Способ очистки рабочей поверхности теплообменного аппарата Советский патент 1993 года по МПК F28G3/00 

Изобретение относится к способам термообработки высоковязких, обладающих повышенной адгезией к теплопередающей поверхности жидкостей и может применяться в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Указанные жидкости при обработке в теплообменном аппарате налипают на его стенки, что приводит к увеличению термического сопротивления и, следовательно, к. ухудшению теплопередачи. Для устранения этого негативного фактора разработаны способы очистки теплопередающей поверхности.

Широко известны способы очистки рабочей поверхности и перемешивания высоковязких жидкостей в цилиндрических скребковых теплообменных аппаратах, в которых осуществляют соскребание пристенного слоя с помощью скребков.

закрепленных непосредственно на вращающейся валу или раме.

Форма выполнения скребка, его размеры, способы крепления на валу (шарнирно, жестко и т.д.) самые разнообразные при соблюдении одного общего условия: при работе скребка неполностью перекрывается кольцевое пространство между корпусом и валом, благодаря чему обрабатываемая жидкость может перетекать из зоны перед скребком в зону за скребком относительно направления вращения, что, по мнению исследователей, позволяет уменьшить затраты мощности на вращение ротора и снизить металлоемкость конструкции.

При вращении ротора скребки под действием центробежной силы и силы сопротивления материала прижимаются к теплопередающей поверхности (стенке) цилиндрического корпуса, скребают пристенный слой материала, обеспечивая очищение

ел

поверхности и перемешивание обрабатываемого материала, Однако нами было установлено, что из-за перетока части жидкости в противоположном вращению направлении не обеспечивается эффективное перемешивание, высоковязкой жидкости, что снижает коэффициент теплопередачи, т.е. эффективность процесса обработки,

Так в известном аппарате ТСТ-250, который используется для термообработки пластичных смазок, обладающих высокой вязкостью, очистку поверхности осуществляют скребками, закрепленными на валу с помощью стержней, причем между каждым скребком и валом предусмотрен зазор, составляющий примерно половину расстоя1- ния между стенкой корпуса и валом. На фиг.1 схематически показано перемещение обрабатываемой жидкости в кольцевом пространстве между корпусом и валом известного аппарата, где наглядно-видно, что в нем реализуется переточный режим течения, не обеспечивающий эффективного перемешивания пристенных слоев с остальной массой, а следовательно, не достигаются высокие коэффициенты тепло- тдачи, особенно с случае высоковязких материалов..

. Наиболее близок по достигаемому Эффекту к предлагаемому решению способ очистки рабочей поверхности и перемешивания материала в аппарате для обработки высоковязких жидкостей по пат, США Мг 3385354,1968, в котором размеры кольцевого пространства между корпусом и валом, благодаря эксцентричному расположению вала, при вращении ротора изменяются в радиальном направлении. Эффективная очистка поверхности производится при вращении скребков, располагаемых вдоль длины и по окружности вала так, чтобы обработать, всю (без пропусков) цилиндрическую стенку аппарата. Наиболее аффективно при этом расположение скребков в шахматном порядке.

В известном способе предусматривается прохождение материала между скребками и валом в направлений, противоположном вращению ротора, причем интенсификация процесса перемешивания обеспечивается, по мнению авторов известного решения, благодаря как бы пульсациям обрабатываемого материала при переходе попеременно из более широкой в узкую и наоборот части кольцевого пространства и пульсирующим изменением обратного перетока жидкости под скребками, создаваемым меняющимся при вращении растоянием между скребком и валом.

В известном способе достигается интенсификация процесса перемешивания, а следовательно, и теплообмена. Однако, как показывают приведенные в патенте данные, удается повысить коэффициент теплопередачи всего на 20-25% при усложнении конструкции аппарата.

Целью изобретения является улучшение условий эксплуатации за счет интенсификации процесса теплообмена в теплообменном аппарате.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки рабочей по верхности теплообменного аппарата, вклю5 чающем удаление пристенного слоя и перемешивание его с рабочей жидкостью в кольцевом пространстве между корпусом и валом вращательным движением скребков, закрепленных на валу, кольцевое простран0 ство между корпусом и валом делят на замкнутые зоны и обеспечивают циркуляцию рабочей жидкости внутри каждой зоны, которые образуют валом, скребками и корпусом,

5 На фиг.1 и 2 схематически изображен теплообменный аппарат в поперечном разрезе; на фиг.1 показано взаимное расположение основных деталей (корпус, вал, скребки) и перемещение обрабатываемой

0 жидкости при проведении процесса известным способом, а на фиг.2 - тоже при проведении процесса предлагаемым способом; на фиг.З в продольном сечений показан вариант закрепления скребка на валу при осу5 ществлении процесса предлагаемым способом,

П р и м е р. При осуществлении процесса очистки рабочей поверхности и перемешивания в теплообменном аппарате предлага0 емым способом (см. фиг.2)х кольцевое

пространствомежду корпусом аппарата и ва- 7

1 лом делят рядами скребков на 4 замкнутые

зоны (на чертеже обозначены цифрами 1,2,3

и 4) которые, образуют валом, скребками и

5 корпусом,

Для этого, как показано на фиг.З, могут быть использованы, например, плотно примыкающие друг к другу скребки, выполнен ные сплошными и установленные на валу

0 без зазора. Направление вращения вала и скребков показано на фиг.З стрелкой, а движение обрабатываемого материала в зонах - линии тока показаны тонкими линиями со стрелками,

5 Скребки полностью перекрывают зазор между стенкой корпуса и валом, не допуская перетока жидкости в направлении, противоположном вращению скребка, из зоны перед скребком, в зону за скребком (из четвертой зоны в третью из третьей во вторую и т.д.), т.е. каждая зона замкнута и внутри нее обеспечена циркуляция обрабатываемой жидкости в замкнутом пространстве, образованном корпусом, валом и скребка-: ми. При таком характере течения жидкости, изображенном на фиг.2 линиями тока, пристенные слои, снятые скребками со стенок корпуса, интенсивно перемешиваются с ядром потока, благодаря чему создаются высокие градиенты скорости и температуры и обеспечивается интенсификация процесса теплообмена.

Для подтверждения достигаемого положительного эффекта, в описании к заявке приведены сравнительные испытания предлагаемого и известного способов при проведении процесса охлаждения жидкостей в теплообменном аппарате в лабораторных и промышленных условиях.

На пилотной установке, включающей теплообменный скребковый аппарат, привод, емкость для подачи жидкости, систему трубопроводов и аппаратуру для измерения температуры, расхода жидкости и скорости вращения узла, проводили процесс охлаждения масла МС-20 с помощью теплоносителя (10%-ного водного раствора этиленгликоля), подаваемого в рубашку аппарата.. .. - ;

Для осуществления процесса известным способом скребки на валу устанавливали тремя рядами с помощью штырей так, что расстояние между ними и валом составляло половину ширины зазора между корпусом и валом. ...

Для осуществления процесса предлагаемым способом скребки закрепляли на валу с помощью пружин, обеспечивая плотное прилегание их к валу так, что между ними, валом и теплопередзющей поверхностью образовались замкнутые зоны.

Масло МС-20 подавали в аппарат со скоростью 700 кг/ч, скорость вращения вала изменяли в пределах 5...8,3 . При вращении вала скребки взаимодействуют с теплопередающей поверхностью И соскребают налипшие на нее частицы масла.

При осуществлении процесса известным способом частицы жидкости, снятые скребками со стенки не смешиваются с ядром потока, а проходя под скребком, вновь попадают на стенку.

При проведении процесса заявляемым способом снятые со стенки частицы интен- . сивно перемешиваются с ядром жидкости в каждой замкнутой зоне, что обеспечивает 5 эффективный теплообмен.

В обоих случаях с помощью термопар измеряли температуру жидкости на входе и на выходе из аппарата, температуру стенки, и вычисляли коэффициент теплопередачи.

0 В табл.1 представлены сравнительные данные о значениях коэффициента теплоотдачи при осуществлении процесса известным и предлагаемым способом, которые показывают, что заявляемое изобретение

5 позволит повысить коэффициент теплотда- чи в 2 раза.

Предлагаемый способ был испытан также при проведении процесса в промышленном теплообменном аппарате.

0 Для этого в скребком теплообменнике ТСТ-250 4 ряда скребков были установлены на валу без зазора так, что они делили кольцевое пространство между корпусом и валом на замкнутые зоны, обеспе чивая

5 циркуляцию обрабатываемого материала внутри каждой зоны без перетока под скребками. В аппарате проводили процесс охлаждения смазки БНЗ-3. Результаты

представлены в табл. 2 и 3. В табл.3 приве0 дены данные, полученные при осуществлении процесса известным способом в сопоставимых условиях.

Сравнение табл. 2 и 3 показывает, что при осуществлении процесса предлагав-.

5 мым способом коэффициент теплопередачи увеличивается в 1,3-1.6 раза по сравнению с известным, при этом затраты мощности не только не увеличиваются, но и несколько снижаются.

0 Таким образом, предлагаемый способ, позволяет интенсифицировать процесс перемешивания обрабатываемого материала в теплообменном аппарате и за счет этого значительно улучшить условия теплообмена

5 без усложнения конструкции аппарата и увеличения затрат мощности на перемешивание.

Использование заявляемого способа в промышленности, в частности в производ0 стве пластичных смазок, позволит получить экономический эффект за счет повышения производительности аппарата и снижения затрат на производство смазки.

Область применения: изобретение относится к процессам термической обработки высоковязких жидкостей. Цель изобретения - интенсификация теплообмена в скребковом теплообменном аппарате. Сущность изобретения: способ заключается с соскабливании пристенного слоя материала и перемешивании его с остальной массой в кольцевом пространстве между корпусом и валом, вращательным движением скребков, закрепленных на валу. При этом кольцевое пространство между корпусом и валом делят рядами скребков на замкнутые зоны и обеспечивают циркуляцию обрабатываемого материала внутри каждой зоны, заключенной между скребком, валом и теплопередающей поверхностью. 3 ил., 3 табл.

Формула изобретения Способ очистки рабочей поверхности теплообменного аппарата, включающий удаление пристенного слоя и перемешива55

ние его с рабочей жидкостью в кольцевом пространставе между корпусом и валом вращательным движением скребков, закрепленных на валу, отличающийся тем,

что, с целью улучшения условий эксплуатации за счет интенсификации процесса теплообмена, кольцевое пространство между корпусом и валом делят на замкнутые зоны

и обеспечивают циркуляцию рабочей жидкости внутри каждой зоны, при этом зоны образуют валом, скребками и корпусом,

Таблица

Таблица 2

Та блица 3

Фиг 2

фс/г.З