RU2616737C1

RU2616737C1 - Heat exchange unit

Info

Publication number: RU2616737C1
Application number: RU2016109525A
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Осадчий; Александр Владимирович Маркелов; Аркадий Викторович Постников; Андрей Анатольевич Иванов; Валерий Александрович Масленников; Надежда Валентиновна Дудкова
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-04-18

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: in the heat exchange device, containing the housing with pipes for supplying and discharging the coolant, the heat transfer element with the disc and blades disposed within the housing on the rotating shaft, pipes for supply and discharge the heated medium, disposed coaxially, wherein the pipe for the heated medium supply is provided with the impeller, and the pipes for the coolant discharging is in the form of a tubular membrane element, enclosed in the shell with pipes for filtrate and concentrate output, and there is the flow-regulating valve in the outlet pipe for the concentrate, the tank with coagulant is located at the outer housing surface, connected to the dispenser, fixed at the inner surface of the housing, and two detachable chambers are installed in the coolant discharge pipe between the housing and the shell of membrane unit parallel and isolated from each other, capable to operate alternately with meshed filter trap installed in each of them.

EFFECT: increased reliability and efficiency of the heat exchanger.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплопередающих аппаратов для рекуперации тепла, а также для разделения компонентов жидких промышленных отходов в различных отраслях народного хозяйства, например в химической и текстильной промышленностях.The invention relates to the field of heat transfer apparatus for heat recovery, as well as for the separation of components of liquid industrial waste in various sectors of the economy, for example in the chemical and textile industries.

Известен теплообменник [Пат. №2192593 РФ, МПК F29D 7/04. Теплообменник / Орберг В.В., Шевченко Е.П., Виноградов В.В.; заявитель и патентообладатель ЗАО «ОРМА» - №20011342/06; заявл. 11.12.2001; опубл. 10.11.2002], содержащий корпус с входным и выходными патрубками для прохода первой тепловой среды и расположенными внутри него секциями спиральных теплообменных труб, причем концы каждой трубы присоединены к входному и выходному коллекторам второй теплообменной среды, при этом в каналах для прохода первой теплообменной среды к выходному патрубку размещены радиально направляющие ребра, а во втором патрубке установлен конусный обтекатель для потока первой теплообменной среды.Known heat exchanger [US Pat. No. 2192593 of the Russian Federation, IPC F29D 7/04. Heat exchanger / Orberg V.V., Shevchenko E.P., Vinogradov V.V .; applicant and patent holder of ORMA CJSC - No. 200111342/06; declared 12/11/2001; publ. 10.11.2002], comprising a housing with inlet and outlet nozzles for the passage of the first heat medium and sections of spiral heat transfer tubes located inside it, the ends of each pipe being connected to the inlet and outlet headers of the second heat transfer medium, while in the channels for the passage of the first heat transfer medium to radially guiding ribs are placed to the outlet pipe, and a cone fairing for the flow of the first heat exchange medium is installed in the second pipe.

Недостатком данного теплообменника является достаточно сложная конструкция, поскольку для изготовления спиральных теплообменных труб требуется специальное оборудование.The disadvantage of this heat exchanger is its rather complicated design, since special equipment is required for the manufacture of spiral heat exchange tubes.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменник [А.с. №1305518 СССР, МКИ F28D 11/02. Теплообменник / Щеголев А.А., Смирнов А.А., Плешанов А.С., Смирнов В.И., Павлов В.П., Пудышева Т.С.; заявитель Ивановский научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности. №3949878 / 24 - 06; заявл. 03.09.1985; опубл. 23.04.87. Бюл. №15. - 4 с., ил.], содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителя и размещенный внутри корпуса на вращающемся валу теплопередающий элемент, который выполнен в виде параболоида вращения с жестко закрепленным на внешней поверхности его днища диском с лопастями, а вертикальный канал, соединяющий патрубок отвода теплоносителя, выполнен в виде одной или нескольких трубчатых полимерных мембран, заключенных снаружи с зазором в обечайку, снабженную патрубком отвода фильтрата и соединенным с трубой для подвода нагреваемой среды, а в выходном сечении канала установлен дроссель. Такая конструкция помимо решения основного технологического процесса по передаче теплоты от одного теплоносителя к другому позволяет использовать концентрат, получаемый за счет мембранного очищения.Closest to the proposed technical solution is a heat exchanger [A.S. No. 1305518 USSR, MKI F28D 11/02. Heat exchanger / Shchegolev A.A., Smirnov A.A., Pleshanov A.S., Smirnov V.I., Pavlov V.P., Pudysheva T.S .; applicant Ivanovo Research Institute of the Cotton Industry. No. 3949878/24 - 06; declared 09/03/1985; publ. 04/23/87. Bull. No. 15. - 4 p., Ill.], Comprising a housing with heat supply and exhaust pipes and a heat transfer element located inside the housing on a rotating shaft, which is made in the form of a rotation paraboloid with a disk with blades fixed to the outer surface of its bottom, and a vertical channel connecting the coolant drain pipe is made in the form of one or several tubular polymer membranes enclosed externally with a gap in the shell equipped with a filtrate drain pipe and connected to a pipe for supplying a heated medium, and at the outlet A choke is installed in the bottom section of the channel. This design, in addition to solving the main technological process for transferring heat from one coolant to another, allows the use of concentrate obtained by membrane purification.

Основным недостатком этого устройства является его недостаточная эффективность, поскольку процесс очищения теплоносителя затрудняется большой его засоренностью крупными примесями (например, частицами волокон, которые отделяются от поверхности ткани в процессах ее расшлихтования, отбеливания и крашения). Это приводит к большим простоям оборудования, т.к. необходимо периодически демонтировать комплекс деталей для извлечения трубчатой полимерной мембраны, ее последующую очистку от волокнистого состава и повторную установку для возобновления рабочего процесса.The main disadvantage of this device is its lack of effectiveness, since the process of cleaning the coolant is complicated by its large contamination with large impurities (for example, particles of fibers that are separated from the surface of the fabric in the process of desizing, bleaching and dyeing). This leads to large downtime, because it is necessary to periodically dismantle the set of parts to remove the tubular polymer membrane, its subsequent cleaning from the fibrous composition and reinstallation to resume the work process.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы теплообменника и его эффективности в целом, снижение технологических простоев, связанных с обслуживанием оборудования.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the heat exchanger and its effectiveness in general, reduce technological downtime associated with the maintenance of equipment.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителя, размещенный внутри корпуса на вращающемся валу теплопередающий элемент с диском и лопастями, трубы для подвода и отвода нагреваемой среды, расположенные коаксиально, причем труба для подвода нагреваемой среды снабжена крыльчаткой, а патрубок отвода теплоносителя выполнен в виде трубчатого мембранного элемента, заключенного в обечайку с патрубками для выхода фильтрата и концентрата, а в выходном патрубке для концентрата установлен дроссель, согласно изобретению на внешней поверхности корпуса расположен резервуар с коагулянтом, соединенный с дозатором, закрепленным на внутренней поверхности корпуса, а в патрубке отвода теплоносителя между корпусом и обечайкой мембранного устройства параллельно и изолированно друг от друга установлены с возможностью попеременной работы две съемные камеры с расположенным в каждой из них сетчатым фильтром-ловушкой.The specified technical result is achieved by the fact that in a heat exchanger containing a housing with heat supply and exhaust pipes, a heat transfer element with a disk and blades placed inside the housing on a rotating shaft, coaxial pipes for supply and removal of a heated medium, and a pipe for supplying a heated medium equipped with an impeller, and the coolant outlet pipe is made in the form of a tubular membrane element enclosed in a shell with pipes for the filtrate and concentrate to exit, and at the outlet a throttle is installed for the concentrate nozzle, according to the invention, a coagulant tank is located on the outer surface of the casing, connected to a dispenser fixed to the inner surface of the casing, and two alternating work are installed in parallel and isolated from each other in the heat transfer pipe of the membrane device with parallel removable cameras with a mesh filter trap located in each of them.

Поступающий в жидкую нагретую среду коагулянт осуществляет соединение механических и органических частиц, а вращательное движение теплоносителя в полости корпуса ускоряет этот процесс. Поскольку мембрана предназначена в основном для разделения жидкости на определенные составляющие, то ее пористая рабочая поверхность за сравнительно короткий промежуток времени шлакуется этими примесями. Для продления срока службы мембран и улучшения качества выходящего продукта - фильтрата, который можно использовать в повторных технологических процессах, предлагается осуществить предварительную очистку теплоносителя путем установки между корпусом и мембранами двух съемных камер с сетчатыми фильтрами. Это позволяет снизить простои за счет попеременной их работы и улавливать примеси, чтобы они в дальнейшем не осаждались на мембранах, кроме того, более чистым будет на выходе и концентрат, который далее возможно использовать в промышленных целях. В итоге произойдет повышение надежности работы теплообменника и его эффективности в целом, снижение технологических простоев, связанных с обслуживанием оборудования.The coagulant entering the liquid heated medium carries out the connection of mechanical and organic particles, and the rotational movement of the coolant in the body cavity accelerates this process. Since the membrane is intended mainly for the separation of liquid into certain components, its porous working surface in a relatively short period of time is slagged by these impurities. In order to extend the service life of the membranes and improve the quality of the effluent product - the filtrate, which can be used in repeated technological processes, it is proposed to carry out preliminary cleaning of the coolant by installing two removable chambers with mesh filters between the body and membranes. This allows you to reduce downtime due to their alternate work and to capture impurities so that they do not subsequently settle on the membranes, in addition, the concentrate will also be cleaner at the outlet, which can then be used for industrial purposes. As a result, there will be an increase in the reliability of the heat exchanger and its efficiency as a whole, a reduction in technological downtime associated with equipment maintenance.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема изобретения, на фиг. 2 - сечение по А-А с приведением сетчатого фильтра-ловушки.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic diagram of the invention; FIG. 2 - section along aa with the reduction of the mesh filter trap.

Теплообменный аппарат состоит из корпуса 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 теплоносителя, электропривода 4 с валом для передачи вращения теплопередающему элементу 5, выполненного в виде параболоида с жестко закрепленными на внешней поверхности его днища диском 6 с лопастями 7.The heat exchanger consists of a housing 1 with supply pipes 2 and coolant outlet 3, an electric drive 4 with a shaft for transmitting rotation to the heat transfer element 5, made in the form of a paraboloid with a disk 6 with blades 7 fixed to the outer surface of its bottom.

Для перемещения жидкой нагреваемой среды внутри полости элемента 5 предусмотрена неподвижная вертикальная труба 8 для ее подвода и вращающаяся труба 9 для ее отвода, которая зафиксирована на крышке 10 теплообменника.To move the liquid heated medium inside the cavity of the element 5, a stationary vertical pipe 8 is provided for its supply and a rotating pipe 9 for its removal, which is fixed on the cover 10 of the heat exchanger.

На трубе 8 жестко закреплена крыльчатка 11, а на внешней стороне крышки 10 расположена расширительная камера 12 с патрубком 13 для отвода нагреваемой жидкой среды. Во внутренней полости корпуса 1 установлен дозатор 14 для подачи коагулянта из резервуара 15, установленного на внешней поверхности корпуса, в теплоноситель.The impeller 11 is rigidly fixed to the pipe 8, and on the outside of the cover 10 there is an expansion chamber 12 with a pipe 13 for draining the heated liquid medium. In the internal cavity of the housing 1, a dispenser 14 is installed for supplying the coagulant from the reservoir 15 mounted on the outer surface of the housing to the coolant.

Патрубок 3 для отвода теплоносителя состоит из двух изолированных друг от друга параллельно расположенных съемных камер 16, в каждой из которых установлен сетчатый фильтр-ловушка 17. Эти камеры работают попеременно, т.е. когда одна находится в рабочем режиме, другая является резервной. Для переключения используются вентили 18, которые установлены до и после каждой камеры. В промежутке между вентилями 18 и мембранным устройством, заключенным в обечайку 19, установлен манометр 20 для определения давления проходящей жидкости. Разъемные соединения 21 предназначены для быстрого демонтажа засоренной камеры 16.The pipe 3 for the removal of coolant consists of two parallel-mounted removable chambers 16 isolated from each other, in each of which a mesh filter trap 17 is installed. These chambers operate alternately, i.e. when one is in operation, the other is standby. For switching, valves 18 are used, which are installed before and after each chamber. Between the valves 18 and the membrane device enclosed in the shell 19, a pressure gauge 20 is installed to determine the pressure of the passing fluid. The detachable connections 21 are designed for quick dismantling of the clogged chamber 16.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Теплоноситель через патрубок 2 поступает во внутреннее пространство, образованное корпусом 1 и теплопередающим элементом 5, а нагреваемая им среда подается в полость 5 через трубу 8. Электропривод 4 через соединительный вал передает вращательное движение элементу 5, верхняя часть которого выполнена в виде трубы 9, и диску 6 с закрепленными на нем лопастями 7. Одновременно в теплоноситель поступает коагулянт из резервуара 15 через дозатор 14.The coolant through the pipe 2 enters the inner space formed by the housing 1 and the heat transfer element 5, and the medium heated by it is supplied to the cavity 5 through the pipe 8. The electric drive 4 through the connecting shaft transmits rotational movement to the element 5, the upper part of which is made in the form of a pipe 9, and disk 6 with blades fixed on it 7. At the same time, coagulant from the reservoir 15 enters the coolant through the dispenser 14.

В результате перемешивания, которое создается совместным вращением теплопередающего элемента 5, диска 6 и лопастей 7 в растворе теплоносителя создается центробежный спиральный вихрь, который заставляет механические и органические примеси под действием коагулянта слипаться и укрупняться. На этом этапе теплообменный аппарат работает как на передачу тепла жидкой среде, находящейся внутри элемента 5, так и по принципу центробежной центрифуги, обеспечивая сбор крупных частиц примесей в зоне патрубка 3 отвода теплоносителя, т.е. выполняется процесс коагуляции.As a result of mixing, which is created by the joint rotation of the heat transfer element 5, disk 6 and blades 7, a centrifugal spiral vortex is created in the coolant solution, which causes mechanical and organic impurities to stick together and coarsen under the influence of the coagulant. At this stage, the heat exchanger operates both to transfer heat to the liquid medium inside the element 5, and according to the principle of a centrifugal centrifuge, ensuring the collection of large particles of impurities in the area of the pipe 3 of the coolant, i.e. the coagulation process is in progress.

В свою очередь отвод нагреваемой среды из полости теплопередающего элемента 5 осуществляется, когда она проходит через отверстия крыльчатки 11, по мере заполнения поднимается по трубе 9, попадая в расширительную камеру 12, и выводится через патрубок 13.In turn, the removal of the heated medium from the cavity of the heat transfer element 5 is carried out when it passes through the openings of the impeller 11, as it is filled, it rises through the pipe 9, falling into the expansion chamber 12, and is discharged through the pipe 13.

При перемещении внутри патрубка 3 теплоноситель проходит в первую (рабочую) съемную камеру 16 через фильтр-ловушку 17. Происходит грубая очистка раствора. Вторая съемная камера 16 со своим фильтром-ловушкой 17 является резервной. По мере того как крупные частицы примесей, осаждаясь на поверхности сетчатого фильтра-ловушки 17 рабочей съемной камеры 16, замедляют перемещение теплоносителя, падает его рабочее давление, что фиксируется манометром 20. Обслуживающий персонал перекрывает вентили 18 у рабочей съемной камеры 16 и открывает соответствующие вентили у резервной съемной камеры 16, которая становится рабочей. Отвернув разъемные соединения 21, засоренную съемную камеру 16 извлекают, очищают и вновь устанавливают. Такая конструкция попеременно работающих фильтров-ловушек позволяет снизить технологические простои, связанные с обслуживанием оборудования.When moving inside the pipe 3, the coolant passes into the first (working) removable chamber 16 through the filter trap 17. A rough cleaning of the solution occurs. The second removable camera 16 with its filter-trap 17 is a backup. As large particles of impurities, deposited on the surface of the mesh filter-trap 17 of the working removable chamber 16, slow down the movement of the coolant, its working pressure drops, which is fixed by a pressure gauge 20. The maintenance staff closes the valves 18 at the working removable chamber 16 and opens the corresponding valves at backup removable camera 16, which becomes operational. Having turned off the detachable connections 21, the clogged removable camera 16 is removed, cleaned and reinstalled. This design of alternately working filter traps can reduce technological downtime associated with the maintenance of equipment.

Теплоноситель, прошедший стадию грубой очистки, поступает в зону мембранного устройства, заключенного в обечайку 19. Просачиваясь через пористую поверхность мембран, жидкая среда разделяется на фильтрат и концентрат, которые выводятся раздельно, причем для вывода концентрата (чтобы обеспечить повышенное давление) предусмотрен дроссель 22.The coolant that has passed the coarse cleaning stage enters the zone of the membrane device enclosed in the shell 19. Filtering through the porous surface of the membranes, the liquid medium is separated into the filtrate and concentrate, which are separated separately, and a throttle 22 is provided for the output of the concentrate (to provide increased pressure).

Этим обеспечивается тонкая очистка рабочих растворов, что позволяет их использовать как в прерывном, так и в непрерывном технологических процессах при обработке суровых тканей в текстильной промышленности (фильтрат в качестве возврата при расшлихтовке, отварке, белении и мерсеризации тканей, а также при ее аппретировании). Что касается крашения, то возврат очищенного раствора наиболее эффективен, когда применяют непрерывный способ крашения, при этом ткань последовательно проходит через несколько красильных ванн (модуль красильной ванны уменьшается) [Ганин Е.А. Теплоиспользующие установки в текстильной промышленности: Учеб. для вузов / Е.А. Ганин, С.Д. Корнеев, И.П. Корнюхин, В.И. Щербаков. - М.: Легпромбытиздат, 1989. - 392 с.: ил. - ISBN 5-7088-0098-4; с. 236].This ensures the fine cleaning of working solutions, which allows them to be used both in discontinuous and in continuous technological processes in the processing of harsh fabrics in the textile industry (filtrate as a return during desizing, boiling, bleaching and mercerization of fabrics, as well as during dressing). As for dyeing, the return of the purified solution is most effective when a continuous dyeing method is used, while the fabric passes through several dye baths in series (the dye bath module decreases) [Ganin EA Heat-using installations in the textile industry: Textbook. for universities / E.A. Ganin, S.D. Korneev, I.P. Kornyukhin, V.I. Shcherbakov. - M .: Legprombytizdat, 1989 .-- 392 p.: Ill. - ISBN 5-7088-0098-4; from. 236].

Концентрат можно использовать в качестве одного из компонентов в процессе приготовления рабочего красящего раствора, что позволит снизить расход основного красящего вещества.The concentrate can be used as one of the components in the process of preparing a working dye solution, which will reduce the consumption of the main dye.

Claims

A heat exchanger comprising a housing with coolant inlet and outlet pipes, a heat transfer element with a disk and blades placed inside the housing on a rotating shaft, coaxial pipes for supplying and discharging a heated medium, the pipe for supplying a heated medium being provided with an impeller, and a coolant outlet pipe in the form of a tubular membrane element enclosed in a shell with nozzles for the output of the filtrate and concentrate, while in the outlet pipe for the concentrate a throttle is installed, o characterized in that on the outer surface of the housing there is a reservoir with a coagulant connected to a dispenser located on the inner side of the housing, and two removable chambers with alternating operation are installed in parallel and isolated from each other in the heat transfer pipe between the housing and the shell of the membrane device in each of them with a mesh filter-trap.