Кожухотрубный теплообменник состоит из корпуса, пучка теплообменных труб, трубной доски, перегородок (отражательных плит) и камеры распределения и других компонентов. Корпус в основном цилиндрический, внутри установлен пучок труб, оба конца пучка труб закреплены на трубных досках. Два вида жидкости, холодная и горячая, осуществляющие теплообмен, один вид течет внутри труб, называется жидкостью трубного пространства; другой вид течет снаружи труб, называется жидкостью межтрубного пространства. Для повышения коэффициента теплопередачи жидкости снаружи труб обычно внутри корпуса устанавливают некоторое количество отражательных плит. Отражательные плиты могут повысить скорость жидкости в межтрубном пространстве, вынуждая жидкость многократно проходить поперек пучка труб по заданному пути, усиливая степень турбулентности жидкости. Теплообменные трубы на трубной доске могут быть расположены по равностороннему треугольнику или квадрату. Расположение по равностороннему треугольнику более компактное, степень турбулентности жидкости снаружи труб высокая, коэффициент теплопередачи большой; расположение по квадрату обеспечивает удобство очистки снаружи труб, подходит для жидкостей, склонных к образованию накипи. Основные контрольные параметры кожухотрубного теплообменника: площадь нагрева, расход горячей воды, количество теплопередачи, параметры теплоносителя и другие. Каждый проход жидкости через трубный пучок называется одним трубным ходом; каждый проход через корпус называется одним корпусным ходом. На рисунке показан теплообменник с простейшей конструкцией - с одним корпусным ходом и одним трубным ходом, сокращенно называемый теплообменник типа 1-1. Для повышения скорости жидкости внутри труб, в камерах на обоих концах могут быть установлены разделительные плиты, разделяющие все трубы на несколько групп равномерно. Таким образом, жидкость каждый раз проходит только через часть труб, вследствие чего многократно движется вперед и назад в трубном пучке, это называется многотрубным ходом. Аналогично, для повышения скорости потока жидкости снаружи труб, также в корпусе могут быть установлены продольные отражательные плиты, вынуждая жидкость многократно проходить через пространство корпуса, называется многокорпусным ходом. Многотрубный ход и многокорпусный ход могут находиться в комбинированном применении.

Теплообменник с неподвижной трубной решеткой относится к кожухотрубным теплообменникам, в которых трубные решетки на обоих концах трубного пучка жёстко соединены с корпусом сварным методом. Трубная решетка после сварки с корпусом может также служить фланцем, соединяемым болтами с фланцем камеры. Преимущества: простая конструкция, при обеспечении равной поверхности теплопередачи требуется минимальный внутренний диаметр корпуса. Недостатки: при большой разнице температур между средами в межтрубном и трубном пространстве возникают значительные термические напряжения, приводящие к вырыву трубок из решетки и разрыву в месте соединения трубок с трубной решеткой, что вызывает утечки или потерю устойчивости трубок; одновременно техническое обслуживание и очистка межтрубного пространства неудобны. Широко применяется в обычных условиях, но также ограничен разностью температур.

С постоянным развитием технологий химического производства колонные аппараты также сформировали многообразные структуры и типы для удовлетворения различных технологических требований. Для удобства исследования и сравнения проводится классификация колонных аппаратов с разных точек зрения. Например: по рабочему давлению разделяются на колонны повышенного давления, колонны атмосферного давления и колонны вакуумные; по единичным операциям разделяются на ректификационные колонны, абсорбционные колонны, десорбционные колонны, экстракционные колонны, реакционные колонны и сушильные колонны; по способу формирования межфазной поверхности контакта разделяются на колонны с фиксированной межфазной поверхностью и колонны с формированием межфазной поверхности в процессе течения и так далее, далее представлена обычная классификация нескольких типов колонных аппаратов. 1. Классификация по назначению (1) Ректификационные колонны Операция разделения компонентов жидкой смеси, основанная на различии их летучести, называется дистилляцией; процесс многократной дистилляции называется ректификацией; колонное оборудование, осуществляющее процесс ректификации, называется ректификационной колонной. Например, колонны атмосферного давления и вакуумные колонны в установках атмосферно-вакуумной перегонки могут разделять сырую нефть на бензин, керосин, дизельное топливо и смазочные масла; различные ректификационные колонны в установках платформинга могут выделять бензол, толуол, ксилол и другие. (2) Абсорбционные колонны, десорбционные колонны Технологическая операция разделения газов путем поглощения жидкостью, основанная на различии растворимости компонентов газовой смеси в растворе, называется абсорбцией; процесс высвобождения растворенного газа из абсорбционной жидкости путем нагрева и других методов называется десорбцией. Колонное оборудование, осуществляющее процессы абсорбции и десорбции, называется абсорбционными колоннами и десорбционными колоннами. Например, абсорбционные и десорбционные колонны в установках каталитического крекинга необходимы для рекуперации бензина из газа нефтепереработки, выделения этилена и пропилена из пиролизного газа, а также для очистки газов. (3) Экстракционные колонны Для жидких смесей с малыми различиями в температурах кипения компонентов обычные методы дистилляции малоэффективны; в этом случае в жидкую смесь можно добавить растворитель с высокой температурой кипения (называемый экстрагентом); используя разницу в растворимости компонентов смеси в экстрагенте, их разделяют, этот метод называется экстракцией (также называется отмывкой); колонное оборудование, осуществляющее процесс экстракции, называется экстракционной колонной. Например, экстракционные колонны в установках демальванизации пропаном и другие. Среди экстракционных колонн чаще используются пульсационные колонны и роторно-дисковые колонны. (4) Скрубберы Процесс удаления нежелательных компонентов или твердых частиц из газа с помощью воды называется промывкой или пылеулавливанием, используемое колонное оборудование называется скруббером или пылеулавливающей колонной. Здесь особо отмечается, что некоторые аппараты по своей форме относятся к колонному оборудованию, но по сути работы являются не разделительными, а теплообменными или реакционными. Например, градирни относятся к охладителям, а синтетические колонны в установках производства аммиака относятся к реакторам. 2. Классификация по рабочему давлению Колонное оборудование в зависимости от выполняемых технологических операций имеет различное давление и температуру. Однако при достижении фазового равновесия между давлением, температурой, составом газовой фазы и составом жидкой фазы существует определенная зависимость. В практическом производстве состав и требования к сырью и продукции определяются технологией и не могут быть произвольно изменены, давление и температура имеют возможности выбора, но они взаимосвязаны, если один параметр определяется сначала, другой может быть найден только из соотношения фазового равновесия. С точки зрения удобства эксплуатации и простоты оборудования предпочтительна работа при атмосферном давлении, с точки зрения источника хладагента обычно целесообразно контролировать температуру конденсации на верху колонны в диапазоне 30-40°C, чтобы использовать дешевую воду или воздух в качестве хладагента. Поэтому колонное оборудование в зависимости от конкретных технологических требований, оборудования и стоимости эксплуатации подлежит комплексному рассмотрению, иногда может работать при атмосферном давлении, иногда требует работы под повышенным давлением, иногда также требуется вакуумная работа. Соответствующее колонное оборудование называется колоннами атмосферного давления, колоннами повышенного давления и вакуумными колоннами. 3. Классификация по конструктивной форме Колонное оборудование, несмотря на различное назначение и различные условия эксплуатации, имеет в основном аналогичную конструкцию, в основном состоящую из корпуса колонны, опоры, внутренних компонентов и принадлежностей. В зависимости от конструкции внутренних компонентов его можно разделить на два основных типа: тарельчатые колонны и насадочные колонны. В тарельчатых колоннах внутри колонны установлено определенное количество тарелок, газ проходит через слой жидкости на тарелке в виде пузырьков или струй, обеспечивая тесный контакт двух фаз для массопередачи. Концентрация компонентов двух фаз изменяется ступенчато по высоте колонны. В насадочных колоннах внутри колонны заполнен слой насадки определенной высоты, жидкость течет вниз пленкой по поверхности насадки, а непрерывная газовая фаза движется снизу вверх, осуществляя противоточную массопередачу с жидкостью. Концентрация компонентов двух фаз изменяется непрерывно по высоте колонны. Кроме того, по конструкции тарелок тарельчатых колонн и по используемой насадке в насадочных колоннах можно подразделить на различные типы колонн.