многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник для тепловой обработки пищевых жидкостей

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.