DE10256232B4 - Device for extending the service life of tube bundle heat exchangers in indirectly heated UHT systems for food - Google Patents
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Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verlängerung der Standzeit von Rohrbündel-Wärmeaustauschern in indirekt beheizten UHT-Anlagen für Nahrungsmittel, insbesondere für Milch oder Milchprodukte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for extending the service life of tube bundle heat exchangers in indirectly heated UHT systems for food, in particular for milk or milk products, according to the preamble of claim 1.
Unter einem UHT-Verfahren (UHT: Ultra High Temperature) mit indirekter Produktbeheizung durch Wärmeaustausch mittels eines Wärmeträgermediums an einer Wand versteht man eine thermische Produktbehandlung, welche auch aseptische Erhitzung genannt wird, bei der so gut wie alle Mikroorganismen, mindestens jedoch alle zur Verderbnis führenden Mikroorganismen, abgetötet werden, die während der Lagerphase des Produktes bei Raumtemperatur heranwachsen könnten. Demnach müssen alle Mikroorganismen mit Ausnahme einiger, eventuell den Erhitzungsprozess überlebender hitzeresistenter Sporen abgetötet werden. Diese wachsen jedoch bei normaler Raumtemperatur während der Lagerphase nicht über einen kritischen Wert heran. Die indirekte Produktbeheizung durch einen Wärmeaustausch an einer Wand kann sowohl mit sogenannten Platten-Wärmeaustauscheranlagen oder auch, wie im vorliegenden Falle, mit sogenannten Rohrbündel-Wärmeaustauschern erfolgen. Nachfolgend wird die Problematik durchgehend an Milch oder Milchprodukten mit annähernd gleichen kinematischen Zähigkeiten ν dargestellt, da diese Anwendungen ein wesentliches Einsatzgebiet der Vorrichtung der gattungsgemäßen Art darstellen.Under a UHT process (UHT: Ultra High Temperature) with indirect Product heating by heat exchange by means of a heat transfer medium on a wall one understands a thermal product treatment, which also called aseptic heating, in which almost everyone Microorganisms, but at least all that lead to corruption Microorganisms, killed be that during the storage phase of the product could grow at room temperature. Therefore have to all microorganisms with the exception of some, possibly surviving the heating process heat resistant spores killed become. However, these grow at normal room temperature during the Storage phase not over a critical value. Indirect product heating through a heat exchange on a wall can be done with so-called plate heat exchanger systems or also, as in the present case, with so-called tube bundle heat exchangers respectively. In the following the problem is consistently with milk or dairy products with approximately same kinematic viscosities ν, since these applications are an essential area of application of the device of the generic type represent.
Eine UHT-Erhitzungsanlage mit indirekter Produktbeheizung beinhaltet zunächst einen Vorwärmer für die Anwärmung des Produktes. Danach wird in dieser indirekten UHT-Erhitzeranlage die Milch zumeist über einen sog. Homogenisator ge führt. Es folgen ein weiterer Wärmeaustausch, eine sog. Vorheißhaltung zur Proteinstabilisierung der Milchproteine für den nachfolgenden Milcherhitzungsprozess, danach die eigentliche UHT-Erhitzung mit Heißhaltung, anschließend die Kühlung unter Wärmeaustausch mit der ankommenden Milch und, falls notwendig, eine Nachkühlung. In Abhängigkeit von der jeweiligen Technologie kann die Homogenisierung vor oder auch nach der UHT-Erhitzung stattfinden. Als Wärmeträgermedium fungiert Wasser, welches im Kreislauf geführt wird und entsprechend dem Temperatur-Zeit-Verlauf im Milchvorlauf bei höherer Temperatur im Gegenstrom die Milch erhitzt und im Rücklauf der Milch diese ebenfalls im Gegenstrom abkühlt. Dieser Wärmeaustausch erfolgt regenerativ, wobei bis zu 90% der eingesetzten Energie zurückgewonnen werden können. Dabei ist der UHT-Erhitzer von diesem regenerativen Wärmeaustausch ausgenommen und die notwendige Restaufheizung erfolgt hier durch indirekte Erhitzung mit Dampf bei Umleitung des Wasserkreislaufs (Prinzip FINNAH, Ahaus; H. KESSLER, Molkereiverfahrenstechnik, 3. Auflage, 1988).A UHT heating system with indirect product heating included first a preheater for the heating up of the product. Then in this indirect UHT heater system the milk mostly over one so-called homogenizer leads. Another heat exchange follows a so-called preheating attitude for protein stabilization of the milk proteins for the subsequent milk heating process, then the actual UHT heating with keeping hot, then the cooling under heat exchange with the incoming milk and, if necessary, after-cooling. In dependence Depending on the technology used, the homogenization before or also take place after the UHT heating. Water acts as the heat transfer medium, which is circulated and in accordance with the temperature-time curve in the milk flow at higher temperature the milk is heated in countercurrent and the milk is also heated in the return flow cools in countercurrent. This heat exchange is regenerative, whereby up to 90% of the energy used is recovered can be. Here is the UHT heater from this regenerative heat exchange except and the necessary residual heating takes place here indirect heating with steam while redirecting the water cycle (Principle FINNAH, Ahaus; H. KESSLER, dairy technology, 3rd Edition, 1988).
Eine
vielfach in der Praxis mit Erfolg angewendete indirekte UHT-Erhitzungsanlage
realisiert sowohl den regenerativen Wärmeaustausch als auch den nicht
regenerativen Wärmeaustausch
im UHT-Erhitzer mittels sogenannter Rohrbündel-Wärmeaustauscher
(
Bei der Erhitzung von Lebensmitteln allgemein und im vorliegenden Falle bei Milch im Besonderen tritt ein Problem auf, das mit dem Begriff Produktansatzbildung beschrieben wird. Für diese Ansatzbildung sind bei Milch hauptsächlich die Milchproteine und Mineralsalze verantwortlich. Es ist bekannt, dass mit zunehmender Produkttemperatur die Ansatzbildungsgeschwindigkeit der Proteine steigt, d.h. die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Temperaturerhöhung stark ge steigert. Weiterhin ist bekannt, dass bei einer vorgeschalteten Heißhaltung bei 90 bis 95 Grad Celsius weniger Ansatz im nachgeschalteten Erhitzer bei maximal 142 Grad Celsius auftritt, was auf die Denaturierung von Molkenproteinen und den Abbau der Übersättigung von Ca3(PO4)2 durch Bildung von Kristallkeimen im Heißhalter zurückzuführen ist. Ebenfalls Einfluss auf die Ansatzbildung nimmt neben der Zusammensetzung, d.h. der Grundbelastung u.a. mit Keimen, auch der pH-Wert der Milch. Bei einer Absenkung des pH-Wertes = 6,68 auf 6,62 ist bereits mit einer starken Zunahme von Ablagerung zu rechnen.With the heating of food in general and in the present case with milk in particular, a problem occurs which is described with the term product batch formation. Milk proteins and mineral salts are mainly responsible for this build-up in milk. It is known that the rate of formation of the proteins increases with increasing product temperature, ie the reaction rate is greatly increased by the temperature increase. It is also known that with an upstream holding at 90 to 95 degrees Celsius less batch occurs in the downstream heater at a maximum of 142 degrees Celsius, which is due to the denaturation of whey proteins and the reduction of the supersaturation of Ca 3 (PO 4 ) 2 by the formation of crystal nuclei in the hot holder. In addition to the composition, ie the basic contamination with germs, among other things, the pH value of the milk also influences the formation of the batch. If the pH value drops = 6.68 to 6.62, a strong increase in deposits can already be expected.
Einen entscheidenden Einfluss auf die Produktansatzbildung hat die Fließgeschwindigkeit des Produktes, der Milch oder des Milchproduktes, da sich hier dem Ablagerungsvorgang infolge Ansatzbildung eine Abtragung durch Scherkräfte im Bereich der Strömungsgrenzschicht der Rohrinnenwand überlagert. Diesen letztgenannten Effekt machen sich UHT-Erhitzungsanlagen mit Rohrbündel-Wärmeaustauschern in besonderem Maße gegenüber Platten-Wärmeaustauschern zu Nutze, da hier konstruktionsbedingt die Strömungsgeschwindigkeit in den Innenrohren relativ hoch gewählt wird und damit eine die Strömungsgrenzschicht entsprechend beeinflussende relativ hohe Reynolds-Zahl, aus der eine geringere Verweilzeit der Milchinhaltsstoffe folgt, gegeben ist. Die Reynolds-Zahl Re ist eine den Strömungszustand (Grad der Laminarität bzw. Turbulenz) kennzeichnende dimensionslose Kenngröße; sie errechnet sich aus der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v im Innenrohr, dessen hydraulischem (gleichwertigem) Innendurchmesser dhydr und der kinematischen Zähigkeit ν des Produktes nach der Beziehung Re = v dhydr/ν. Bekannte Rohrbündel-Wärmeaustauscher in UHT-Erhitzeranlagen der in Rede stehenden Art werden in Anwendung auf Milch oder Milchprodukte derzeit mit Reynolds-Zahlen im Bereich zwischen Re = 15.000 und Re = 30.000 betrieben. Beispielsweise resultiert hieraus bei einem Rohr Φ14 × 1 mm und einer kinematischen Zähigkeit ν = 1·10–6 m2/s für Milch eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit v im Innenrohr von v = 1,25 bis 2,5 m/s.The flow rate of the product, the milk or the milk product has a decisive influence on the formation of the build-up, since here the deposition process due to build-up is overlaid by shear forces in the area of the flow boundary layer of the inner pipe wall. this the latter effect makes UHT heating systems with tube bundle heat exchangers particularly useful compared to plate heat exchangers, since here the flow velocity in the inner tubes is chosen to be relatively high due to the design and thus a relatively high Reynolds number, which influences the flow boundary layer, resulting in a lower number Residence time of the milk ingredients follows, is given. The Reynolds number Re is a dimensionless characteristic characterizing the flow state (degree of laminarity or turbulence); it is calculated from the mean flow velocity v in the inner tube, its hydraulic (equivalent) inner diameter d hydr and the kinematic viscosity ν of the product according to the relationship Re = vd hydr / ν. Known tube bundle heat exchangers in UHT heating systems of the type in question are currently operated with Reynolds numbers in the range between Re = 15,000 and Re = 30,000 when applied to milk or milk products. For example, with a tube Φ14 × 1 mm and a kinematic viscosity ν = 1 · 10 –6 m 2 / s for milk, this results in an average flow velocity v in the inner tube of v = 1.25 to 2.5 m / s.
Aufgrund des vorgenannten signifikanten Einflusses der Produkttemperatur auf die Ansatzbildungsgeschwindigkeit ist der UHT-Erhitzer und der UHT-Heißhalter der kritische Anlagenbereich einer UHT-Erhitzungsanlage, soweit es das Problem der Ansatzbildung betrifft. Es liegt auf der Hand, dass durch Produktansatzbildung einerseits der Wärmeaustausch an den Innenrohren verschlechtert, d.h. die Wärmedurchgangszahl k signifikant vermindert wird, und andererseits durch die Ansatzbildung der Druckverlust Δpv in den Innenrohren, der umgekehrt proportional zur fünften Potenz des Rohrinnendurchmessers Di ist, deutlich ansteigt. Die Verschlechterung des Wärmedurchgangs führt schließlich dazu, dass die notwendigen Wärmeströme zur Sicherstellung einer hinreichenden Temperatur zur Abtötung der Mikroorganismen nicht mehr übertragen werden können und dass zudem ein Druckverlust Δpv auftritt, der im Grenzfall den anfänglichen Druckverlust erheblich übersteigt. Es kommt zur Betriebsstörung in Form einer Produktionsunterbrechung; ein weiterer Betrieb der UHT-Erhitzungsanlage ist dann nicht mehr möglich.Due to the aforementioned significant influence of the product temperature on the build-up speed, the UHT heater and the UHT hot holder are the critical system area of a UHT heating system, as far as the problem of build-up is concerned. It is obvious that on the one hand the formation of a product deteriorates the heat exchange on the inner pipes, ie the heat transfer coefficient k is significantly reduced, and on the other hand the formation of a pressure drop Δp v in the inner pipes, which is inversely proportional to the fifth power of the inner pipe diameter D i , increases significantly. The deterioration of the heat transfer ultimately leads to the fact that the heat flows necessary to ensure a sufficient temperature to kill the microorganisms can no longer be transmitted and that a pressure loss Δp v also occurs, which in the limit case significantly exceeds the initial pressure loss. There is a malfunction in the form of a production stoppage; further operation of the UHT heating system is then no longer possible.
Betriebszeiten der UHT-Erhitzungsanlage von bis zu 20 Stunden, die auch mit dem Begriff Standzeiten charakterisiert werden, sind ohne Unterbrechung bis zur Reinigung unter günstigen Bedingungen möglich. Danach muss die Produktion unterbrochen, die Anlage gereinigt und ggf. neu sterilisiert werden. Man wendet hier zum einen eine sogenannte sterile Zwischenreinigung an, die beispielsweise 1,5 Stunden bei hoher Temperatur durchgeführt wird. Eine zweite Möglichkeit besteht zum anderen darin, eine sogenannte Hauptreinigung durchzuführen, die etwa zwei Stunden andauert, um dann anschließend die gesamte Anlage neu über eine Zeitspanne von etwa einer Stunde zu sterilisieren.uptime the UHT heating system of up to 20 hours, which can also be used with the Term downtimes are characterized without interruption until cleaning under favorable Conditions possible. Then the production has to be interrupted, the system cleaned and if necessary, be re-sterilized. On the one hand, a so-called is used sterile intermediate cleaning, which, for example, takes 1.5 hours high temperature becomes. A second option on the other hand consists in performing a so-called main cleaning, which lasts about two hours, then the entire system over a period of time of about an hour to sterilize.
Unabhängig von dem jeweiligen Reinigungsverfahren stellt die Abreinigung der Ablagerungen und die erneute Bereitstellung aseptischer Bedingungen eine Betriebsunterbrechung dar, die einen erheblichen Kostenfaktor einerseits mit Blick auf eine Unterbrechung der Produktion und andererseits mit Blick auf das Reinigungsverfahren selbst darstellt. In der Praxis der Ultrahoch-Erhitzungstechnologie ist demzufolge zum einen die Standzeitverlängerung ein vorrangiges Anliegen, um die Produktionskosten zu senken. Ein wesentlicher Ansatzpunkt zur Standzeitverlängerung besteht in der Reduzierung der Ansatzbildungsgeschwindigkeit.Independent of The cleaning of the deposits represents the respective cleaning process and the re-provision of aseptic conditions an outage representing a significant cost factor on the one hand an interruption of production and on the other hand with a view to represents the cleaning process itself. In the practice of ultra-high heating technology accordingly, extending the service life is a priority, to reduce production costs. An essential starting point to extend the service life consists in reducing the rate of formation.
Zu diesem Zwecke ist vorrangig eine möglichst vollständige Denaturierung potenziell Ansatz bildenden Proteins durch entsprechende konstruktive Maßnahmen anzustreben. Wenn die Möglichkeiten der Reduzierung im Bereich der Vorheißhaltung der Milch erschöpft sind, muss sich das Augenmerk hinsichtlich einer weiteren Reduzierung auf den Bereich der Rohrbündel-Wärmeaustauscher in den betreffenden hohen Temperaturbereichen der UHT-Erhitzeranlage richten.To for this purpose, the most complete possible is denaturation potentially approaching protein by appropriate constructive activities desirable. If the possibilities the reduction in pre-heated milk is exhausted, must pay attention to further reduction to the area of tube bundle heat exchangers in the relevant high temperature ranges of the UHT heater system judge.
Zum anderen macht die Reinigungs- und Sterilisationszeit etwa 10 bis 15 % der Standzeit aus, so dass diesbezüglich auch der Wunsch und die Notwendigkeit besteht, diese Zeiten absolut und nicht nur relativ, bezogen auf eine verlängerte Standzeit, zu reduzieren. Bei der Reinigung, insbesondere einer solchen unter Verwendung von chemischen Mitteln, ist jedoch zu beachten, dass die Keime in topographischen Untiefen (Rauhtiefen) speziell bei gewalzten, geglühten, chemisch gebeizten und anschließend nicht weiter mechanisch behandelten Oberflächen entsprechend verlängerte Einwirkzeiten benötigen. Danach ergibt sich im Sinne der hygienischen Endbedingungen nun das Folgeproblem, dass alle organischen und anorganischen Kontaminationssubstanzen von der Oberfläche rückstandsfrei weggespült werden müssen.To the others make the cleaning and sterilization time about 10 to 15% of the service life, so that in this regard also the desire and the There is a need, these times absolutely and not only relatively, based on an extended Tool life, to reduce. When cleaning, especially one those using chemical agents, however, it should be noted that the germs in topographic shallows (surface roughness) specifically for rolled, annealed, chemically stained and then surfaces which have not been mechanically treated in accordance with extended exposure times need. After that, the hygienic end conditions now result the consequential problem that all organic and inorganic contaminants from the surface residue washed away Need to become.
Aus
der Druckschrift
Weiterhin
ist in der Druckschrift
In
der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit der die Standzeit der UHT-Anlagen der vorbeschriebenen Art signifikant verlängert wird und, als Nebeneffekt, der Reinigungsvorgang optimiert und die Sterilisationshäufigkeit reduziert werden.It is the object of the present invention, a device of the generic type to propose with which the service life of the UHT systems of the above Kind significantly extended and, as a side effect, the cleaning process is optimized and the sterilization frequency be reduced.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorgeschlagenen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.This Object is achieved by a device with the features of the claim 1 solved. Advantageous embodiments the proposed device are the subject of the dependent claims.
Die vorgeschlagene Vorrichtung gemäß der Erfindung ist Teil des sog. Rohrbündel-Wärmeaustauschers, der in der Regel aus einer Vielzahl von sog. Rohrbündeln besteht, von denen jedes mehrere parallel geschaltete Innenrohre mit einem gemeinsamen Eintritt und einem gemeinsamen Austritt für das Produkt aufweist. Die jeweilige Gruppe von Innenrohren wird von einem Mantelrohr umschlossen, das jeweils nahe der Enden mit einem radial ein- bzw. ausmündenden Anschlussstutzen für ein Wärmeträgermedium versehen ist, das das Mantelrohr im Gegenstrom zur Rohrströmung in den Innenrohren durchströmt.The proposed device according to the invention is part of the so-called tube bundle heat exchanger, which usually consists of a large number of so-called tube bundles, each of which has several inner tubes connected in parallel with one joint entry and exit for the product having. The respective group of inner tubes is made up of a jacket tube enclosed, which in each case near the ends with a radially opening out Connection piece for a heat transfer medium is provided that the jacket tube in counterflow to the tube flow in flows through the inner tubes.
Die erfinderische Lösung macht von zwei Mechanismen Gebrauch, nämlich zum einen vom Mechanismus der Erhöhung der Turbulenz in der thermischen und hydraulischen Grenzschicht der Rohrströmung im Innenrohr. Dies gelingt dadurch, dass das jeweilige Innenrohr eines UHT-Erhitzers und nachgeordneten UHT-Heißhalters wenigstens auf der Oberfläche seiner Rohrinnenwand Makro-Rauhigkeits-Strukturen MR aufweist, die in einem Anstellwinkel 35 ≥ α ≥ 25 Grad gegenüber der Längsachse des Innenrohres orientiert sind. Daraus resultiert wiederum ein turbulenter Impulsaustausch quer zur Hauptströmungsrichtung im Bereich der thermischen und hydraulischen Grenzschicht, wodurch die Bildung von Produktansätzen gehemmt wird. Derartige Makro-Rauhigkeits-Strukturen müssen so beschaffen sein, dass sie aus der laminaren Unterschicht der Grenzschicht herausragen und somit den gewünschten Impulsaustausch generieren bzw. begünstigen. Darüber hinaus müssen diese Makro-Rauhigkeits-Strukturen gegenüber der Hauptströmungsrichtung der Rohrströmung derart orientiert sein, dass die Anlagerung von Produktansätzen nicht begünstigt wird.The inventive solution makes use of two mechanisms, namely the mechanism of increasing turbulence in the thermal and hydraulic boundary layer of the pipe flow in the Inner tube. This is achieved by the fact that the respective inner tube of a UHT heater and subordinate UHT hot holder has macro-roughness structures M R at least on the surface of its inner tube wall, which are oriented at an angle of incidence of 35 α α 25 25 degrees with respect to the longitudinal axis of the inner tube. This in turn results in a turbulent exchange of impulses transverse to the main flow direction in the area of the thermal and hydraulic boundary layer, which inhibits the formation of product batches. Such macro-roughness structures must be such that they protrude from the laminar lower layer of the boundary layer and thus generate or promote the desired pulse exchange. In addition, these macro-roughness structures must be oriented in relation to the main flow direction of the pipe flow in such a way that the accumulation of product batches is not favored.
Die Erfindung macht weiterhin von einem zweiten Mechanismus Gebrauch, der von der mikroskopischen Beschaffenheit der Oberfläche der Rohrinnenwand des Innenrohres entscheidend geprägt wird. Hier wird vorgeschlagen, dass die derart strukturierte Oberfläche der Rohrinnenwand flächendeckend, auch über die Makro-Rauhigkeits-Strukturen MR erstreckend, mittels eines elektrochemischen Polierverfahrens behandelt ist, das eine Mikro-Oberflächen-Beschaffenheit mR erzeugt, die sich strukturell wie energetisch durch eine reduzierte Neigung für die Anhaftung von Fremdsubstanzen auszeichnet. Dabei geht es allerdings nicht vorrangig um jenes strukturelle Merkmal der Oberfläche, das durch einen sog. Rauhtiefenwert, wie beispielsweise die gemittelte Rauhtiefe Rz oder den arithmetischen Mittenrauhwert Ra (Definition gemäß DIN EN ISO 4287) bestimmt ist. Es ist nämlich ein verbreiteter Trugschluss (s. hierzu auch G. HENKEL, A-4830 Waidhofen/Thaya; Aufsatz Nr. 35, 2001, "Moderne Oberflächenbehandlung von hochwertigen Edelstahlrohren für den Wärmetauschereinsatz"; Sonderdruck aus PRO CESS, 8. Jahrgang, März 2001, „Der Schein trügt"), die Qualität einer Metalloberfläche durch Angabe eines Rauhtiefenwertes definieren zu wollen, denn damit wird lediglich eine quantitative Vergleichsgröße angegeben, die eine echte Vorstellung von der effektiven Oberflächengestalt und sonstigen -beschaffenheit nicht vermitteln kann.The invention also makes use of a second mechanism which is decisively shaped by the microscopic nature of the surface of the inner tube wall of the inner tube. It is proposed here that the surface of the inner wall of the pipe structured in this way is treated over an entire area, also extending over the macro-roughness structures M R , by means of an electrochemical polishing process which produces a micro-surface texture m R which is structurally and energetically characterized by a reduced tendency for the attachment of foreign substances. However, this is not primarily about the structural feature of the surface that is determined by a so-called roughness depth value, such as the mean roughness depth R z or the arithmetic mean roughness value R a (definition according to DIN EN ISO 4287). It is a common fallacy (see also G. HENKEL, A-4830 Waidhofen / Thaya; article no. 35, 2001, "Modern surface treatment of high-quality stainless steel pipes for use in heat exchangers"; special print from PRO CESS, 8th year, March 2001, "Appearances are deceiving") to want to define the quality of a metal surface by specifying a surface roughness value, because this is only a quantitative comparison value that cannot convey a real idea of the effective surface shape and other properties.
Die Verhinderung der Belagbildung auf Edelstahl-Oberflächen oder wenigstens deren Verminderung oder Hemmung, die sich die vorliegende Erfindung mit Blick auf die Verlängerung der Standzeit bzw. die Reduzierung der Reinigungs- und Sterilisationszeit zum vorrangigen Ziel gesetzt hat, werden im wesentlichen durch die physikalischen Verhältnisse an der Oberfläche bestimmt. Hier sind insbesondere die mikroskopischen Bindungsmechanismen der Kontaminationen an die Oberfläche von Interesse. Dies sind neben Van-der-Waals-Kräften vor allem Brückenbindungen und auch mechanische Verankerungen.The Prevention of deposits on stainless steel surfaces or at least their reduction or inhibition, which is the present Invention with a view to extension the service life or the reduction of the cleaning and sterilization time has set the primary goal, will be essentially through the physical relationships on the surface certainly. Here in particular are the microscopic binding mechanisms of contamination to the surface of interest. these are alongside Van der Waals forces especially bridge bindings and also mechanical anchors.
Einfach standardisierte Innenoberflächenausführungen der Edelstahlrohre, wie sie beispielsweise durch Kaltziehen oder Walzen und anschließendes Glühen und Beizen entstehen, wobei im Sonderfall diese Oberflächen zusätzlich auch noch mechanisch geschliffen sein können, sind in der Weise relativ aktiv, dass es zwischen der Oberfläche und dem fließenden Medium, dem Produkt, speziell auch bei turbulenter Strömung, in der strömungstechnisch beruhigten Grenzschicht, der laminaren Unterschicht, zu sogenannten chemo-physikalischen Reaktionen von Medienpartikeln mit den Berührungsflächen kommt. Dadurch baut sich auf der Edelstahloberfläche, punktförmig wachsend, eine Belagschicht auf, welche dem Charakter nach eine Zwischen- oder Grenzschicht darstellt, in der sich Partikel bevorzugt verankern und sodann weitere Partikel des Mediums sich anlagern, wodurch letztlich geschlossene Schichtenbildung entsteht. Im vorliegenden Falle sind es bei UHT-Erhitzungsanlagen die Anlagerungen von potenziell Ansatz bildenden Substanzen.Simple standardized interior surface finishes the stainless steel pipes, such as by cold drawing or Rolling and subsequent glow and pickling, and in special cases these surfaces also can still be mechanically ground, are relative in the way active that there is between the surface and the flowing medium, the product, especially with turbulent flow, in the fluidic calmed boundary layer, the laminar lower layer, to so-called chemo-physical reactions of media particles with the contact surfaces. As a result, a coating layer builds up on the stainless steel surface, growing in a punctiform manner on the character of an intermediate or boundary layer represents, in which particles prefer to anchor and then others Particles of the medium accumulate, which ultimately makes them closed Layer formation occurs. In the present case it is with UHT heating systems the accumulation of substances that potentially form a deposit.
Erfindungsgemäß wird nun eine Mikro-Oberflächen-Beschaffenheit vorgeschlagen, die mehr die energetische als die strukturelle Beschaffenheit der jeweiligen Edelstahloberfläche verändert. Dies gelingt durch fachgerechtes elektrochemisches Polieren (s. hierzu Firmendruckschrift HENKEL Beiz- und Elektropoliertechnik, A-3830 Waidhofen/Thaya, „Die Oberfläche sichert den Wert des Bauteils").According to the invention a micro-surface texture suggested the more energetic than the structural nature the respective stainless steel surface changed. This is achieved through professional electrochemical polishing (see HENKEL pickling and electropolishing technology, A-3830 Waidhofen / Thaya, "Die surface saves the value of the component ").
Zur Darstellung der Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maßnahme werden nachfolgend vergleichende quantitative Angaben gemacht. Diese Angaben resultieren aus Versuchen an Edelstahlrohren mit einer Oberflächenbehandlung der vorge nannten Art, wobei auch die elektrochemisch polierten, ebenso wie die nicht derart behandelten, im Ausgangszustand mechanisch geschliffen waren. In Rohrbündel-Wärmeaustauschern der UHT-Anlagen der gattungsgemäßen Art kommen aus Kostengründen in der Regel längsnahtgeschweißte Edelstahlrohre zur Anwendung, die wegen der durchgehenden axialen Schweißnaht innenseits zusätzlich kalibriert, nicht jedoch, wie vorstehend erwähnt, zusätzlich mechanisch geschliffen werden. Die Versuchsergebnisse lassen sich daher nicht ohne weiteres quantitativ auf die Innenrohre von Rohrbündel-Wärmeaustauschern übertragen, jedoch machen diese Ergebnisse zumindest die qualitative Veränderung der physikalischen Beschaffenheit der Oberfläche der Rohrinnenwand durch elektrochemisches Polieren deutlich.to Showing the effectiveness of the proposed action comparative quantitative information is given below. This information result from tests on stainless steel pipes with a surface treatment of the aforementioned type, with the electrochemically polished, as well as those not treated in this way, mechanically in the initial state were ground. In tube bundle heat exchangers UHT systems of the generic type come for cost reasons usually longitudinally welded stainless steel pipes to use because of the continuous axial weld inside additionally calibrated, but not, as mentioned above, additionally mechanically ground become. The test results are therefore not easy quantitatively transferred to the inner tubes of tube bundle heat exchangers, however, these results at least make the qualitative change the physical nature of the surface of the inner tube wall electrochemical polishing clearly.
Durch das elektrochemische Polieren wird die Oberfläche dieser Rohre zum einen mit einer lückenlosen Passivschicht überzogen, wobei diese aus einer relativ dicken Chromoxidschicht besteht (> 2 nm gegenüber < 1 nm bei der Ausführung mit mechanischem Vorschliff, ohne elektrochemisches Polieren). Zum anderen ist die Oberfläche infolge des belastungsfreien elektrochemischen Polierabtrages praktisch spannungsfrei und zeigt ein werkstofftypisches, spezifisches Energieniveau von etwa 1,3 N/m (gegenüber ca. 2,2 N/m bei mechanischem Vorschliff). Passivierung und Reduzierung des Energieniveaus ergeben in erster Linie die reduzierte Neigung für die Anhaftung von Fremdsubstanzen, d.h. die signifikant stark verminderte Belagsneigung.Due to the electrochemical polishing, the surface of these tubes is on the one hand with a gapless Passive layer coated, which consists of a relatively thick chromium oxide layer (> 2 nm compared to <1 nm in the execution with mechanical pre-grinding, without electrochemical polishing). On the other hand, the surface is practically stress-free due to the stress-free electrochemical polishing removal and shows a material energy level of around 1.3 N / m (compared to around 2.2 N / m with mechanical pre-grinding). Passivation and reduction of the energy level primarily result in the reduced tendency for the attachment of foreign substances, ie the significantly strongly reduced tendency to deposit.
Der durch das elektrochemische Polierverfahren bewirkte Abtrag liegt bei etwa 10 bis 15 μm, wodurch sich gezeigt hat, beispielsweise belegt durch eine Untersuchung (G. HENKEL), dass 1 cm2 projizierte Oberfläche dann etwa 2,5 bis 4 cm2 wahre Oberfläche hat (gegenüber 12 bis 14 cm2 bei mechanischem Vorschliff). Diese strukturelle Mikro-Oberflächen-Beschaffenheit hat auch Einfluss auf die Pruduktansatzbildung, wobei sich diese Beschaffenheit kaum auf den Mittenrauhwert Ra auswirkt, der in der Untersuchung bei der elektrochemisch polierten Oberfläche bei Ra = 0,2 bis 0,25 μm und bei der Oberfläche mit mechanischem Vorschliff bei Ra = 0,3 bis 0,5 μm lag. Es ist weiterhin bekannt, dass die Neigung zur Ansatzbildung gehemmt wird, wenn die topographischen Untiefen einer Oberfläche, deren Anzahl in Relation zu der vorgenannten wahren Oberfläche steht, wenigsten gleich, besser kleiner als die repräsentative Größe der sich in unerwünschter Weise anlagernden Partikel ist. Bei der Milcherhitzung bestehen die Produktansätze aus Proteinen mit einer Größe von 1 bis 2 μm, Mikroorganismen > 1,5 μm und Zucker und Salzen im Bereich von 0,7 bis 0,8 μm.The erosion caused by the electrochemical polishing process is about 10 to 15 μm, which has shown, for example, by an investigation (G. HENKEL), that 1 cm 2 projected surface then has about 2.5 to 4 cm 2 true surface ( compared to 12 to 14 cm 2 with mechanical pre-grinding). This structural micro-surface texture also has an impact on the formation of the product batch, whereby this texture has hardly any effect on the average roughness value R a , which in the investigation of the electrochemically polished surface at R a = 0.2 to 0.25 μm and at Surface with mechanical pre-grinding was at R a = 0.3 to 0.5 μm. It is also known that the tendency to form deposits is inhibited if the topographical shallows of a surface, the number of which is in relation to the aforementioned true surface, are at least the same, better smaller than the representative size of the particles accumulating in an undesirable manner. In milk heating, the product batches consist of proteins with a size of 1 to 2 μm, microorganisms> 1.5 μm and sugar and salts in the range of 0.7 to 0.8 μm.
Längsnahtgeschweißte Innenrohre aus Walzstahl mit anschließender Kalibrierung, wie sie in den Rohrbündel-Wärmeaustauschern der in Rede stehenden Art üblicherweise bislang zur Anwendung kommen, weisen in der Regel Mittenrauhwerte Ra ≤ (0,7 bis 0,8) μm und im Bereich der Schweißnaht etwa Ra ≤ 1,2 μm auf.Longitudinally welded inner tubes made of rolled steel with subsequent calibration, as they have been used up to now in the tube bundle heat exchangers of the type in question, generally have average roughness values R a ≤ (0.7 to 0.8) μm and approximately in the area of the weld R a ≤ 1.2 μm.
Die nachfolgende Tabelle belegt den vorstehenden Sachverhalt am Beispiel des Keimwachstums auf rostfreiem Edelstahl 1.4301 in Abhängigkeit vom Bearbeitungsverfahren der Oberfläche und von der Zeit.The The following table shows the above situation using the example of germ growth on stainless steel 1.4301 depending the processing method of the surface and the time.
Tabelle table
Das mit der Erfindung verfolgte Ziel, nämlich die Standzeit der in Rede stehenden UHT-Erhitzungsanlagen zu verlängern und die Reinigungs- und Sterilisationszeit zu verkürzen, ist in signifikanter Weise durch die Kombination der beiden vorstehend beschriebenen Maßnahmen zu erreichen, die ihre gewünschte Wirksamkeit einmal durch die Makro-Rauhigkeits-Strukturen außerhalb der laminaren Unterschicht und zum andern durch die Mikro-Oberflächen-Beschaffenheit im Wesentlichen innerhalb der laminaren Unterschicht der Strömungsgrenzschicht im Innenrohr beziehen.The goal pursued by the invention, namely the service life of the in UHT heating systems in question and to extend the cleaning and Shorten sterilization time, is significant by combining the two above measures described to achieve the one you want Effectiveness once through the macro roughness structures outside the laminar underlayer and secondly due to the micro-surface properties essentially within the laminar underlayer of the flow boundary layer cover in the inner tube.
Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen erfinderischen Maßnahmen sei an folgendem im Praxistest ermittelten Ergebnis quantitativ abzulesen.
- – Ohne die erfinderischen Maßnahmen stellt sich am Milchaustritt des UHT-Erhitzers mit jeweils sieben parallel geschalteten Innenrohren Φ14 × 1 mm bei einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohr von v = 2,4 m/s (Re ≈ 28.000) nach 20-stündiger Betriebszeit eine Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Milch von Δϑ = ϑa – ϑE = 12 Grad Celsius ein.
- – Durch die erfinderischen Maßnahmen wird unter ansonsten gleichen Bedingungen an dieser Stelle eine Temperaturdifferenz Δϑ = 7 Grad Celsius erreicht, so dass im Vergleich zum Glatt-Rohr die Standzeit noch um einige Stunden verlängert werden kann, bis vergleichbare Temperaturverhältnisse vorliegen, die eine Unterbrechung des Betriebs der Anlage erfordern.
- - Without the inventive measures, there is a temperature difference at the milk outlet of the UHT heater, each with seven parallel inner tubes Φ14 × 1 mm with an average flow velocity in the inner tube of v = 2.4 m / s (Re ≈ 28,000) after 20 hours of operation between heat transfer medium and milk of Δϑ = ϑ a - ϑ E = 12 degrees Celsius.
- - Through the inventive measures, a temperature difference Δϑ = 7 degrees Celsius is achieved under otherwise identical conditions at this point, so that the service life can be extended by a few hours compared to the Glatt tube until comparable temperature conditions exist that interrupt the operation the system.
Neben den beiden vorstehend beschriebenen Maßnahmen gemäß der Erfindung, die die strukturelle und die physikalische Beschaffenheit der Oberfläche der Rohrinnenwand prägen, wird weiter vorgeschlagen, die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer turbulenten Strömung im Innenrohr zu betreiben, deren Reynolds-Zahl Re im Bereich 35.000 ≤ Re ≤ 45.000 liegt. Dieser Grad der Turbulenz sorgt für einen forcierten Impulsaustausch und Scherkräfte im wandnahen Bereich der Strömungsgrenzschicht, der die Neigung zur Produktansatzbildung weiter reduziert und dadurch die Standzeit der Rohrbündel-Wärmeaustauscher weiter erhöht. Das bedeutet beispielsweise für ein Innenrohr mit Φ14 × 1 mm und in Anwendung auf Milch (ν = 1·10–6 m2/s), dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v im Innenrohr im Bereich von v = 2,9 bis 3,75 m/s liegt.In addition to the two measures according to the invention described above, which shape the structural and physical properties of the surface of the inner tube wall, it is further proposed to operate the device according to the invention with a turbulent flow in the inner tube, the Reynolds number Re of which is in the range 35,000 ≤ Re ≤ 45,000. This degree of turbulence ensures a forced exchange of impulses and shear forces in the area of the flow boundary layer close to the wall, which is the tendency to the Pro Product build-up is further reduced, thereby further increasing the service life of the shell-and-tube heat exchangers. For example, for an inner tube with Φ14 × 1 mm and when applied to milk (ν = 1 · 10 –6 m 2 / s) this means that the mean flow velocity v in the inner tube is in the range of v = 2.9 to 3.75 m / s lies.
Aus der Wärmeübertragungstechnik ist bekannt, den Wärmeübergang im Vergleich zum sog. Glatt-Rohr durch Profilierung der wärmeübertragenden Rohrin nen- und Rohraußenfläche zu verbessern. Hierzu werden schraubengangförmige Vertiefungen durch Umformtechniken in die Rohrwand eingebracht, wodurch zur Erzeugung dieser gewünschten Makro-Rauhigkeits-Strukturen keine zusätzliche Materialdicke, wie beispielsweise beim bekannten Rippenrohr, erforderlich ist. Dies bedeutet, dass eine außenseitig angebrachte Vertiefung innenseitig eine entsprechende Erhöhung darstellt. Die so verformten dünnwandigen Rohre werden als sog. Drallrohre bezeichnet (Firmendruckschrift der Firma hde, Drallrohr TURBO HELIX). Es hat sich gezeigt, dass die Wärmedurchgangszahl k bei einem Drallrohr Φ14 × 0,8 mm und einer sog. Dralltiefe t = 0,75 mm, einem Wärmeaustausch Wasser gegen Wasser, einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s innen und außen und bei einem Drallwinkel δ = 45 Grad um ca. 60 bis 65% gegenüber dem Glatt-Rohr unter sonst vergleichbaren Bedingungen ansteigt.Out of heat transfer technology is known for heat transfer in comparison to the so-called smooth tube by profiling the heat transfer To improve inner pipe and pipe outer surface. For this purpose, screw-shaped Indentations made by forming techniques in the pipe wall, whereby to produce this desired Macro roughness structures no additional material thickness, such as in the known finned tube, is required. This means that one outside the indentation on the inside represents a corresponding increase. The thin-walled so deformed Pipes are referred to as so-called swirl pipes (company publication from the company hde, swirl tube TURBO HELIX). It has been shown that the heat transfer coefficient k with a swirl tube Φ14 × 0.8 mm and a so-called swirl depth t = 0.75 mm, a heat exchange water for water, an average flow velocity of 1 m / s inside and outside and with a swirl angle δ = 45 degrees by about 60 to 65% the Glatt tube rises under otherwise comparable conditions.
Dieser an sich bekannte Effekt der Turbulenzerhöhung in der thermischen und hydraulischen Grenzschicht ist jedoch nicht ohne weiteres quantitativ auf die Problematik der Produktansatzbildung im Innenrohr von UHT-Erhitzungsanlagen zu übertragen. Das wärmetechnische Optimum, das bei dem vorstehend erwähnten Drallwinkel δ = 45 Grad liegt, wobei der Drallwinkel dem Steigungswinkel der schraubengangförmigen Profilierung entspricht, führt in nicht voraussehbarer Weise zu keiner Verminderung des Produktansatzes im Vergleich zum entsprechenden Glatt-Rohr. Es hat sich vielmehr herausgestellt, dass, abweichend von den Erkenntnissen auf dem Gebiet der Wärmeübertragungstechnik, ein Drallwinkel im Bereich von δ = 60 Grad vorzusehen ist, mit dem gegenüber dem vergleichbaren Glatt-Rohr eine deutliche Reduzierung der Ansatzbildungsgeschwindigkeit zu erreichen ist. Ein Drallwinkel von δ = 60 Grad bedeutet, dass die Makro-Rauhigkeits-Strukturen, im vorliegenden Falle die schraubengangförmigen Vertiefungen, gegenüber der Längsachse des Innenrohres, um einen Anstellwinkel α = 30 Grad orientiert sind (α = 90 Grad – δ). Brauchbare Ergebnisse liefern auch noch Drallwinkel im Bereich von δ = 60 ± 5 Grad, d.h. Anstellwinkel im Bereich von α = 30 ± 5 Grad.This known effect of increasing turbulence in the thermal and hydraulic boundary layer, however, is not readily quantitative on the problem of product build-up in the inner tube of UHT heating systems transferred to. The thermal Optimal that at the above-mentioned twist angle δ = 45 degrees lies, the swirl angle the pitch angle of the helical profile corresponds, leads in an unforeseeable way to no reduction in the product approach compared to the corresponding smooth tube. Rather, it has pointed out that, contrary to the knowledge in the field heat transfer technology, a swirl angle in the range of δ = 60 degrees must be provided with that compared to the comparable Glatt tube a significant reduction in the rate of formation to achieve. A twist angle of δ = 60 degrees means that the Macro-roughness structures, in the present case the screw-shaped depressions, across from the longitudinal axis of the Inner tube are oriented by an angle of attack α = 30 degrees (α = 90 degrees - δ). useful Results also provide swirl angles in the range of δ = 60 ± 5 degrees, i.e. Angle of attack in the range of α = 30 ± 5 degrees.
Es kann von Vorteil sein, eine Dralltiefe t und eine Drallbreite b, die jeweils die Drallung eines Drallrohres kennzeichnen, produktspezifisch auszulegen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, dass die Drallung, produktspezifisch vorwählbar, eine Dralltiefe t und eine Drallbreite b aufweist. Es wird in diesem Zusammenhang weiterhin vorgeschlagen, das Drallrohr eingängig mit einer Ganghöhe HG auszubilden.It may be advantageous to design a swirl depth t and a swirl width b, which each characterize the swirl of a swirl tube, in a product-specific manner. For this purpose, the invention provides that the swirl, which can be preselected for specific products, has a swirl depth t and a swirl width b. In this context, it is further proposed to design the swirl tube in a single-start manner with a pitch H G.
Da ein mit einem erfindungsgemäßen Drallwinkel von ca. δ = 60 Grad ausgelegtes Drallrohr nur einen Teil der Oberfläche des Innenrohres mit den erwünschten Makro-Rauhigkeits-Strukturen erfasst, sieht eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, dass das Drallrohr mehrgängig mit einer Gangzahl g und jeweils mit einer Ganghöhe HG ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte Oberfläche des Innenrohres mit den erwünschten Makro-Rauhigkeits-Strukturen zu belegen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die vollständige Belegung der Oberfläche des Innenrohres dann erreicht, wenn sich die Drallbreite b aus der durch die Gangzahl g geteilten Ganghöhe HG ergibt (b = HG/g).Since a swirl pipe designed with a swirl angle of approximately δ = 60 degrees according to the invention only covers part of the surface of the inner pipe with the desired macro-roughness structures, a further development of the device according to the invention provides that the swirl pipe has multiple gears with a number of gears and each is designed with a pitch H G. In this way it is possible to cover the entire surface of the inner tube with the desired macro-roughness structures. According to a further advantageous embodiment, the complete covering of the surface of the inner tube is achieved when the swirl width b results from the pitch H G divided by the number of gears g (b = H G / g).
Wie vorstehend dargelegt wurde, ist der kritische Bereich einer UHT-Erhitzungsanlage in Bezug auf Produktansätze im Bereich der UHT-Erhitzer und UHT-Heißhalter zu sehen. Produktansätze zeigen sich jedoch auch in anderen Bereichen einer UHT-Erhitzungsanlage. Um auch hier die Standzeit zu verlängern und den Reinigungsaufwand zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass auch die Innenrohre der dem UHT-Erhitzer und UHT-Heißhalter vor- und nachgeschalteten Rohrbündel-Wärmeaustauscher der UHT-Anlage, soweit sie in einem Temperaturbereich oberhalb von 100 Grad Celsius betrieben werden, mit den Makro-Rauhigkeits-Strukturen und der Mikro-Oberflächen-Beschaffenheit gemäß der Erfindung versehen sind.How The foregoing is the critical area of a UHT heating system in terms of product approaches in the area of UHT heaters and UHT hot holders to see. product approaches are also evident in other areas of a UHT heating system. To extend the service life here and the cleaning effort To reduce, it is proposed that the inner tubes of the the UHT heater and UHT hot holder upstream and downstream tube bundle heat exchanger the UHT system, provided that it is in a temperature range above 100 degrees Celsius can be operated with the macro-roughness structures and the micro-surface texture according to the invention are provided.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigenembodiments the device according to the invention are shown in the drawing and are described below. Show it
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Ein
Rohrbündel
Abhängig von
der Anordnung des jeweiligen Rohrbündels
Es
hat sich als zweckdienlich herausgestellt, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit
v im Innenrohr
In
Abhängigkeit
von der Richtung der Strömungsgeschwindigkeit
v im Innenrohr
Die
vorgeschlagene Vorrichtung gemäß der Erfindung
findet ihren Niederschlag in der Ausgestaltung der Oberfläche der
Rohrinnenwand der jeweiligen Innenrohre
Ein
fünfgängiges Drallrohr
Die
durch die Makro-Rauhigkeits-Struktur MR strukturierte
Oberfläche
der Rohrinnenwand
Wie vorstehend dargelegt, wird durch den elektrochemischen Abtrag von der Oberfläche deren Rauheit zwar reduziert, dieser Aspekt hat jedoch auf die hier angestrebte Mikro-Oberflächen-Beschaffenheit mR, nämlich die Reduzierung der Neigung für die Anhaftung von Fremdsubstanzen auf der Oberfläche, nur einen relativ untergeordneten Einfluss. Die durch das elektrochemische Polieren erzeugten Einflussfaktoren sind, im Vergleich zur unbehandelten Ausgangsoberfläche, im wesentlichen die Reduzierung der wahren Oberfläche gegenüber der projizierten, die Reduzierung des Energieniveaus der Oberfläche (Oberflächenspannung) und die lückenlose, chromoxidreiche Passivschicht (Passivierung).As explained above, the roughness is reduced by the electrochemical removal from the surface, but this aspect has only a relative effect on the desired micro-surface properties m R , namely the reduction in the tendency for foreign substances to adhere to the surface minor influence. The influencing factors generated by electrochemical polishing are, compared to the untreated initial surface, essentially the reduction of the true surface compared to the projected surface, the reduction of the energy level of the surface (surface tension) and the complete, chromium oxide-rich passive layer (passivation).
Bei
einem eingängig
ausgebildeten Drallrohr
Falls
gleichzeitig mit der Hemmung des Produktansatzes an der Rohrinnenwand
- 11
- Rohrbündeltube bundle
- 22
- Mantelrohrcasing pipe
- 2a2a
- festlagerseitiger Mantelrohrflanschfixed bearing side Mantelrohrflansch
- 2b2 B
- loslagerseitiger Mantelrohrflanschloslagerseitiger Mantelrohrflansch
- 33
- Innenrohrinner tube
- 3a3a
- RohrinnenwandInner tube wall
- 3*3 *
- Drallrohrtwisted tube
- 3a*3a *
- DrallungDrallung
- 4a4a
- erster Anschlussstutzenfirst spigot
- 4b4b
- zweiter Anschlussstutzensecond spigot
- 55
- festlagerseitiger Austauscherflanschfixed bearing side exchanger flange
- 5a5a
- erste Anschlussöffnungfirst port opening
- 5b5b
- konische Erweiterungconical extension
- 66
- loslagerseitiger Austauscherflanschloslagerseitiger exchanger flange
- 77
- festlagerseitige Trägerplattefixed bearing side support plate
- 88th
- loslagerseitige Trägerplattemovable bearing support plate
- 8a8a
- zweite Anschlussöffnungsecond port opening
- 8b8b
- konische Verjüngungconical rejuvenation
- 99
- Flachdichtunggasket
- 1010
- O-RingO-ring
- bb
- Drallbreiteswirl width
- cc
- Strömungsgeschwindigkeit im Mantelrohrflow rate in the casing tube
- dhydr d hydr
- hydraulischer (gleichwertiger) innerer Φ des Innenrohreshydraulic (equivalent) inner Φ of the inner tube
- gG
- Gangzahltransfer coefficient
- kk
- WärmedurchgangszahlHeat transfer coefficient
- mR m R
- Mikro-Oberflächen-BeschaffenheitMicro Surface Texture
- Δpv Δp v
- Druckverlustpressure drop
- tt
- Dralltiefetwist depth
- vv
- mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohrmiddle flow rate in the inner tube
- Da D a
- RohraußendurchmesserExternal pipe diameter
- Di D i
- RohrinnendurchmesserInside pipe diameter
- HG H G
- Ganghöhepitch
- MR M R
- Makro-Rauhigkeits-StrukturenMacro-roughness structures
- PP
- Produkt (temperaturbehandelte Seite)product (temperature treated side)
- Ra R a
- MittenrauhwertAverage roughness
- Rere
- Reynolds-Zahl der Strömung im Innenrohr (Re = dhydr v/v)Reynolds number of the flow in the inner tube (Re = d hydr v / v)
- WW
- WärmeträgermediumHeat transfer medium
- αα
- Anstellwinkel (α = 90 – δ)angle of attack (α = 90 - δ)
- δδ
- Drallwinkel (δ = 90 – α)angle of twist (δ = 90 - α)
- νν
- kinematische Zähigkeit des Produkteskinematic toughness of the product
- ϑa ϑ a
- Austrittstemperatur des Wärmeträgermediumoutlet temperature of the heat transfer medium
- ϑE ϑ E
- Eintrittstemperatur des Produktesinlet temperature of the product
- Δϑ = ϑa Δϑ = ϑ a
- – ϑE Temperaturdifferenz am Produkteintritt- ϑ E temperature difference at product entry
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