Виморожуючий опріснювач-концентратор

Виморожуючий опріснювач-концентратор, що містить випарник-кристалізатор у вигляді вертикального кожухотрубного теплообмінника, труби якого оснащені із внутрішньої поверхні гідрофобним покриттям, а із зовнішньої - щілинними розподільниками холодоагенту, колону для росту кристалів, сепараційно-промивну колону, конденсатор C2 2 (19) 1 3 додаткового конденсатора, регенеративного теплообмінника, ресивера і терморегулювальних вентилів (Патент США № 4704877 від 10.11.1987 p.). Недоліком відомого пристрою є також висока вартість виморожування за рахунок великих витрат на теплообмінну поверхню з труб великої довжини, обумовленою невисоким значенням тепловіддачі в трубах випарника-крісталізатору, а також великої витрати розсолу на рециркуляцію в трубчатий випарник-кристалізатор у порівнянні зі звичайними кристалізаторами, постаченими турбінною мішалкою для турбулізації розсолу. Низька ефективність теплообміну характерна і для конденсатора-плавителя відомого пристрою, що також супроводжується підвищеними витратами на теплообмінну поверхню. Додатковим недоліком є значні габарити внаслідок окремого розміщення апаратів, з'єднаних сполучними трубопроводами і постачених насосами. В основу винаходу поставлене завдання зниження вартості виморожування шляхом підвищення ефективності теплообміну при кристалізації льоду за рахунок установки шнекових завихрювачів розсолу на вході труб випарникакристалізатора, а також при плавленні льоду за рахунок складання плавителя-конденсатора із ряду паралельно встановлених спіральних теплообмінників. Зменшення габаритів пристрою досягається компонуванням основних апаратів - випарника-кристалізатора, колони для росту кристалів і сепараційно-промивної колони в один моноблок. Поставлене завдання вирішується тим, що в виморожуючому опріснювачі-концентраторі, що містить випарник-кристалізатор у вигляді вертикального кожухотрубного теплообмінника, труби якого постачені із внутрішньої поверхні гідрофобним покриттям, а із зовнішньої - щілинними розподільниками холодоагенту, колону для росту кристалів, сепараційно-промивну колону, конденсаторплавитель, рекуперативний теплообмінник, насоси, а також холодильну установку, що складається з основного і додаткового компресорів, конденсатора-плавителя і додаткового конденсатора, регенеративного теплообмінника, ресивера і терморегулювальних вентилів, основні апарати пристрою випарник-кристалізатор, колона для росту кристалів і сепараційно-промивна колона скомпоновані в один моноблок таким чином, що сепараційнопромивна колона є продовженням колони росту кристалів льоду, що у свою чергу є продовженням випарника-кристалізатора, розміщеного усередині колони росту і сепарації кристалів льоду і виступаючого поза колоною верхньою частиною, що містить патрубки холодоагенту і води. При цьому на вході труб випарника-кристалізатора встановлені шнекові завихрювачі з кутом закручення, що збільшується по довжині, а плавительконденсатор зібраний з ряду спіральних теплообмінників, установлених паралельно між колекторами входу і виходу холодоагенту. У результаті компонування основних апаратів пристрою - випарника-кристалізатора, колони для росту кристалів і сепараційно-промивної колони в один моноблок скорочуються габаритні розміри пристрою в 2-3 рази, при цьому зменшується кіль 89881 4 кість сполучних трубопроводів і насосів, що знижує вартість пристрою, а також енерговитрати на транспортування льодоводяної суспензії між апаратами. При цьому установка на вході труб випарникакристалізатора шнекових завихрювачів з кутом закручення, що збільшується по довжині, дозволяє зменшити довжину труб за рахунок підвищення ефективності теплообміну в цих трубах шляхом підвищення турбулентності потоку розсолу без істотного збільшення його витрати. При цьому знижуються витрати енергії на рециркуляцію розсолу у випарник-кристалізатор. Складання плавителя-конденсатора з ряду паралельно встановлених спіральних теплообмінників дозволяє підвищити турбулентність потоку холодоагенту в трубах, а також льодоводяної суспензії при плавленні льоду, що підвищує ефективність теплообміну, зменшуючи необхідну поверхню плавителя-конденсатора і відповідно його вартість. На Фіг.1 представлена принципова схема виморожуючого опріснювача-концентратора, а на Фіг.2 представлений поперечний переріз випарника-кристалізатора цієї установки. На Фіг.3 показаний 2-х ступеневий шнековий завихрювач, установлений на вході в труби випарника-кристалізатора, а на Фіг.4 і 5 показані відповідно перша і друга ступені шнекового завихрювача. На Фіг.6 показана принципова схема потоків харчової рідини для пристрою, скомпонованого у вигляді 2-х ступеневого концентратора харчової рідини (холодильна установка для якого не показана). Пристрій містить випарник-кристалізатор 1 у вигляді вертикального кожухотрубного теплообмінника, корпус якого покритий теплоізоляцією 2, а труби 3 постачені із внутрішньої поверхні гідрофобним покриттям для запобігання обмерзання при кристалізації льоду. На вході у випарну порожнину із зовнішньої сторони труб установлені щілинні розподільники 4 холодоагенту, виконані у вигляді соплових насадок навколо труб для формування його плівкової течі, а на вході в порожнину кристалізації льоду усередині труб розміщені шнекові завихрювачі 5 з кутом закручення, що збільшується по довжині за рахунок 2-х ступеневого складання. Випарник-кристалізатор 1 вбудований у колону 6 для росту і сепарації кристалів льоду таким чином, що верхня частина з патрубками холодоагенту і водяного розчину виступає із сепараційнопромивної колони, а нижня частина розташована усередині з утворенням зазору для виводу льодоводяної суспензії в нижню частину колони росту і сепарації кристалів льоду. При цьому нижня частина колони 6 постачена нижньою дренажною сіткою 7 для виводу більшої частини розсолу на рециркуляцію у випарник-кристалізатор 1 і турбінною мішалкою 8 для запобігання забивання дренажної сітки льодом і турбулізації льодоводяної суспензії в колоні 6. У середній частині колони розміщена верхня дренажна сітка 9 для виводу розсолу з пристрою. Плавитель-конденсатор, розміщений у 5 кільцевому просторі верхньої частини колони, зібраний із спіральних теплообмінників 10, установлених паралельно між кільцевими колекторами входу пароподібного холодоагенту 11 і виходу рідкого холодоагенту 12. Пристрій містить також насос 13 для введення соленої води через рекуперативний теплообмінник 14 у випарник-кристалізатор 1, а також насос 15 для рециркуляції розсолу. Для настроювання роботи пристрою використовуються регулюючий вентиль 16 на лінії виводу розсолу з нижньої частини колони, регулюючий вентиль 17 на лінії виводу розсолу з середньої частини колони і регулюючий вентиль 18 на лінії виводу прісної води з верхньої частини колони. Холодильна установка пристрою містить основний компресор 19, додатковий компресор 20, конденсатор-плавитель 10 і додатковий конденсатор 21, рекуперативний теплообмінник 22, ресивер 23, терморегулювальні вентилі 24 і 25, а також фільтр 26. Пристрій працює таким чином. Вихідна солона вода насосом 13 направляється в рекуперативний теплообмінник 14 для попереднього охолодження за рахунок нагрівання розсолу і прісної води, що виходять із пристрою. Охолоджена солена вода змішується з розсолом рециркуляції з нижньої частини колони 6 за допомогою насоса 15, і подається в труби 3 випарникакристалізатора 1, постачені шнековими завихрювачами 5. У результаті закручення потоку в трубах організується висока турбулентність руху розсолу, що забезпечує високий коефіцієнт тепловіддачі від поверхні труби до розсолу. Завдяки наявності на внутрішній поверхні труб гідрофобного покриття, а також підтримки невисокого значення температурного напору між поверхнею труби і охолоджуваним розсолом (у межах 3°С) лід кристалізується в обсязі турбулентного потоку, що дозволяє уникнути використання скребкових ножів для зняття льоду з поверхні. Одночасно холодоагент вводиться через розподільник 4 для циркуляції по зовнішній поверхні труб у вигляді плівки, що випаровується під впливом теплоти кристалізації льоду в трубах. У міру просування турбулентного потоку льодоводяної суспензії в трубах випарника-кристалізатора кількість і розмір кристалів льоду збільшуються. На виході з випарника-кристалізатора льодоводяна суспензія попадає в нижню частину колони росту і сепарації кристалів льоду, звідки більша частина розсолу виходить через дренажну сітку 7 і регулюючий вентиль 16 на рециркуляцію у випарниккристалізатор 1 за допомогою насоса 15. Менша частина розсолу разом з кристалами льоду за допомогою турбінної мішалки 8 направляється в колону 6 для росту і сепарації кристалів льоду від розсолу. При цьому турбінна мішалка 8 звільняє дренажну сітку 7 від льоду, запобігаючи її забиванню. В колоні росту кристалів льоду 6, постаченою теплоізоляцією 2, кристали льоду ростуть внаслідок застосування холоду льодоводяної суспензії, яка була переохолоджена у трубах випарникакристалізатора. 89881 6 Час перебування переохолодженої льодоводяної суспензії в колоні росту кристалів льоду становить 10-20хв., що достатньо для вирощування кристалів льоду розміром до 100мкм, що досить для ефективної сепарації і промивання кристалів від розсолу. При наближенні льодоводяної суспензії до дренажної сітки 9, розташованої у середній частині колони, суспензія ущільнюється за рахунок виводу розсолу з пристрою через регулюючий вентиль 17 і регенеративний теплообмінник 14. Вище дренажної сітки 9 льодоводяна суспензія формується у пористий льодовий поршень, що промивається назустріч потоком прісної води. Лід, промитий від розсолу, надходить у порожнину плавителяконденсатора, що перебуває у верхній частині колони, де плавиться з одержанням прісної води. Більша частина прісної води виводиться через регулюючий вентиль 18 і рекуперативний теплообмінник 14 споживачеві, а менша частина (5-10%) рухається зворотним потоком через пористий льодовий поршень як промивна вода. Одночасно з цим холодоагент, що випаровується під впливом теплоти кристалізації льоду в трубах 3, відкачується у вигляді пари через регенеративний теплообмінник 22 основним компресором 19 у колектор входу 11 конденсатораплавителя, зібраного із спіральних теплообмінників 10. Сконденсований холодоагент виводиться через колектор виходу 12 у ресивер 23, де змішується із холодоагентом, сконденсованим у додатковому конденсаторі 21, куди частина пари холодоагенту, не сконденсованого у плавителіконденсаторі, направляється додатковим компресором 20. З ресивера 23 рідкий холодоагент направляється через фільтр 26, терморегулювальний вентиль 24 і щілинні розподільники холодоагенту 4 у порожнину випару випарникакристалізатора 1, де холодоагент розтікається по зовнішній поверхні труб 3 для відводу теплоти кристалізації льоду у цих трубах. Компонування основних апаратів пристрою випарника-кристалізатора, колони росту кристалів льоду і сепараційно-промивної колони у вигляді моноблока скорочує габарити пристрою приблизно у 2-3 рази, а також зменшує втрати холоду від випарника-кристалізатора в навколишнє середовище, що знижує вартість виморожування. Зниження вартості виморожування здійснюється також за рахунок підвищення коефіцієнта тепловіддачі при кристалізації льоду в трубах випарника-кристалізатора при турбулізації потоку розсолу шнековими завихрювачами з кутом закручення, що збільшується по довжині, установленими на вході води в труби. При цьому знижується витрата розсолу рециркуляції в 2-3 рази, що відповідно зменшує енерговитрати на привод насоса рециркуляції. Застосування спіральних теплообмінників у якості теплообмінної поверхні плавителяконденсатора підвищує коефіцієнт тепловіддачі при конденсації хладона, що циркулює у змієвикових трубах спірального теплообмінника, а також підвищує ефективність теплообміну при плавленні 7 льоду зовні таких труб, що також зменшує необхідну поверхню теплопередачі. Пропонований пристрій опріснювачаконцентратора, виконаний у вигляді моноблока легко використовувати для компонування 2-х або 89881 8 3-х ступеневого виморожуючого концентратора (Фіг.6), призначеного для концентрування харчових рідин, наприклад соку, молока, кави та інших продуктів. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 89881 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601