Трубчасті теплообмінники

У харчовій промисловості серед поверхневих рекуперативних теплообмінників найпоширеніші трубчасті, серед них кожухотрубні.

Кожухотрубні теплообмінники призначені для нагрівання грузлих і рідких середовищ (паста, фруктове пюре, сусло, фруктові й овочеві соки)

Рис. 7.2. Одноходовий кожухотрубний апарат 1 - кожух; 2 - трубки; 3 - трубні ґрати; 4 - патрубок виходу продукту; 5 -кришка; 6, 11 - продуктові камери; 7 - патрубок підведення пари, що гріє; 8 - опори; 9 - патрубок для підведення продукту; 10 - днище; 12 - фланець; 13 - прокладки; 14 - патрубок для видалення конденсату.

На мал. 7.2 наведена схема вертикального одноходового кожухотрубного апарата жорсткої конструкції. У кожусі 1 розміщені двоє трубних ґрат 3 і нагрівальні трубки 2, кінці яких розвальцьовані в отворах ґрат. Для підведення й видалення продукту апарат має патрубки 9 і 4. пара, Що Гріє, підводить через патрубок 7, а конденсат віддаляється через патрубок 14. Для установки апарата служать опорні лабети 8.

Трубні ґрати або приварюються до кожуха, або зажимаются фланцями 12 із прокладками 13. Кожух і трубки жорстко зв'язані між собою трубними ґратами. У зв'язку з подовженням трубок при високих температурах такі апарати використаються при порівняно невеликих різниць температур між трубками й корпусом (не більше 40? С).

Міжтрубний простір складно очистити. Тому туди подається той теплоносій, що менш забруднює поверхня теплообміну. Внутрішня поверхня труб легко очищається спеціальними пристосуваннями.

Недолік кожухотрубних апаратів - низькі коефіцієнти теплопередачі внаслідок малої швидкості руху теплоносія.

Поліпшення роботи кожухотрубних теплообмінників досягається шляхом угруповання трубок в окремі пучки (ходи). Для цього в розподільних коробках улаштовують перегородки.

У такому багатоходовому теплообміннику робоча рідина проходить через трубний простір, перетікаючи послідовно через всі пучки трубок. При цьому швидкість рідини зростає, і коефіцієнт теплопередачі збільшується.

Перегородки в розподільних коробах роблять по хордах радіально або концентрично.

Для збільшення швидкості переміщення рідини в міжтрубному просторі влаштовують поздовжні або поперечні перегородки. Із двох теплоносіїв, що рухаються в трубах і міжтрубному просторі, у першу чергу треба збільшувати швидкість руху того носія, у якого вище термічний опір.

Для запобігання перегріву й підгоряння продукту застосовують кожухотрубні підігрівники, що працюють під вакуумом.

На рис 7.3 показана схема четырехходового кожухотрубного апарата. Його кришка розділена перегордками, що утворять три продуктові камери І, ІІ, ІІІ. Днище має дві продуктові камери - А и Б. З верхньої камери І продукт опускається в камеру А, звідки піднімається по трубках у камеру ІІ. Потім він послідовно проходить камери Б и ІІІ й виходить із апарата.

Таким чином, продукт, проходячи послідовно пучки трубок, робить чотири ходи: два - униз і два - нагору. Такі апарати називають многоходовыми по трубному просторі. Звичайно вони виготовляються із числом ходів від 2 до 12.

В апарату на мал.7.4, крім кришки, перегородками розділений міжтрубний простір. Теплоносій ІІ, омиваючий зовнішню поверхню трубок, проходить їх послідовно. По трубному просторі для теплоносія Й цей апарат є двоходовим, а по міжтрубномуі для теплоносія ІІ – п’ятиходовим.

Рис.7.3 Багатоходовий апарат по трубному просторі.

Рис.7.4. Багатоходовий апарат по трубному й міжтрубному просторі.

Способи кріплення трубок до трубних ґрат. З'єднання трубок із трубними ґратами повинне бути щільним і міцним. Воно здійснюється різними способами: розвальцьовуванням, припаюванням, зварюванням, або чепцевим кріпленням (мал.7.5.).

Рис. 7.5 Кріплення труб у трубних ґратах а, б, в, м - розвальцьовування: цилиндрическия, з канавками, конусна, з отбортовкой; д - припаювання; е - зварювання; ж - чепцеве кріплення.

При розвальцьовуванні кінці трубок уставляються в отвори ґрат, після чого роликами вальцювання кінці трубок обкатують по внутрішній поверхні. При цьому в стінках трубки створюються залишкові пластичні, а в трубних ґратах - пружні деформації, завдяки яким матеріал трубних ґрат після розвальцьовування щільно стискає кінці трубок. Для більшої міцності з'єднання застосовують розвальцьовування на конус або з канавками в отворах трубних ґрат.

Зварювання сталевих трубок забезпечує високу міцність з'єднання. Однак заміна зношеної трубки неможлива.

Припаювання трубок застосовується в охолодних апаратах, виготовлених з міді й латуні.

Чепцеве кріплення трубок також служить компенсатором температурних подовжень, Недоліки - складність виготовлення, збільшується відстань між трубками, що збільшує діаметр апарата.

Конструкція апаратів нежорсткої конструкції передбачає можливість компенсації різниці температурних подовжень трубок і корпуса.

Рис.7.6. Апарат з U-образними трубками 1- кожух 2- перегородка 3- U-образні трубки 4- патрубок для підведення пари, що гріє 5- трубні ґрати 6- патрубок для підведення й відводу продукту 7- продуктова камера 8- патрубок для відводу конденсату

  Рис. 7.8. Компенсатори температурних деформацій: а - лінза, зварена із двох штампованих частин; б - кільце, приварене до відбортованих частин кожуха; в - тор із щілиною, приварений до кожуха; г - кільцевий мембранний компенсатор; д - багатохвильовий компенсатор («гармошка»).

Рис.7.7. Теплообмінний апарат напівтвердої конструкції: 1- лінза, 2- корпус.

Прикладом такого апарата може бути апарат з U-образними трубками. У ньому є тільки одні трубні ґрати, що знижує масу. Трубні ґрати із трубками легко виймаються - це полегшує очищення зовнішніх поверхонь трубок. Недолік - складність очищення внутрішніх поверхонь трубок, складність виготовлення U-образних трубок і їхній монтаж.

Апарати напівтвердої конструкції (мал. 7.7) мають спеціальні компенсатори температурних деформацій у вигляді кільцевих хвиль – лінз 1 на корпусі 2 або інших пристосувань (мал. 7.8).

Лінзи виготовляють штампуванням або з кільцевого тора із щілиною, розрізаного й звареного за формою хвилі, або у вигляді кільцевої пластини із привареними до неї відбортованими частинами корпуса. Одна лінза забезпечує невеликі компенсації температурних деформацій (4 - 5мм).

Широке поширення одержали в харчовій промисловості елементні або секційні трубчасті теплообмінники, які складаються з послідовно з'єднаних секцій. Кожна секція виготовлена у вигляді кожухотрубного апарата з малим числом нагрівальних трубок (мал.7.9 а). Ці апарати працюють за найбільше вигідною схемою противотоку. Вони ефективні, якщо обидва теплоносії рухаються із близькими швидкостями без зміни агрегатного стану. Їх застосовують, якщо теплоносії перебувають під високим тиском.

А	б
Рис.7.9 Секційні апарати. 1 - корпус; 2 - лінзовий компенсатор; 3 - труби. Патрубки: 4 - уведення теплоносія в між трубний простір; 5 - відводу теплоносія із труб; 6, 7 - пропускні; 8 - уведення теплоносія в труби; 9 - відводу теплоносія з міжтрубного простору.

Велике застосування на підприємствах харчової промисловості мають апарати типу "труба в трубі" (мал.7.9 б). Вони складаються з послідовно з'єднаних секцій; кожна секція являє собою дві співвісних труби різних діаметрів. Ці теплообмінники придатні для високих тисків теплоносіїв, прості у виготовленні й монтажі. Завдяки більшим швидкостям рідин мають високі коефіцієнти теплопередачі. Недолік - висока витрата металу й труднощі очищення міжтрубного простору.

Дата добавления: 2015-07-11