МНОГОХОДОВОЙ РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК A23C3/02 F28D7/00 

Изобретение относится к молочной и пищевой промышленности, а именно к теплообменникам для тепловой обработки молока, сливок и других пищевых жидкостей.

Известен многоходовой кожухотрубный теплообменник, выбранный в качестве прототипа, содержащий цилиндрический корпус со слоем теплоизоляции, поперечные перегородки, размещенные в корпусе, патрубки для ввода и вывода межтрубной среды, пучка теплообменных труб, их концы заделаны в трубные доски, к которым торцевыми крышками прижаты эластичные прокладки, имеющие выемки, соединяющие две или несколько соседних труб, и патрубки для ввода и вывода трубной среды.

Недостатком данной конструкции теплообменника, используемого для пастеризации пищевых продуктов, является отсутствие регенерации тепла при тепловой обработке продукта и вследствие этого повышенный расход межтрубного теплоносителя. Используя данную конструкцию теплообменника для пастеризации продуктов, необходимо привлекать дополнительное теплообменное оборудование для проведения регенеративного теплообмена, что неизбежно приводит к увеличению гидравлических потерь и массогабаритных характеристик всей установки.

Цель изобретения - реализация более эффективного процесса теплообмена, улучшение энергетических и массогабаритных характеристик установок, содержащих устройства для тепловой обработки жидких пищевых продуктов.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом теплообменнике осуществляются последовательно процессы нагрева и пастеризации жидкого пищевого продукта, а также частичная регенерация его тепла. Для этого многоходовой теплообменник, содержащий цилиндрический корпус со слоем теплоизоляции, внутри которого находятся перегородки, и патрубки для ввода и вывода межтрубного теплоносителя, снабжен пучком сообщающихся между собой теплообменных труб, по которым проходит трубная среда, часть из них выполнена по принципу "труба в трубе", где кольцевой промежуток между внутренней и внешней трубой служит для прохода нагреваемой, а внутренняя труба для прохода охлаждаемой трубной среды; концы одиночных и внешних из элементов "труба в трубе" теплообменных труб закреплены в отверстиях трубных досок, соединенных с цилиндрическим корпусом теплообменника, и уплотнены прижатыми к трубным доскам трубными эластичными прокладками, имеющими выемки, общие для двух или более соседних труб и служащие для перетока нагреваемой трубной среды, и отверстия для прохода и уплотнения внутренних теплообменных труб из элементов "труба в трубе", концы которых проходят через прижатые с помощью торцевых крышек, имеющих патрубки для ввода и вывода охлаждаемой трубной среды, к трубной доске две трубные решетки и уплотняющую трубную эластичную прокладку, к торцевой уплотняющей эластичной прокладке, имеющей выемки для двух или более соседних труб, и служащих для перетока охлаждаемой трубной среды.

Количество элементов "труба в трубе" должно быть больше числа одиночных теплообменных труб из пучка примерно в 4 - 5 раз, если в качестве межтрубного теплоносителя используется пар, для того чтобы температура охлаждаемой трубной среды всегда была больше температуры нагреваемой трубной среды в элементах пучка "труба в трубе" и таким образом не изменялось направление переноса теплового потока.

Патрубки ввода и вывода охлаждаемой трубной среды смогут быть выполнены за одно целое с торцевой крышкой, а углубления в эластичных прокладках для перетоков трубной среды могут иметь форму выемок, обеспечивающих плавный поворот потоков на 180^o для уменьшения гидравлических потерь. Теплообменник хорошо промывается при циркуляционной мойке в потоке, при необходимости легко и полностью разбирается и каждая из входящих в его состав деталей, контактирующих с трубной средой, может быть промыта в ручном режиме.

На фиг. 1 изображен разрез предлагаемого теплообменника; на фиг. 2 - соответственно разрезы А-А, Б-Б, В-В теплообменника.

Теплообменник содержит цилиндрический корпус 1 со слоем теплоизоляции 2, имеющий патрубки 3 и 4 ввода и вывода межтрубной среды, трубные доски 5, в которых закреплены теплообменные трубы 6 и 7, прокладки 8 - 10 из эластичного материала, трубные решетки 11 и 12, торцевые крышки 13, имеющие патрубки ввода 14 и вывода 15 охлаждаемой трубной среды. На одной из труб 6 выполнен патрубок 16 ввода нагреваемой трубной среды, а на одной из труб 7 - патрубок 17 ее вывода. Эластичные прокладки 8 и 10 имеют выемки 18 и 19, соединяющие рядом расположенные трубы и служащие для перетока соответственно нагреваемой и охлаждаемой трубной среды. Эластичные прокладки 10 имеют также выемки 29, соединяющие рядом расположенные трубы и служащие для ввода или вывода охлаждаемой трубной среды соответственно через патрубки 15 и 14, расположенные на крышках 13. Торцевые крышки 13 с помощью хомутов 20 прижимают к трубным доскам 5 эластичные прокладки 10, 9 и 8 и трубные решетки 11 и 12, обеспечивая с помощью конических выступов 21 и 22 в эластичных прокладках 8 и 9 уплотнение трубного потока, протекающего в трубах 6, 7 и трубе 23. Трубные решетки 11 и 12 имеют с одной стороны своей поверхности конические выемки 24 и 25, повторяющие по форме выступы 20 и 21 в прокладках 8 и 9, но имеющие несколько меньшую глубину, которые при прижиме торцевых крышек 13 к трубным доскам 5 обеспечивают надежную герметичность пространства, с другой стороны своей поверхности имеют выфрезированные канавки 26 глубиной 1,0 - 1,5 мм, проходящие произвольным образом через все отверстия в трубных решетках 11 и 12. Создаваемый канавками 26 зазор позволяет контролировать герметичность уплотнений в трубных решетках 11 и 12 и благодаря сообщению его с атмосферой полностью исключает возможность контакта теплообменивающихся потоков нагреваемой и охлаждаемой трубной среды в результате случайной разгерметизации соединений в трубной решетке. Внутри цилиндрического корпус 1 в межтрубном пространстве 27 размещены перегородки 28, в которых выполнены в виде сегментов окна, равные по площади проходному сечению патрубка 3, через который подается межтрубный теплоноситель. Перегородки 28 с окнами располагаются в межтрубном пространстве 27 таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразное движение межтрубного теплоносителя.

Рассмотрим работу теплообменника при его использовании для пастеризации молока или тепловой обработки какого-либо другого жидкого продукта.

Продукт на тепловую обработку подается через входной патрубок 16 и одним или несколькими параллельными потоками протекает сначала через все кольцевые зазоры 30, образованные теплообменными трубами 6 и 23, а затем через все одиночные теплообменные трубы 7. На выходе продукт разделяется на два параллельных потока в теплообменной трубе 6, на которой выполнен патрубок 16. Из одного кольцевого зазора 30 или из одной трубы 7 в другую продукт перетекает через выемки 18 в эластичных прокладках 8. В одной из труб потоки (если их несколько) соединяются и выводятся через выполненный на этой трубе выходной патрубок 17.

Прошедший тепловую обработку продукт, вышедший из патрубка 17, в горячем состоянии подается в патрубок ввода 14, расположенный на одной из торцевых крышек 13, который сообщается с выемкой 29, в эластичной прокладке 10, в которой горячий продукт разделяется (по количеству параллельных потоков, подаваемых на тепловую обработку) на несколько параллельных потоков и протекает через все теплообменные трубы 23, нагревая через стенку этой трубы протекающий по кольцевому зазору 30 холодный продукт. Из одной трубы 23 в другую горячий продукт перетекает через выемки 19 в эластичной прокладке 10. После прохождения потоком всех теплообменных труб 23 они соединяются в выемке 29 в один поток и выводятся из теплообменника через патрубок 15, расположенный на крышке 13. Подача продукта в теплообменник на тепловую обработку через штуцер 16 и подача на охлаждение горячего продукта через штуцер 14 выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось движение теплоносителей в элементах пучка "труба в трубе" по схеме противотока.

Межтрубный теплоноситель (например, пар) подается в патрубок 3 и через окна в перегородках 28 движется зигзагообразно по секциям корпуса 1 теплообменника. Контактируя с поверхностью труб 6 и 7, теплоноситель нагревает протекающий в кольцевом зазоре 30 и трубе 7 продукт и выводится через патрубок 4.

Использование: тепловая обработка молока и других пищевых жидкостей. Сущность изобретения: теплообменник содержит корпус с патрубками для ввода и вывода межтрубного теплоносителя и обрабатываемой жидкости, а также пучок теплообменных труб. Часть труб выполнена по принципу "труба в трубе" для осуществления регенерации. Концы одиночных и внешних теплообменных труб закреплены в трубных досках. Концы внутренних труб из элементов "труба в трубе" проходят через трубные эластичные прокладки, трубные решетки и торцевую эластичную прокладку, прижатых с помощью торцевых крышек и имеющих патрубки для ввода и вывода обработанной жидкости к трубным доскам. Конструкция теплообменника обеспечивает циркуляционную мойку в потоке, а также возможность его быстрой разборки и промывки в ручном режиме. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник для тепловой обработки пищевых жидкостей, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого находятся перегородки, со слоем теплоизоляции и патрубками для ввода и вывода межтрубной среды, размещенный в корпусе пучок сообщенный между собой теплообменных труб, закрепленных в отверстиях трубных досок, торцевые крышки через эластичные прокладки, имеющие выемки для перетока нагреваемой трубной среды из труб одного хода в трубы другого, прикрепленные к трубным доскам и патрубки для ввода и вывода трубной среды, подключенные к соответствующим теплообменным трубам, отличающийся тем, что часть теплообменных труб выполнена в виде элементов типа "труба в трубе", а на концах внутренних труб между эластичными прокладками, прикрепленными к трубным доскам, и торцевыми крышками, имеющими патрубки для ввода и вывода нагревающей трубной среды, установлены две трубные решетки, трубная эластичная прокладка и прокладка с выемками для перетока нагревающей трубной среды из труб одного хода в трубы другого. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубные эластичные прокладки со стороны трубных решеток имеют конические выступы, уплотняющие внутренние из элементов "труба в трубе" теплообменные трубы, а трубные решетки со стороны трубных эластичных прокладок имеют конические выемки, повторяющие по форме конические выступы в трубных эластичных прокладках, но имеющие несколько меньшую глубину. 3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что трубные решетки имеют на своих поверхностях, обращенных друг к другу, выфрезированные канавки глубиной 1,0 - 1,5 мм, проходящие произвольным образом через все отверстия в трубных решетках.