НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ КАМЕРА ВЫПАРНОГО АППАРАТА-КРИСТАЛЛИЗАТОРА Российский патент 2012 года по МПК B01D9/00 C13B25/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нагревательной камере выпарного аппарата-кристаллизатора для выпаривания жидкостей, таких как сахарный сироп, в варочном пространстве которого при помощи соответствующих средств закреплен, по меньшей мере, один трубчатый нагревательный элемент. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такой нагревательной камеры.

Нагревательные камеры вышеназванного типа известны из заявок №№ DE 1031762 PS, DE 1054065 PS и DE 212238 PS. В сахарной промышленности они, например, служат для уваривания сиропа определенной концентрации с целью образования кристаллов. Рассматриваемые камеры представляют собой нагревательные камеры с паровым обогревом, установленные в варочном пространстве над дном выпарного аппарата-кристаллизатора или вакуум-выпарного аппарата.

В соответствии с состоянием техники эти камеры выполняют в виде кольцевых нагревательных камер и отдельных кольцевых нагревательных элементов, вваренных в две расположенные друг против друга камеры. Одна из камер предназначена для подвода греющего пара, вторая камера - для отвода конденсата и газа. Над нагревательной камерой находятся соковое и надсоковое (выпарное) пространство.

Сахарный сироп, заполняющий выпарной аппарат-кристаллизатор или вакуум-выпарной аппарат примерно наполовину, нагревается между нагревательными элементами нагревательной камеры и вследствие этого поднимается вверх. Там во время выпаривания он отдает тепло, опускается ко дну через среднюю часть варочного пространства, свободную от нагревательных элементов, а затем, вследствие повторного нагревания снова поднимается между нагревательными элементами камеры.

Чтобы достичь равномерной кристаллизации, это циркуляционное движение сиропа должно происходить с одинаковой интенсивностью по всей площади поперечного сечения варочного пространства и закрепленной в нем нагревательной камеры. Для этого, в частности, необходимо, чтобы внутри нагревательной камеры преобладало равномерное распределение температуры. Гидравлическое сопротивление внутри отдельных трубчатых нагревательных элементов также должно быть в значительной степени одинаковой величины.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения - создать нагревательную камеру выпарного аппарата-кристаллизатора для выпаривания жидкостей, таких как сахарный сироп, в которой устранены вышеописанные недостатки. Нагревательная камера должна, в частности, изготавливаться с оптимальными затратами и в то же время обеспечивать равномерную концентрацию сиропа.

ПРЕДЛАГАЕМОЕ РЕШЕНИЕ

Настоящее изобретение решает эту задачу благодаря нагревательной камере выпарного аппарата для выпаривания жидкостей, например сахарного сиропа, согласно п.1 формулы изобретения, а также способу изготовления такой камеры согласно п.9. Предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах.

Согласно изобретению создана нагревательная камера выпарного аппарата-кристаллизатора для выпаривания жидкостей, таких как сахарный сироп, в варочном пространстве которой при помощи соответствующих средств установлен по меньшей мере один трубчатый нагревательный элемент. Во время эксплуатации в нагревательной камере с наружной стороны трубчатого нагревательного элемента течет теплоноситель, предпочтительно греющий пар, а с внутренней стороны трубчатого нагревательного элемента - выпариваемая жидкость, преимущественно упомянутый сироп.

Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено несколько трубчатых нагревательных элементов, каждому из которых на торце придана многоугольная форма, причем элементы посредством сварного шва соединены этими многоугольными раструбами друг с другом так, что они прилегают друг к другу и непосредственно опираются друг на друга.

Другими словами, согласно изобретению, трубы в качестве нагревательных элементов нагревательной камеры на концевом участке деформируют в многоугольник и без торцевой диафрагмы сваривают непосредственно друг с другом в секцию. Секции снабжают охватывающей их рантовой пластиной и как отдельные сегменты собирают в кольцеобразную в целом нагревательную камеру. Камеру помещают в варочное пространство. Таким способом, согласно изобретению, без больших затрат можно также реконструировать и заменять уже существующие нагревательные камеры, например кольцевые или линзообразные нагревательные камеры.

Благодаря предлагаемому решению в нагревательной камере выпарного аппарата по сравнению с известными камерами удалось обеспечить значительно большую поверхность нагрева и в то же время не выйти за заданную величину диаметра варочного пространства или аппарата. Заявляемые трубчатые нагревательные элементы установлены и соединены друг с другом так, что на верхней стороне нагревательной камеры образуется весьма небольшая поверхность осаждения. Известным системам присущ такой недостаток, что на верхней стороне камеры имеется слишком большая поверхность осаждения. В настоящем изобретении эта поверхность уменьшена примерно на 70%.

Кроме того, предлагаемое решение позволяет на заданной площади поперечного сечения установить очень большое, если не максимально возможное, количество трубчатых нагревательных элементов. Большее число нагревательных элементов или труб означает большую поверхность нагрева. Большая поверхность нагрева позволяет сократить продолжительность варки, а вместе с тем - и расход энергии.

В соответствии с изобретением, сварные швы выполнены так, что они, по существу, наложены на торцы трубчатых нагревательных элементов. Выполненные таким образом сварные швы обеспечивают герметичное соединение трубчатых элементов на торцах. Благодаря предпочтительно выпуклой наружной поверхности швов улучшаются условия обтекания обычно угловатых торцов.

Особые преимущества дает выполнение многоугольных раструбов в виде правильных многоугольников с шестью углами в каждом. Как сказано выше, такие шестиугольники позволяют значительно увеличить количество труб. Шестиугольники можно формовать с небольшими затратами и высокой функциональной надежностью, при этом они в значительной мере сохраняют равномерную толщину стенки. Это предпочтительно в отношении сварки деталей и теплопередачи в трубчатых нагревательных элементах.

Чтобы позволить удобный с точки зрения технологии монтаж свариваемых трубчатых нагревательных элементов, обоим концам каждого отдельного трубчатого элемента предпочтительно придана многоугольная форма, а многоугольные раструбы каждого отдельного трубчатого элемента, если рассматривать их поперечное сечение, преимущественно ориентированы сонаправленно. В этом случае трубчатые нагревательные элементы с двумя многоугольными раструбами можно составить в унифицированные блоки, а затем сварить.

Обоим концевым участкам каждого отдельного трубчатого элемента предпочтительно придана многоугольная форма, причем многоугольные раструбы на каждом отдельном трубчатом элементе выполнены на технологическом оборудовании преимущественно в одно закрепление трубчатого элемента. Благодаря исполнению многоугольных раструбов на обоих концах в одно закрепление можно предотвратить отклонение между ориентацией многоугольников, которое обычно имеет место в случае выполнения многоугольных раструбов в последовательных технологических операциях с повторным закреплением между ними.

Кроме того, многоугольные раструбы на обоих концах трубчатых нагревательных элементов предпочтительно выполнены при помощи двух инструментов, которые одновременно подводят к торцам трубчатого элемента. Особенно предпочтительно отдельную многоугольную форму формуют холодной деформацией при помощи пресс-пуансона, который вдавливают с соответствующими скосами внутрь концевого участка трубы, а после пластичной деформации этого участка извлекают обратно.

Как сказано выше, холодную деформацию особенно предпочтительно производят на обоих концах трубчатого нагревательного элемента, и при этом на обоих пуансонах уравновешиваются силы трения и деформирующие силы, вследствие чего обоим многоугольным раструбам, в частности, можно придать одинаковую форму.

Поэтому, в частности, предпочтительно, формировать многоугольный раструб посредством раздачи материала трубчатого нагревательного элемента относительно его первоначальной цилиндрической формы.

В процессе всесторонних опытов удалось определить, что раздачу в продольном сечении концов трубчатого нагревательного элемента весьма предпочтительно производить на конус. Как вариант, расширение на конце также может иметь осепараллельный или почти осепараллельный участок, на котором в этом случае выполняют упомянутые сварные швы.

С точки зрения технологии, аэро- и гидродинамики расширенный участок по углам многоугольника имеет угол раствора относительно продольной оси трубчатого нагревательного элемента желательно 10-16°, предпочтительно 12-14°, наиболее предпочтительно примерно 13°.

При предлагаемом способе изготовления нагревательной камеры выпарного аппарата-кристаллизатора по вышеуказанным причинам предпочтительно обоим концам каждого отдельного трубчатого нагревательного элемента придавать многоугольную форму, а формирование многоугольных раструбов каждого отдельного трубчатого элемента выполнять за одно закрепление.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже при помощи прилагаемых схематичных чертежей более подробно объясняется пример реализации предлагаемой нагревательной камеры выпарного аппарата-кристаллизатора для выпаривания жидкостей. На чертежах показано следующее.

Фиг.1. Аксонометрический вид с частичным разрезом выпарного аппарата-кристаллизатора для выпаривания жидкостей с заявляемой нагревательной камерой.

Фиг.2. Аксонометрический вид сегмента нагревательной камеры, показанной на фиг.1.

Фиг.3. Верхний конец двух трубчатых нагревательных элементов камеры, показанной фиг.2.

Фиг.4. Укрупненный вид участка IV с фиг.3.

Фиг.5. Вид V-V с фиг.3.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На чертежах наглядно изображен выпарной аппарат-кристаллизатор 10 для выпаривания жидкостей, в котлообразном наружном кожухе 12 которого заключено варочное пространство 14. На наружном кожухе 12 предусмотрены различные патрубки 16, 18, 20 и 22, а также привод 24 мешалки 26. Внутри варочного пространства 14 установлена нагревательная камера 28, которая имеет кольцевую основную форму и, как пояснено выше, предназначена для нагревания жидкостей, таких как сахарный сироп, чтобы выпарить их в пространстве 14.

При этом нагревательная камера 28 в целом образована шестью сегментами 30, один из которых показан на фиг.2.

Отдельный сегмент 30 кольцевой нагревательной камеры 28 содержит внутри рантовой пластины 33 несколько трубчатых нагревательных элементов 32, причем на концевых участках 34 элементов сформирован многоугольный раструб 36 в виде правильного шестиугольника, и посредством сварного шва 38 элементы соединены этими многоугольными раструбами друг с другом так, что они прилегают друг к другу и непосредственно опираются друг на друга.

Сварные швы 38 выполнены так, что они, по существу, наложены на торцы 40 концевых участков 34 трубчатых нагревательных элементов 32.

При этом многоугольный раструб 36 сформирован на обоих концевых участках 34 каждого отдельного трубчатого нагревательного элемента 32, и на каждом отдельном трубчатом элементе 32, если рассматривать его поперечное сечение, многоугольники ориентированы сонаправленно. Таким образом, если смотреть в продольном направлении, на обоих торцах трубчатых нагревательных элементов 32 получается сонаправленный сотовый рисунок, отдельные соты которого соединены только сварными швами 38.

Чтобы сотовые рисунки можно было выполнить с особенно равномерным и точным выравниванием, многоугольные раструбы 36 каждого отдельного трубчатого нагревательного элемента 32 выполняют на технологическом оборудовании за одно закрепление трубчатого элемента. При этом многоугольные раструбы 36 образованы раздачей материала трубчатого нагревательного элемента 32 относительно цилиндрической основной формы трубчатого элемента 32 при помощи двух (не показанных) пресс-пуансонов. В этой операции пуансоны раздают концевые участки 34 так, что расширенный участок до торца 40 трубчатого нагревательного элемента 32 имеет угол раствора примерно 13°.

Наконец, следует заметить, что, несмотря на сделанную формальную ссылку на один или несколько пунктов, защита распространяется на все признаки, упомянутые в заявочной документации, в частности в зависимых пунктах формулы изобретения, в том числе в отдельности или в любой комбинации.

ПЕРЕЧЕНЬ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ

10 выпарной аппарат-кристаллизатор

12 наружный кожух

14 варочное пространство

16 патрубок

18 патрубок

20 патрубок

22 патрубок

24 привод

26 мешалка

28 нагревательная камера

30 сегмент

31 нагревательный элемент

32 рантовая пластина

34 концевой участок

36 раструб

38 сварной шов

40 торец

Нагревательная камера выпарного аппарата-кристаллизатора предназначена для выпаривания жидкостей, таких как сахарный сироп. В варочном пространстве камеры установлен по меньшей мере один трубчатый нагревательный элемент (32). Предусмотрено несколько трубчатых нагревательных элементов (32), на концевых участках каждого из которых сформирован многоугольный раструб (36). Элементы соединены этими многоугольными раструбами (36) друг с другом так, что они прилегают друг к другу и непосредственно опираются друг на друга посредством сварного шва (38). Причем многоугольный раструб (36) образован раздачей материала трубчатого нагревательного элемента (32) относительно его цилиндрической первоначальной формы. Расширение, если смотреть на продольное сечение соответствующего трубчатого нагревательного элемента (32), проходит конически до конца трубчатого элемента (32). Причем расширение по углам многоугольного раструба (36) относительно продольной оси трубчатого нагревательного элемента (32) имеет угол раствора 10-16°. Изобретение позволяет обеспечить уменьшение поверхности осаждения и увеличение поверхности нагрева, сокращение продолжительности варки и расхода энергии. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Нагревательная камера (28) выпарного аппарата-кристаллизатора (10) для выпаривания жидкостей, таких как сахарный сироп, в варочном пространстве (14), в которой при помощи соответствующих средств установлен по меньшей мере один трубчатый нагревательный элемент (32), отличающаяся тем, что предусмотрено несколько трубчатых нагревательных элементов (32), на концевых участках (34) каждого из которых сформирован многоугольный раструб (36), и посредством сварного шва (38) элементы соединены этими многоугольными раструбами (36) друг с другом так, что они прилегают друг к другу и непосредственно опираются друг на друга, причем многоугольный раструб (36) образован раздачей материала трубчатого нагревательного элемента (32) относительно его цилиндрической первоначальной формы, а расширение, если смотреть на продольное сечение соответствующего трубчатого нагревательного элемента (32), проходит конически до конца (40) трубчатого элемента (32), причем расширение по углам многоугольного раструба (36) относительно продольной оси трубчатого нагревательного элемента (32) имеет угол раствора 10-16°.

2. Нагревательная камера выпарного аппарата-кристаллизатора по п.1, отличающаяся тем, что сварные швы (38), по существу, наложены на торцы (40) концевых участков (34) трубчатых нагревательных элементов (32).

3. Нагревательная камера выпарного аппарата-кристаллизатора по п.1, отличающаяся тем, что многоугольные раструбы (36) выполнены как правильные многоугольники, каждый с шестью углами.

4. Нагревательная камера выпарного аппарата-кристаллизатора по п.1, отличающаяся тем, что на обоих концевых участках (34) каждого отдельного трубчатого нагревательного элемента (32) сформирован многоугольный раструб (36), а многоугольные раструбы (36) каждого отдельного трубчатого нагревательного элемента (32), если смотреть на его поперечное сечение, ориентированы сонаправленно.

5. Нагревательная камера выпарного аппарата-кристаллизатора по п.1, отличающаяся тем, что расширение по углам многоугольного раструба (36) относительно продольной оси трубчатого нагревательного элемента (32) имеет угол раствора 12-14°, наиболее предпочтительно примерно 13°.