающих технико-экономический уровень теплообменного оборудования.

Поскольку новые материалы такие, как сплавы цветных металлов, нержавеющие стали, мельхиор и др., значительно дороже обычно применяемой углеродистой стали, то целесообразно вспомогательные элементы, например, раму теплообменника выполнять из более дешевых, но прочных конструкционных углеродистых сталей, а поверхность теплообмена, соприкасающуюся с рабочими средами, максимально разгрузить от силовых нагрузок и тем самым ее облегчить и уменьшить расход ценных материалов для нее. При таком разделении функции элементов теплообменника для изготовления поверхности теплообмена становится экономически выгодно применять наиболее стойкие в коррозионном отношении материалы, несмотря на их высокую удельную стоимость.

Отказ от использования бесшовных труб малых диаметров для изготовления поверхностей теплообмена и замена их тонким листом также дает большой экономический эффект, поскольку стоимость 1 м² таких труб в несколько раз выше стоимости 1 м² тонкого листа из металла той же марки. Само изготовление листа взамен труб малых диаметров намного производительнее и разгружает металлургическую промышленность от производства наиболее трудоемких профилей проката.

В области  технологии изготовления теплообменной аппаратуры использование методов листовой штамповки и сварки повышает производительность труда и способствует созданию аппаратов интенсивного действия.

Спиральные  теплообменные аппараты

Устройство  и принцип работы

Спиральные  теплообменники получили в промышленности сравнительно широкое распространение, что объясняется рядом важных преимуществ их по сравнению с теплообменными аппаратами других типов.

Спиральные  теплообменники могут изготовляться  из любого рулонного материала, подвергаемого  холодной обработке и свариванию. Теплообменники компактны, их конструкция предусматривает возможность полного противотока. Площадь поперечного сечения каналов по всей длине остается неизменной, и поток не имеет резких изменений направлений, благодаря чему загрязнение поверхности спиральных теплообменников меньше, чем теплообменных аппаратов других типов, кроме того, ряд конструкций их позволяет проводить сравнительно легкую очистку в случае, не требующем для удаления осадка механического воздействия. Гидравлическое сопротивление спиральных теплообменников при одинаковой скорости движения жидкости меньше, чем у кожухотрубчатых.