Теплообмінниками називаються апарати, в яких відбуватиметься теплообмін, між робочими середовищами не залежно від їх технологічного або енергетичного призначення (підігрівачі, випарні апарати, концентратори, пастеризатори, випарники, деаератори, економайзери і д.р.) Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Зазвичай розрізняються власне теплообмінники, в яких передача тепла є основним процесом, і реактори, в яких теплової процес відіграє допоміжну роль.
Класифікація теплообмінників можлива за різними ознаками.
За способом передачі тепла розрізняються:
- теплообмінники змішання, в яких робочі середовища безпосередньо стикаються або перемішуються,
- поверхневі теплообмінники – рекуператори, в яких тепло передається через поверхню нагріву – тверду (металеву) стінку, що розділяє ці середовища.
За основним призначенням розрізняються:
- підігрівачі;
- випарники;
- холодильники;
- конденсатори.
Залежно від виду робочих середовищ розрізняються теплообмінники:
- рідинно-рідинні – при теплообміні між двома рідкими середовищами;
- рідінно-рідінні – при теплообміні между двома рідкімі середовища;
- газожидкостные – при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха) и др.
По тепловому режиму розрізняються:
- теплообмінники періодичної дії, в яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес;
- безперервної дії зі сталим у часі процесом.
У теплообмінниках періодичної дії тепловій обробці піддається певна порція (завантаження) продукту; внаслідок зміни властивостей продукту і його кількості параметри процесу безперервно варіюють в робочому обсязі апарату в часі.
При безперервному процесі параметри його також змінюються, але уздовж проточної частини апарату, залишаючись постійними в часі в даному перетині потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму і витрати робочих середовищ, що протікають через теплообмінник. В якості теплоносія найбільш широко застосовуються насичений або злегка перегрітий водяну пару. У змішувальних апаратах пар зазвичай барботируют в рідину (впускають під рівень рідини), при цьому конденсат пара змішується з продуктом, що не завжди допустимо. У поверхневих апаратах пар конденсується на поверхні нагрівання і конденсат видаляється окремо від продукту за допомогою водоотводчіков.
Водяна пара як теплоносій має безліч переваг: легкістю транспортування по трубах і регулювання температури, високою інтенсивністю тепловіддачі і ін. Застосування пара особливо вигідно при використанні принципу багаторазового випаровування, коли випарювали з продукт вода прямує в вигляді пари, що гріє в інші випарніапарати і підігрівачі. Обігрів гарячою водою і рідинами також має широке застосування і вигідний при вторинному використанні тепла конденсатів і рідин (продуктів), які але ходу технологічного процесу нагріваються до високої температури.
У порівнянні з парою рідинний підігрів менш інтенсивний і відрізняється змінною, що знижується температурою теплоносія. Однак регулювання процесу і транспорт рідин так само зручні, як і при паровому обігріві. Загальним недоліком парового і водяного обігріву є швидке зростання тиску з підвищенням температури. В умовах технологічної апаратури харчових виробництв при паровому і водяному обігріві найвищі температури обмежені 150-160 С, що відповідає тиску (5-7) 105 Па.
В окремих випадках (у консервної промисловості) прі¬меняется масляний обігрів, який дозволяє при атмосфер¬ном тиску досягти температур до 200 ° С. Широко застосовується обігрів гарячими газами і повітрям (до 300-1000 ° С) в печах, сушильних установках. Газовий обігрів відрізняється рядом недоліків: трудністю регулювання та транспортування теплоносія, малою інтенсивністю теплообміну, забрудненням поверхні апаратури (при використанні топкових газів) і ін.
Однак в ряді випадків він є єдино можливим (наприклад, в повітряних сушарках). У холодильній техніці використовується ряд холодоагентів: повітря, вода, розсоли, аміак, вуглекислота, фреон та ін. При повному або частковому передрукуванні теплоносіїв і холодоагентів теплові та масообмінні процеси підпорядковані основному- технологічним процесом виробництва, заради якого створюються теплообмінні апарати і установки. Тому рішення задач оптимізації теплообміну підпорядковано умовам раціонального технологічного процесу. Для нагрівання та охолодження рідких середовищ розроблені теплообмінники різноманітних конструкцій. Нижче розглядаються деякі конструкції теплообмінних апаратів, що застосовуються в харчовій промисловості.
