Ёмкостный криоконцентратор Российский патент 2025 года по МПК B01D9/04 

Изобретение относится к устройствам для концентрирования растворов методом вымораживания и может быть использовано в пищевой, биотехнологической, медицинской и химической промышленности.

Известен ёмкостный криоконцентратор, состоящий из прямоугольного корпуса, оснащённого штуцером для ввода охлаждающей и нагревающей среды, штуцером для вывода охлаждающей среды, вентилем для слива охлаждающей и нагревающей среды, и включающий теплоизолированный бак, оснащённый штуцером подачи концентрируемой жидкости, змеевиковым теплообменником предварительного охлаждения жидкости и связанный коллектором первой ступени вымораживания с теплопередающими трубами первой ступени вымораживания, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем, поворотный стол первой ступени вымораживания, связанный с баком-приёмником полуконцентрата, выполненным с возможностью подачи полуконцентрата с помощью насоса в промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата, связанный коллектором второй ступени вымораживания с теплопередающими трубами второй ступени вымораживания, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем, поворотный стол второй ступени вымораживания, связанный с баком-приёмником концентрата, а также бак-приёмник льда, оснащённый форсунками для воды, фильтром для воды, штуцером для слива избытков воды и выполненный с возможностью подачи воды с помощью насоса в змеевиковый теплообменник предварительного охлаждения жидкости (Патент RU219187 U1 Заявлен: 02.04.2023; Опубликован: 04.07.2023. Бюллетень №19).

Недостатком известного ёмкостного криоконцентратора является низкая производительность ёмкостного криоконцентратора ввиду малой теплопередающей поверхности теплопередающих труб.

Целью изобретения является повышение производительности ёмкостного криоконцентратора за счёт увеличения теплопередающей поверхности теплопередающих труб.

Указанная цель достигается тем, что у известного ёмкостного криоконцентратора, состоящего из прямоугольного корпуса, оснащённого штуцером для ввода охлаждающей и нагревающей среды, штуцером для вывода охлаждающей среды, вентилем для слива охлаждающей и нагревающей среды, и включающий теплоизолированный бак, оснащённый штуцером подачи концентрируемой жидкости, змеевиковым теплообменником предварительного охлаждения жидкости и связанный коллектором первой ступени вымораживания с теплопередающими трубами первой ступени вымораживания, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем, поворотный стол первой ступени вымораживания, связанный с баком-приёмником полуконцентрата, выполненным с возможностью подачи полуконцентрата с помощью насоса в промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата, связанный коллектором второй ступени вымораживания с теплопередающими трубами второй ступени вымораживания, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем, поворотный стол второй ступени вымораживания, связанный с баком-приёмником концентрата, а также бак-приёмник льда, оснащённый форсунками для воды, фильтром для воды, штуцером для слива избытков воды и выполненный с возможностью подачи воды с помощью насоса в змеевиковый теплообменник предварительного охлаждения жидкости, теплопередающие трубы первой ступени вымораживания и теплопередающие трубы второй ступени вымораживания в поперечном сечении имеют форму эпициклоиды, причём количество каспов эпициклоиды не менее 3.

Ёмкостный криоконцентратор схематически представлен на фиг. 1. Поперечное сечение теплопередающей трубы в форме эпициклоиды с 3 каспами представлено на фиг. 2.

Ёмкостный криоконцентратор состоит из прямоугольного корпуса 1, оснащённого штуцером для ввода охлаждающей и нагревающей среды 2, штуцером для вывода охлаждающей среды 3, вентилем для слива охлаждающей и нагревающей среды 4, и включающий теплоизолированный бак 5, оснащённый штуцером подачи концентрируемой жидкости 6, змеевиковым теплообменником предварительного охлаждения жидкости 7 и связанный коллектором первой ступени вымораживания 8 с теплопередающими трубами первой ступени вымораживания 9, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем 10, поворотный стол первой ступени вымораживания 11, связанный с баком-приёмником полуконцентрата 12, выполненным с возможностью подачи полуконцентрата с помощью насоса 13 в промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата 14, связанный коллектором второй ступени вымораживания 15 с теплопередающими трубами второй ступени вымораживания 16, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем 17, поворотный стол второй ступени вымораживания 18, связанный с баком-приёмником концентрата 19, а также бак-приёмник льда 20, оснащённый форсунками для воды 21, фильтром для воды 22, штуцером для слива избытков воды 23 и выполненный с возможностью подачи воды с помощью насоса 24 в змеевиковый теплообменник предварительного охлаждения жидкости 7, причём теплопередающие трубы первой ступени вымораживания 9 и теплопередающие трубы второй ступени вымораживания 16 в поперечном сечении имеют форму эпициклоиды с количеством каспов эпициклоиды не менее 3.

Ёмкостный криоконцентратор работает следующим образом.

В прямоугольный корпус 1 через штуцер ввода охлаждающей и нагревающей среды 2 поступает охлаждающая среда, с помощью которой происходит процесс намораживания льда из жидкости на внутренних поверхностях теплопередающих труб первой ступени вымораживания 9 и теплопередающих труб второй ступени вымораживания 16 и, соответственно, происходит концентрирование жидкости. Охлаждающая среда выводится из прямоугольного корпуса 1 через штуцер для вывода охлаждающей среды 3.

В теплоизолированный бак 5 через штуцер подачи концентрируемой жидкости 6 подаётся концентрируемая жидкая среда. За счёт контакта жидкости с змеевиковым теплообменником предварительного охлаждения жидкости 7 происходит её предварительное охлаждение.

Затем охлаждённая жидкость через коллектор первой ступени вымораживания 8 подается в теплопередающие трубы первой ступени вымораживания 9. После прекращения подачи охлаждённой жидкости, осуществляется процесс намораживания льда на внутренней поверхности теплопередающих труб первой ступени вымораживания 9. В процессе намораживания льда крышки с резиновым уплотнителем 10 находятся в закрытом положении, препятствуя вытеканию жидкости из теплопередающих труб первой ступени вымораживания 9.

При достижении заданной толщины намороженного слоя льда открываются крышки с резиновым уплотнителем 10 теплопередающих труб первой ступени вымораживания 9. Поворотный стол первой ступени вымораживания 11 поворачивается против часовой стрелки для слива жидкости в бак-приёмник полуконцентрата 12.

Полуконцентрат из бака-приёмника полуконцентрата 12 с помощью насоса 13 подаётся в промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата 14. Далее полуконцентрат через коллектор второй ступени вымораживания 15 попадает в теплопередающие трубы второй ступени вымораживания 16. Осуществляется процесс намораживания льда на внутренней поверхности теплопередающих труб второй ступени вымораживания 16. В процессе намораживания льда крышки с резиновым уплотнителем 17 находятся в закрытом положении, препятствуя вытеканию полуконцентрата из теплопередающих труб второй ступени вымораживания 16.

При достижении заданной толщины намороженного слоя льда открываются крышки с резиновым уплотнителем 17 теплопередающих труб второй ступени вымораживания 16. Поворотный стол второй ступени вымораживания 18 поворачивается по часовой стрелке для слива концентрата в бак-приёмник концентрата 19.

Охлаждающая среда сливается из прямоугольного корпуса 1 через вентиль для слива охлаждающей и нагревающей среды 4.

После слива жидкостей поворотный стол первой ступени вымораживания 11 и поворотный стол второй ступени вымораживания 18 занимают горизонтальное положение, начинается процесс оттаивания льда.

Оттаивание льда производится за счёт заполнения прямоугольного корпуса 1 греющей средой через штуцер для ввода охлаждающей и нагревающей среды 2. Слив греющей среды, после завершения процесса оттаивания льда, производится через вентиль для слива охлаждающей и нагревающей среды 4.

При оттаивании лёд под собственным весом соскальзывает вниз по внутренним поверхностям стенок теплопередающих труб первой ступени вымораживания 9 и теплопередающих труб второй ступени вымораживания 16 в бак-приёмник льда 20. При этом поворотный первой ступени вымораживания 11 повёрнут по часовой стрелке, а поворотный стол второй ступени вымораживания 18 повёрнут против часовой стрелки.

В баке-приёмнике льда 20 лёд орошается водой с помощью форсунок для воды 21. В результате вода охлаждается и с помощью насоса 24 через фильтр для воды 22 подаётся в змеевиковый теплообменник предварительного охлаждения жидкости 7 для проведения процесса предварительного охлаждения концентрируемой жидкости.

Избыток воды из бака-приёмника льда 20 сливается через штуцер ля слива избытков воды 23.

В таблице 1 приведён пример соотношения периметра p эпициклоиды с количеством каспов от 1 до 10 к длине окружности P, в которую вписана эпициклоида. Результаты представлены с округлением до третьего знака после запятой.

Таблица 1

Количество каспов эпициклоиды 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,849 0,955 1,019 1,061 1,091 1,114 1,132 1,146 1,157 1,167

По представленным результатам в таблице 1, увеличение теплопередающей поверхности теплопередающих труб будет достигаться при выполнении теплопередающих труб с поперечным сечением в форме эпициклоиды с количеством каспов не менее 3, где . Чем больше количество каспов у эпициклоиды, образующей поперечное сечение теплопередающих труб, тем большей теплопередающей поверхности теплопередающих труб можно добиться. Увеличение теплопередающей поверхности теплопередающих труб первой и второй ступеней вымораживания позволяет увеличить количество намороженного слоя льда в единицу времени в ёмкостном криоконцентраторе.

Таким образом, выполнение теплопередающих труб первой ступени вымораживания и теплопередающих труб второй ступени вымораживания с поперечным сечением в форме эпициклоиды с количеством каспов не менее 3, позволяет увеличить их теплопередающую поверхность и повысить производительность ёмкостного криоконцентратора.

Изобретение относится к устройствам для концентрирования растворов методом вымораживания. Ёмкостный криоконцентратор состоит из прямоугольного корпуса 1 и включает теплоизолированный бак 5, коллектор первой ступени вымораживания 8 с теплопередающими трубами первой ступени вымораживания 9 и коллектор второй ступени вымораживания 15 с теплопередающими трубами второй ступени вымораживания 16, бак-приёмник полуконцентрата 12, промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата 14, поворотный стол первой ступени вымораживания 11 и поворотный стол второй ступени вымораживания 18, бак-приёмник концентрата 19, бак-приёмник льда 20. Прямоугольный корпус 1 оснащён штуцером для ввода охлаждающей и нагревающей среды 2, штуцером для вывода охлаждающей среды 3 и вентилем для слива охлаждающей и нагревающей среды 4. Теплоизолированный бак 5 оснащён штуцером подачи концентрируемой жидкости 6, змеевиковым теплообменником предварительного охлаждения жидкости 7 и связан коллектором первой ступени вымораживания 8. Поворотный стол первой ступени вымораживания 11 связан с баком-приёмником полуконцентрата 12, который выполнен с возможностью подачи полуконцентрата с помощью насоса 13 в промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата 14. Теплоизолированный бак для полуконцентрата 14 связан с коллектором второй ступени вымораживания 15. Поворотный стол второй ступени вымораживания 18 связан с баком-приёмником концентрата 19. Бак-приёмник льда 20 оснащён форсунками для воды 21, фильтром для воды 22, штуцером для слива избытков воды 23 и выполнен с возможностью подачи воды с помощью насоса 24 в змеевиковый теплообменник предварительного охлаждения жидкости 7. При этом теплопередающие трубы первой ступени вымораживания 9 и теплопередающие трубы второй ступени вымораживания 16 оснащены крышками с резиновым уплотнителем и в поперечном сечении имеют форму эпициклоиды с количеством каспов эпициклоиды не менее 3. Изобретение позволяет повысить производительность ёмкостного криоконцентратора. 2 ил., 1 табл.

Ёмкостный криоконцентратор, состоящий из прямоугольного корпуса, оснащённого штуцером для ввода охлаждающей и нагревающей среды, штуцером для вывода охлаждающей среды, вентилем для слива охлаждающей и нагревающей среды, и включающий теплоизолированный бак, оснащённый штуцером подачи концентрируемой жидкости, змеевиковым теплообменником предварительного охлаждения жидкости и связанный коллектором первой ступени вымораживания с теплопередающими трубами первой ступени вымораживания, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем, поворотный стол первой ступени вымораживания, связанный с баком-приёмником полуконцентрата, выполненным с возможностью подачи полуконцентрата с помощью насоса в промежуточный теплоизолированный бак для полуконцентрата, связанный коллектором второй ступени вымораживания с теплопередающими трубами второй ступени вымораживания, оснащёнными крышками с резиновым уплотнителем, поворотный стол второй ступени вымораживания, связанный с баком-приёмником концентрата, а также бак-приёмник льда, оснащённый форсунками для воды, фильтром для воды, штуцером для слива избытков воды и выполненный с возможностью подачи воды с помощью насоса в змеевиковый теплообменник предварительного охлаждения жидкости, отличающийся тем, что теплопередающие трубы первой ступени вымораживания и теплопередающие трубы второй ступени вымораживания в поперечном сечении имеют форму эпициклоиды, причём количество каспов эпициклоиды не менее 3.