Змеевик (техника)

Змеевик — длинная металлическая, стеклянная, фарфоровая (керамическая) или пластиковая трубка, изогнутая некоторым регулярным или иррегулярным способом, предназначенная для того, чтобы в минимальном объёме пространства обеспечить максимальный теплообмен между двумя средами, разделёнными стенками змеевика. Исторически сложилось, что такой теплообмен изначально применялся для конденсации проходящих через змеевик паров.

История и применения

Изначально змеевики были изобретены для конденсации спиртовых паров при перегонке продуктов брожения сахаров природного происхождения.

Позднее алхимики, а затем и химики стали широко применять змеевики при разделении смесей, содержащих летучие соединения. Это предопределило начало использования змеевиков в промышленности, в частности, при перегонке нефти.

После изобретения дистилляционных тарельчатых и набивных колонн змеевики были достаточно быстро вытеснены из промышленного производства, поскольку оказались намного менее эффективны по безопасности, управляемости, производительности, материалоёмкости.

С началом развития техники на паровых двигателях для более эффективного приёма тепла от топок стали использовать батареи плоских змеевиков, обрешёченных радиаторными пластинами. В настоящее время этот принцип используется в проточных газо- и водонагревателях.

В настоящее время в их классическом виде змеевики используются в качестве конденсаторов в быту при самогоноварении и в химических лабораториях при перегонке (разделении) небольших количеств смесей, содержащих устойчивые к нагреву до температуры испарения летучие компоненты.

Плоские змеевики, обрешёченные радиаторными пластинами или без них, используются в качестве устройств для сброса тепла в современных кондиционерах и холодильниках, радиаторах автомобилей и т. п.

Классификация

Змеевики можно классифицировать по профилю сечения трубки:

• обычно используются трубки с круглым сечением, как более простые в изготовлении;
• иногда, для увеличения эффективности теплообмена змеевика, круглые трубки обминают так, чтобы они приняли овальное сечение;
• экзотические трубки квадратного и прямоугольного сечения способствуют образованию завихрений в парах, проходящих через змеевик, отчего эффективность конденсации в змеевике незначительно повышается.

Змеевики можно классифицировать по пространственной укладке трубки:

• плоские змеевики — все трубки и изгибы змеевика лежат в одной плоскости (не позволяют нарастить большую суммарную длину трубок, но обеспечивают компактность при хранении)
• объёмные змеевики:
  • в виде спиральной цилиндрической пружины;
  • в виде батарейной комбинации из плоских змеевиков.

Змеевики можно классифицировать по способу размещения трубки относительно холодильника или хладагента:

• термостатированный холодильник, внутри которого поддерживается каким-либо способом всегда одна определённая температура (лабораторные применения);
• холодильник, в котором хладагент движется навстречу конденсируемым парам, как правило, спиральный змеевик находится в трубе с протекающим хладагентом (лабораторное применение, кустарная перегонка нефти, бытовое самогоноварение);
• холодильник периодического действия с конвекционным перемешиванием (бытовое самогоноварение);

Принцип действия

В змеевике-конденсаторе пары, проходящие по змеевику, охлаждаясь от стенок, оседают в виде жидкости и выбрасываются из змеевика давлением вновь поступающих паров, при этом выделяющееся тепло тем или иным хладагентом отводится от стенок змеевика.

В змеевике-нагревателе рабочее вещество (жидкость или газ), проходящее по змеевику, нагревается от стенок и под давлением вновь подаваемого рабочего вещества выталкивается наружу, при этом тепло тем или иным образом постоянно подводится к стенкам змеевика.

В змеевике-испарителе жидкость, проходящая по змеевику, нагревается от стенок, испаряется и в виде паро-жидкостной смеси выбрасывается из змеевика давлением вновь поступающих паров в дефлегматор для разделения, при этом тепло тем или иным образом постоянно подводится к стенкам змеевика.