DE20307736U1

DE20307736U1 - Anlage zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten

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Publication number: DE20307736U1
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Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Kurkaev Abdul Sultanovich Kz
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2013-05-17

Description

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A 15063 - a/bra 1 5. Mai 2003

Elena Antonovna Alieva et al
ul. Zoi Kosmodemyanskoi
d. 17/26, kv. 21

198 095 Sankt-Petersburg
Russland

Anlage zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Abkühlung und Erwärmung von Flüssigkeiten und kann als Bestandteil von technologischen Ausrüstungen zur Herstellung und Verarbeitung von flüssigen Produkten der chemischen, Erdölverarbeitungs- und Lebensmittelindustrie, vorzugsweise mit erhöhter Viskosität, beispielsweise bei der Verarbeitung und Herstellung von Ölen, Fetten und Margarine verwendet werden.

Bekannt sind Anlagen zur Abkühlung des Fettgemisches, welche einen zylindrischen Wärmetauscher mit dem in diesem drehbar angeordneten Turbulisator (Verdrängungstrommel mit Messern) sowie eine Ammoniakkältemaschine, einen Verdampfer, einen Verflüssiger und einen Verdichter aufweist. Der Verdampfer kühlt den Zwischen kälteträger (Lauge) ab, der um die Außenfläche des Zylinders herum zirkuliert und durch dessen Wände das Fettgemisch abkühlt (² Seiten 148-149).

Durch den vorhandenen, drehbaren Turbulisator kann die Intensität der Wärmeabgabe von der viskosen Flüssigkeit zu den Zylinderwänden hin beträchtlich erhöht werden. Zu den Nachteilen solcher Anlagen gehören:

M.A. Micheev,CtnirtfU4gen der Wärmsübertiaeuna.Dritte.Aiiflagef Verlag Gosenergoisdat.

• · · I

-2- 15. Mai 2003

• Verluste der Kälteleistung, die durch Wärmewiderstände bei der Wärmeübertragung vom Zylinder zur Lauge und von der Lauge zu dem im Verdampfer kochenden Ammoniak sowie durch Verluste auf dem Weg der Lauge

vom Verdampfer zum Zylinder bedingt sind;

• ungenügende Betriebssicherheit infolge der begrenzten Lebensdauer des Verdichters;

• mögliche Umweltbelastung durch Ammoniak.

Geringere Kälteleistungsverluste weist eine Anlage zur Abkühlung einer Margarinenemulsion auf, die einen Zylinder mit dem in diesem angeordneten Turbulisator (mit Messern bestückte Welle) und eine Ammoniakkältemaschine umfasst, die einen mit dem Zylinder verbundenen Verdampfer, einen Verflüssiger und einen Verdichter aufweist. (¹ Seiten 89-96; Prototyp).

Eine Verminderung der Kälteverluste in dieser Anlage wird durch einen geringeren Wärmewiderstand bei der Wärmeübertragung von der Margarinenemulsion zum Ammoniak sowie durch Reduzierung der Kälteverluste mit der Lauge erreicht.

Aber auch in dieser Anlage geht ein Teil der Kälteleistung bei der Wärmeübertragung von der Margarinenemulsion zum kochenden Ammoniak verloren, der Verdichter der Kältemaschine hat eine ungenügende Betriebssicherheit, und eine eventuelle Umweltbelastung durch Ammoniak bleibt erhalten.

Die energetische Wirksamkeit der Kältemaschine kann durch einen Wert geschätzt werden:

Moskau-Leningrad, 1956.

1 Handbuch zur Technologie der Herstellung und Verarbeitung der Öle und Fette. Band III., Buch 2,
Herstellung der Margarineprodukte, Mayonnaise und des Speisenfetts. Zweite Auflage.

" ^ö ' 15. Mai 2003

• Kältekoeffizient &egr; bei Maschinenbetrieb während der Abkühlung

N "T_k-T

_k-T₀

Heizungskoeffizient &mgr; bei Maschinenbetrieb während der Erwärmung:

(2)

N ^UT_k-T₀

wobei Q die Kälteleistung,

N die von der Kältemaschine aufgenommene Leistung,

To die Kochtemperatur des Kühlmittels,

Tk die Kondensationstemperatur des Kühlmittels, und

&egr;_&mgr; der Koeffizient der Unumkehrbarkeit ist.

Aus der bekannten Beziehung für die Temperaturdifferenz der Flüssigkeit im Zylinder und des Kühlmittels außerhalb des Zylinders (² Seite 191, Formel "c") können nachfolgende Beziehungen hergeleitet werden:

Bei Maschinenbetrieb während der Abkühlung:

T_{0 =T} _1Lf_L· +J-ln^-H—V-)..^ ⁰ ^ß &pgr; Ia₁Ci₁ 2&lgr; d_x a₂d₂)

bei Maschinenbetrieb während der Erwärmung:

_Tk=T ₊4 J_ ₊ ^l

2 M.A. Micheev. Grundlagen der Wärmeübertragung. Drifte Auflage. Verlag Gosenergoisdat. Moskau-Leningrad J

• ·_ &ngr; &ngr; &ngr; mm · ·

15. Mai 2003

wobei Tn die Flüssigkeitstemperatur im Zylinder

Ot, di der Koeffizient der inneren Wärmeabgabe und der Zylinder

durchmesser,

&lgr; der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit des Materials für die Zy

linderwände,

&agr; 2, d2 der Koeffizient der äußeren Wärmeabgabe und der Zylinder

durchmesser und

gi die spezifische Kälte- bzw. Wärme-Leistung pro Zylinderlängen

einheit ist.

Aus den Formeln (3) und (4) folgt bei den vorgegebenen Werten von Tn und g-i, dass je geringer der in Klammern dieser Formeln angegebene Wärmewiderstand des Zylinders ist, desto höher der Wert To während der Abkühlung bei Tk = const und desto geringer der Wert von Tk während der Erwärmung bei To = const ist.

Aus den Formeln (1) und (2) folgt bei den vorgegebenen Werten von Q und &egr;_&mgr;:

Bei Betrieb der Kältemaschine während der Abkühlung und Tk = const wird der Koeffizient &egr; mit der Vergrößerung des To-Wertes größer, während die von der Kältemaschine aufgenommene Leistung N geringer wird.

Bei Betrieb der Kältemaschine während der Erwärmung und To = const wird der Koeffizient &mgr; mit der Reduzierung des Tk-Werts größer, während die von der Kältemaschine aufgenommene Leistung N geringer wird.

Bei Tk = To streben die Werte von &egr; und &mgr; nach Unendlich, während N -> 0 geht. In diesem Fall beginnt die Kältemaschine als Wärmetauscher zu arbeiten. Bedingt durch das Vorhandensein eines Gasverdichters in Dampfkältemaschinen, der Kochprozesse des Kühlmittels im Verdampfer und der Dampfkondensation im Kondensator können die Werte von To und Tk nicht gleich sein. So beträgt beispielsweise

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die kleinste Differenz von Tk und To in Freondampfkältemaschinen 20 K (³ Seite 6, Tabelle 5).

Beim Betreiben der Anlage während des ganzen Jahres hindurch in unterschiedlichen Klimazonen, sind die Außenlufttemperaturen unterhalb des Tn-Wertes bei der Abkühlung der Flüssigkeit und oberhalb des Tn-Wertes bei der Erwärmung der Flüssigkeit von Bedeutung.

Zusammenfassend kann als Nachteil der Analoglösungen und des Prototyps die Tatsache bewertet werden, dass es unmöglich ist, die Dampfkältemaschine bei Außenlufttemperaturen oberhalb des Tn-Wertes während der Erwärmung der Flüssigkeit und unterhalb des Tn-Wertes während der Abkühlung der Flüssigkeit als Wärmetauscher zu verwenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die energetische Wirksamkeit der genannten Anlage zur thermischen Bearbeitung von Flüssigkeiten zu erhöhen sowie die Betriebssicherheit und die Umweltfreundlichkeit der Anlage zu verbessern.

Die technische Folge ist die Vereinigung eines Wärmetauschers und einer Kältemaschine innerhalb einer Konstruktion.

Die Erfindung stellt einen zylindrischen Wännetauscher mit dem in diesem drehbar angeordneten Turbulisator dar. Auf der Außenfläche des Zylinders ist eine thermoelektrische Batterie angeordnet, die warme und kalte Lötstellen aufweist.

Die warmen Lötstellen übernehmen die Funktion des Verdampfer^ und die kalten Lötstellen die des Verflüssigers.

3 LH. Selikowski, L.G. Kaschtan. Handbuch zu kleineren Kältemaschinen und Anlagen.
Verlag "Lebeqsn\i^indusü«ie."..M9ska^

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Die Außenfläche des Zylinders besitzt flache Kanten zur Reduzierung des Wärmewiderstandes zwischen der Außenfläche des Zylinders und der thermoelektrischen Batterie durch festeres, gegenseitiges Anliegen.

Ferner ist die thermoelektrische Batterie zur Erhöhung der energetischen Wirksamkeit der Anlage bei hohen Außenlufttemperaturen auf der Außenfläche des Zylinders mit einer Seite zu den kalten Lötstellen angeordnet, während die Seite mit den warmen Lötstellen eine thermodynamische Verbindung mit dem Wärmetauscher hat, der in den Wasserkreislauf eingeschaltet ist.

Zur Erhöhung der energetischen Wirksamkeit der Anlage bei niedrigen Außenlufttemperaturen ist die Anlage mit einem zusätzlichen Wärmetauscher ausgerüstet. Dieser Wärmetauscher ist im Außenluftstromkreis eingebaut, wodurch die Bildung eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs mit dem Wärmetauscher der thermoelektrischen Batterie mittels Umschaltvorrichtungen bewirkt wird.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Anlage, beispielsweise zur Abkühlung einer Margarinenemulsion schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit einer in diesem angeordneten thermoelektrischen Batterie,

Fig. 2 zeigt ein Hydraulikschema der Anlage bei deren Betreiben in der

warmen Jahreszeit und

Fig. 3 zeigt ein Hydraulikschema der Anlage bei deren Betreiben in der

Übergangs- und kalten Jahreszeit.

Die Anlage (Fig. 1) umfasst einen Zylinder mit einem in diesem drehbaren angeordneten Turbulisator, beispielsweise in Form einer Trommel 2 mit Messern 3. Auf der Außenfläche des mit flachen Kanten versehenen Zylinders 1 ist eine thermoelek-

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trische Batterie 4 angeordnet, welche von einem Gleichstromnetz 5 gespeist wird. Kalte Lötstellen der Batterie 4 sind zur Seite des Zylinders 1 hin angeordnet, während warme Lötstellen dieser Batterie einen Wärmetauscher 6 aufweisen.

Der Zylinder 1 (Figuren 2, 3) kann beispielsweise in den Kreislauf 7 des Margarinegemischs und der Wärmetauscher 6 in den Kreislauf einer Wasserleitung 8 angeordnet werden.

In der kalten Jahreszeit bildet der im Außenluftstrom angeordnete, zusätzliche Wärmetauscher 9 einschließlich des Ventilators 10 mit dem Wärmetauscher 6 einen geschlossenen Kreislauf für das Kühlmittel. Der Kühlmittelkreislauf kann beispielsweise eine Pumpe 11 und Dreiwegehähne 12 und 13 aufweisen.

Als Zylinder 1 kann auch jeder andere Behälter verwendet werden, der in technologischen Produktionsstrassen zur Herstellung und Verarbeitung flüssiger Produkte in der chemischen, Erdölverarbeitungs- und Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommt. Im Behälter kann jeder andere Turbulisator drehbar angeordnet werden, beispielsweise ein drehbarer Mischer.

Als Flüssigkeit kann auch eine andere Flüssigkeit, vorzugsweise mit erhöhter Viskosität, verwendet werden.

Bei der Zuführung der Speisespannung vom Netz 5 (Fig. 1) und dem Betreiben der Anlage während der Abkühlung in der warmen Jahreszeit befinden sich die kalten Lötstellen der Batterie 4 auf der Außenfläche des Zylinders 1, dabei kühlt sich die in diesem befindliche Flüssigkeit ab. Die von der Flüssigkeit abgeführte und von der Batterie 4 aufgenommene Leistung wird durch die warmen Lötstellen und den Wärmetauscher 6 mit Hilfe des durch die Batterie umlaufenden Wassers aus der Wasserleitung 8 absorbiert (Fig. 2).

• ·

- 8 - 15. Mai 2003

In der Übergangs- und kalten Jahreszeit bei der Außenlufttemperatur unterhalb der Wassertemperatur in der Wasserleitung, bilden der Wärmeaustauscher 6, die Dreiwegehähne 12, 13, der Wärmeaustauscher 9 und die Pumpe 11 einen geschlossenen Kreislauf, beispielsweise für Frostschutzmittel "Tosol" (Fig. 3). Die von der Flüssigkeit im Zylinder 1 abgeführte und von der Batterie 4 aufgenommene Leistung wird durch den Wärmetauscher 9 mit Hilfe des Ventilators 10 nach außen abgeführt.

Die Anlage kann auch zur Erwärmung der Flüssigkeit durch Polumschaltung der Speisespannung im Netz 5 verwendet werden. In diesem Fall befinden sich die warmen Lötstellen der Batterie 4 auf dem Zylinder 1. Die von den kalten Lötstellen der Batterie 4 im Wärmetauscher 6 vom Wasserleitungswasser (Fig. 2) bzw. von dem durch diesen Wärmetauscher und den Wärmetauscher 9 umlaufenden Frostschutzmittel "Tosol" abgeführte und von der Batterie 4 aufgenommene Leistung wird durch Wände des Zylinders 1 der in diesem befindlichen Flüssigkeit zugeführt.

Der positive Folgeeffekt besteht in der erhöhten Betriebssicherheit, der verbesserten Umweltfreundlichkeit der Anlage durch Eliminieren des flüssigen Kältemittels und des Verdichters sowie in der Reduzierung der von der Anlage verbrauchten Leistung.

Eine Reduzierung der von der Anlage aufgenommenen Leistung erfolgt durch Ausschalten der dritten Komponente in den Klammern der Formeln (3), (4) und den Betrieb der thermoelektrischen Batterie als Wärmetauscher mit Nullaufnahmeleistung bei Außenlufttemperaturen unterhalb der abzukühlenden und oberhalb der zu erwärmenden Flüssigkeit im Zylinder.

Claims

1. Anlage zur thermischen Bearbeitung von Flüssigkeiten, die einen zylindrischen Wärmetauscher mit einem in diesem drehbar angeordneten Turbulisator umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenfläche des Zylinders eine thermoelektrische Batterie mit einer Seite zu den kalten Lötstellen hin angeordnet ist, wobei die Seite mit warmen Lötstellen eine thermodynamische Verbindung mit dem in den Wasserkreislauf eingefügten Wärmetauscher hat.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Zylinders mit flachen Kanten versehen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem zusätzlichen Wärmetauscher ausgerüstet ist, der im Außenluftstromkreis angeordnet ist und damit die Bildung eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs mit dem Wärmetauscher der thermoelektrischen Batterie mittels Umschaltvorrichtungen bewirkt.