EA000454B1

EA000454B1 - Корпусной трубчатый теплообменник

Info

Publication number: EA000454B1
Application number: EA199800560A
Authority: EA
Inventors: Бенгт Пальм
Original assignee: Тетра Лаваль Холдингз Энд Файнэнс С.А.
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1999-08-26
Also published as: WO1997021970A1; ES2157477T3; CN1208463A; EA199800560A1; DE69612998D1; US5971064A; EP0865601B1; AU1156097A; DK0865601T3; DE69612998T2; CN1134647C; EP0865601A1; ATE201506T1; AU717525B2; AR005074A1; BR9611946A

Description

Настоящее изобретение относится к корпусному трубчатому теплообменнику, содержащему вкладыш для продуктового потока, который состоит из ряда теплопередающих трубок с отражательной пластиной, расположенной в каждом конце теплопередающих трубок.

Уровень развития техники

Теплообменники, которых существует множество типов, применяются для нагревания или охлаждения жидкого продукта. Используя, например, водяной пар или воду при различных температурах, является возможным нагревать или охлаждать до требуемого уровня продукт, который предпочтительно находится в жидкой форме. Теплообменники применяются в различных отраслях перерабатывающей промышленности и, кроме того, находят применение в отраслях пищевой промышленности, таких как молочные и соковые заводы.

Одним хорошо известным типом теплообменника является так называемый корпусной трубчатый теплообменник, который состоит из одного или более теплообменных элементов, которые взаимосвязаны друг с другом, образуя жидкостную систему. Теплообменные элементы состоят из одной или более теплопередающих трубок, окруженных внешним трубчатым корпусом или оболочкой. Теплопередающие трубки взаимосвязаны друг с другом, образуя вкладыши для продуктового потока, которые, в свою очередь, взаимосвязаны посредством трубчатых колен для продукта для осуществления циркуляции продукта, который будет нагреваться или охлаждаться, в зависимости от процесса, для которого теплообменник применяется. Трубки теплообменника заключаются в трубчатый корпус или оболочку, которые также имеют среду теплопередачи, состоящую из воды при различных температурах, водяного пара или других типов жидкостей или газов. Один тип корпусного трубчатого теплообменника описывается в Патенте Швеции SE 501908.

Корпусной трубчатый теплообменник согласно предшествующему описанию может применяться для обработки жидкостей, содержащих крупные частицы или волокна, таких как, например, сок апельсина с относительно длинными волокнами. Нерассеченные волокна апельсина могут достигать 25 мм в длину. Когда волокнистая жидкость перемещается через вкладыши для продуктового потока, жидкость из трубчатых колен для продукта распределяется посредством отражательной пластины в отдельные теплопередающие трубки. В этом случае, как правило, волокна повисают на кромке, на входе в теплопередающие трубки и накапливаются там. Исследования показали, что, когда возрастает давление, все скопление волокон через какое-то время часто вымывается струёй жидкости, после чего накопление начинается снова и это приводит к неравномерному распределению волокон в жидкости. Экстремальные накопления волокон могут также привести к производственным нарушениям и проблемам, связанным с очисткой. Большие частицы могут также способствовать образованию пробок во впускных отверстиях в отдельных теплопередающих трубках.

Одним из способов устранения этих проблем является увеличение диаметра теплопередающих трубок, для того чтобы волокна и частицы могли более легко преодолевать проход. Экстремальным решением способа является применение монотрубы, которое, однако, приводит к низкому коэффициенту теплопередачи, удлинению труб и увеличению времени осуществления процесса. Следовательно, является предпочтительным сохранять диаметр теплопередающих трубок наименьшим насколько это возможно, для больших частиц теплопередающие трубки в обычных корпусных трубчатых теплообменниках должны подбираться с внутренним диаметром, который в 2-2,5 раза больше, чем частицы, проходящие через эти трубки, что, таким образом, уменьшает коэффициент теплопередачи.

Задача изобретения

Задачей настоящего изобретения является выполнение отражательных перегородок трубок таким образом, чтобы не накапливались волокна, но чтобы производство действовало без риска нарушения и с равномерным распределением волокон и частиц в жидкости и без скачкообразных изменений давления в продукте.

Решение проблемы

Поставленная задача достигается согласно настоящему изобретению посредством отличительного признака, заключающегося в том, что, по крайней мере, одна из отражательных пластин выполнена с распределителями потока, полностью или частично окружающими концы трубок.

Предпочтительные варианты настоящего изобретения представлены отличительными признаками, заявленными в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты настоящего изобретения описываются ниже более детально, со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг. 1 показывает конструкцию корпусного трубчатого теплообменника;

фиг. 2 показывает отражательную пластину согласно предшествующему уровню техники;

фиг. 3 показывает теплопередающие трубки, связанные с отражательной пластиной согласно предшествующему уровню техники;

фиг. 4 показывает первый вариант настоящего изобретения;

фиг. 5 является видом сбоку варианта фиг. 4, частично в разрезе;

фиг. 6 показывает второй вариант настоящего изобретения;

фиг. 7 является видом сбоку варианта фиг. 6, частично в разрезе;

фиг. 8 показывает третий вариант настоящего изобретения;

фиг. 9 является видом сбоку варианта фиг. 8, частично в разрезе;

фиг. 10 показывает четвертый вариант настоящего изобретения;

фиг. 11 является видом сбоку варианта фиг. 1 0, частично в разрезе; и фиг. 12 показывает принцип действия распределителя потока.

Описание предпочтительных вариантов

На фиг. 1 показана конструкция корпусного трубчатого теплообменника 1 , в котором один (или наиболее часто несколько) теплообменных элементов 2 взаимосвязаны для образования жидкостной системы. Каждый теплообменный элемент 2 состоит из ряда теплопередающих трубок 3, окруженных внешним трубчатым корпусом 4 или оболочкой. Теплопередающие трубки 3 в каждом трубчатом корпусе 4 или оболочке соединены для образования вкладыша 5 для продукта посредством трубы или отражательной пластины 6, расположенной на каждом конце 13 теплопередающих трубок 3. Вкладыши 5 для продукта с теплопередающими трубками 3 предназначены для циркуляции продукта, который должен обрабатываться в теплообменнике 1 . Вкладыши 5 для различных продуктов взаимосоединены друг с другом посредством трубчатых колен 7 для продукта, и внешние вкладыши 5 для продукта соединены с впускными и выпускными трубами, соответственно, для продукта. Предполагается скомплектовать большое количество, насколько это возможно, теплопередающих трубок 3 для включения в трубчатый корпус 4 или оболочку, принимая во внимание продукт, который будет подвергнут циркуляции. Для продукта, содержащего частицы или волокна 11, требуется диаметр теплопередающих трубок, который в 2-2,5 раза превышает размер частиц в продукте. При большем количестве и меньшем размере теплопередающих трубок 3, которые можно разместить в трубчатом корпусе 4 или оболочке, может быть достигнута большая эффективность теплопередачи.

В трубчатом корпусе 4 или оболочке, окружающим вкладыши 5 для продукта, заключается используемая среда теплопередачи, т.е. вода или другая жидкость при различных температурах, или альтернативно водяной пар или другой газ. Трубчатый корпус или оболочка взаимосвязаны, в свою очередь, с соединяющими под углом трубчатыми секциями 8, или альтернативно с впускными или выпускными соединениями для среды теплопередачи. Вкладыши 5 для продукта монтируются в трубчатом корпусе 4 или оболочке с прокладками 9, так чтобы продукт и среда теплопередачи находились отдельно друг от друга.

Когда продукт достигнет вкладыша 5 для продукта либо через трубчатое колено 7 для продукта, либо через впускную трубу, продукт на отражательной пластине 6 должен распределяться в различные теплопередающие трубки 3. Концы 1 3 теплопередающих трубок 3 закрепляются в отражательной пластине 6, и она имеет, согласно предшествующему уровню техники, по существу плоскую поверхность 1 0, обращенную к трубчатому колену 7 для продукта и продуктовому потоку (см. фиг. 2 и 3).

Для продуктов с частицами и удлиненными волокнами 11, таких как, например, сок апельсина, доказано, что в предшествующих технических решениях происходит накопление волокон 11 на кромке к впускам в теплопередающие трубки 3, так как волокна 11 не имеют возможности ориентирования и распределения до достижения отражательной пластины 6 и теплопередающих трубок 3, но зависают между теплопередающими трубками 3.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение ориентирования волокон 11 в продукте, когда они достигают отражательной пластины 6, так чтобы волокна 11 сопутствовали потоку продукта, не становясь висящими и накапливающимися на отражательной пластине

6. Это достигается тем, что отражательная пластина 6 снабжена распределителями 1 2 потока. Эти распределители 12 потока полностью или частично окружают трубчатые концы 13 теплопередающих трубок 3 на отражательной пластине 6. Фиг. 4-11 показывают различные варианты изобретения.

Принцип действия распределителя потока согласно изобретению показан на фиг. 12. Жидкий поток 1 4 с волокнами 11 определенной максимальной длины L заключается в канал или трубу 15. При наличии дросселя 16 в канале или трубе 1 5 жидкость легко распределяется вверх по потоку к дросселю 1 6 так, что волокна 11 могут проходить через дроссель либо с одной стороны, либо с другой. Однако, если дроссель 1 6 имеет прямоугольные кромки и является относительно узким по направлению к движению потока, волокна 11 имеют риск повиснуть на дросселе 1 6. При конструировании дросселя 1 6 с распределителем 1 2 потока, на том конце дросселя 1 6, который обращен навстречу потоку 1 4, будет достигаться возможность ориентирования и распределения волокон 11 до того, как они достигнут дросселя 16. Распределитель 12 потока должен быть легким, обтекаемой конфигурации и, в предпочтительных вариантах, выподняться в виде полукруга. Радиус R распределителя 1 2 потока, который является равным половине диаметра D дросселя 16, должен выбираться так, чтобы R составлял, по крайней мере, четверть максимальной длины волокон L. Испытания показали, что, используя такое размер5 ное распределение, обеспечивается распределение и ориентирование волокон 11 так, чтобы они проходили дроссель 16, не прикрепляясь к нему.

Применяя этот принцип потока к отражательной пластине 6, согласно настоящему изобретению, радиус R распределителя 12 потока выбирается так, чтобы могли проходить продукты с длинными волокнами 11. Например, сок апельсина с нерасчлененными волокнами 11 может иметь длину волокон L до 25 мм, поэтому радиус R распределителя 1 2 потока должен быть в этом примере 6,5-7 мм.

В первом предпочтительном варианте настоящего изобретения, который показан на фиг.

и 5, одна отражательная пластина 6' вкладыша для продукта снабжена распределителями 12 потока согласно изобретению. Эта отражательная пластина 6' на вкладыше 5 для продукта должна быть обращена навстречу потоку продукта, как иллюстрируется на фиг. 5. Эта отражательная пластина 6' выполнена с распределителями 12 потока, окружающими концы 13 теплопередающих трубок 3. Распределитель 12 потока полностью и симметрично окружает концы 13 трубок 3 так, чтобы поверхность 10 отражательной пластины 6' имела вид неглубоких воронок на входе в теплопередающие трубки 3. Отражательная пластина 6, расположенная на другом конце вкладыша 5 продукта, представляет совершенно плоскую поверхность 1 0.

Распределители 1 2 потока показаны на чертежах в виде колец 17. Там, где кольца 17 касаются друг друга, будет существовать точка 18, которая составляет часть верхней поверхности 1 0 отражательной пластины 6. Пространство 19 между тремя кольцами 17 имеет такую же высоту, как точка 1 8 и, таким образом, также составляет часть поверхности 1 0.

Второй предпочтительный вариант настоящего изобретения показан на фиг. 6 и 7. В этом варианте обе отражательные пластины 6 на вкладыше 5 для продукта снабжены распределителями 1 2 потока, которые полностью и симметрично окружают трубчатые концы 1 3 теплопередающих трубок 3. Этот вариант настоящего изобретения будет предпочтительным тогда, когда в крупномасштабных корпусных трубчатых теплообменниках 1 обеспечивается частое переключение потока во время производственного цикла без последующей необходимости разбирать корпусной трубчатый теплообменник 1 для того, чтобы использовать подходящую пластину 6 по направлению потока продукта.

Однако распределители 1 2 потока в первом и втором вариантах настоящего изобретения занимают относительно большое пространство на отражательной пластине 6, так как они должны полностью и симметрично окружать концы 13 теплопередающих трубок 3. В результате этого фактора количество теплопередающих трубок 3, которые можно размещать в каждом соответствующем трубчатом корпусе 4 или оболочке будет меньшим, чем это возможно в плоской отражательной пластине 6.

На фиг. 8 и 9 показан третий вариант настоящего изобретения, в котором может размещаться большее количество теплопередающих трубок 3 на каждой отражательной пластине 6. Распределители 1 2 потока расположены здесь асимметрично по отношению к концам 13 теплопередающих трубок 3, так чтобы они только частично окружали трубчатые концы 13. Для того, чтобы компенсировать тот факт, что распределители 1 2 потока не полностью окружают концы 13 трубок 3, отражательная пластина 6 наклонена, по направлению к центру пластины 6. Поверхность 1 0 отражательной пластины 6 будет иметь воронкообразную форму. Отражательная пластина 6 наклонена под углом α, который составляет 45-75°, предпочтительно 4560°. Таким образом, отражательная пластина 6 потребует большего пространства, чем в двух предшествующих вариантах настоящего изобретения.

В четвертом варианте, как показано на фиг. 1 0 и 11, отражательная пластина 6 имеет слегка чашеобразную поверхность 1 0 и снабжена распределителями 1 2 потока, которые частично окружают концы 1 3 теплопередающих трубок 3. В этом варианте имеется камера для большего количества теплопередающих трубок 3, в то же самое время, чашеобразная форма поверхности 1 0 компенсирует тот факт, что распределители 1 2 лишь частично окружают концы 13 теплопередающих трубок 3. Чашеобразная форма поверхности 1 0 также делает возможным, чтобы отражательная пластина 6 была короче, чем в случае третьего варианта настоящего изобретения.

При использовании корпусного трубчатого теплообменника 1 , в котором осуществляется переработка продукта, содержащего частицы или волокна 11, волокнистый продукт будет, таким образом, подвергаться циркуляции в ряде вкладышей 5 для продукта, которые взаимосвязаны посредством трубчатых колен 7 для продукта. Применяемая среда теплопередачи одновременно циркулирует в обратном направлении к потоку этого продукта, заключенного в трубчатом корпусе 4 или оболочке и окружающего теплопередающие трубки 3. По крайней мере, в одном конце каждый вкладыш 5 для продукта выполнен в соответствии с настоящим изобретением, которое затем можно ориентировать во впускном конце линии продуктового потока. Продукт затем встречает поверхность 1 0 на отражательной пластине 6 со скругленными впусками к теплопередающим трубкам 3, так что частицы и волокна 11 легко проходят с жидким продуктом в теплопередающие трубки 3.

Как можно видеть из предшествующего описания, настоящее изобретение обеспечивает возможность применения корпусного трубчато7 го теплообменника 1 с теплопередающими трубками 3 относительно небольшого диаметра для продуктов, которые содержат частицы или длинные волокна 11. Настоящее изобретение обеспечивает легкое и эффективное прохождение волокон 11 в теплопередающие трубки 3 без возникновения риска накопления волокон 11 на поверхности 10 отражательной пластины 6.

Настоящее изобретение не должно рассматриваться как ограничивающее по отношению к описанному выше и показанному на чертежах, возможны многие модификации без отступления от сущности и объема приложенной формулы изобретения.

Claims

1. Корпусной трубчатый теплообменник (1), включающий вкладыш (5) для потока продукта, содержащий ряд теплопередающих трубок (3) для продукта, с отражательной пластиной (6), расположенной в каждом конце (13) теплопередающих трубок (3), отличающийся тем, что, по крайней мере, одна из отражательных пластин (6) выполнена с распределителями (12) потока, полностью или частично окружающими концы (13) трубок, при этом поверхность

Фиг. 1 распределителя (12) потока, обращенная к продукту, является выпуклой.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что распределители (12) потока окружают концы (1 3) теплопередающих трубок (3) полностью и симметрично.

3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что распределители (1 2) потока частично и асимметрично окружают концы (1 3) теплопередающих трубок (3).

4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что поверхность (10) отражательной пластины (6) наклонена под углом α, по направлению к центру отражательной пластины (6).

5. Теплообменник по п.4, отличающийся тем, что угол α составляет 45-60°.

6. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что поверхность (10) отражательной пластины (6) имеет форму чаши.

7. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью использования для продукта с частицами или волокнами (11) максимальной длины (L), а радиус (R) распределителей (12) потока равен или, по крайней мере, составляет четверть длины (L).