Спосіб очищення робочої поверхні теплообмінного апарату

Способ очистки рабочей поверхности теплообменного аппарата, включающий удаление пристенного слоя и перемешивание его с рабочей жидкостью в кольцевом пространстве между корпусом и валом вращательным движением скребков, закрепленных на валу, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что 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. С 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 теплоообменном аппарате налипают на его стенки, что приводит к увеличению термического сопротивления и, следовательно к ухудшению теплопередачи. Для устранения этого негативного фактора разработаны способы очистки теплолередающей поверхности. Широко известны способы очистки рабочей поверхности и перемешивания высоковязких жидкостей в цилиндрических скребковых теплообмениых аппаратах, в которых осуществляют соскребание пристенного слоя с помощью скребков, закрепленных непосредственно на вращающемся 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, соскребают пристенный слой материала, обеспечивая очищение 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, О 13356 что снижает коэффициент теплопередачи, т.е известными позволяют создать новый способ очистки рабочей поверхности теплообэффективность процесса обработки Наиболее близок по достигаемому эф- менного аппарата, использование которого фекту к предлагаемому решению способ в конструкции аппарата обеспечивает знаочистки рабочей поверхности и перемеши- 5 чительную интенсификацию процесса тепвания материала в аппарате для обработки лообмена (коэффициент теплоотдачи высоковязких жидкостей, в котором размеры увеличивается в 1,3—1,6 раза без увеличения кольцевого пространства между корпусом и затрат мощности) и тем самым улучшает усвалом, благодаря эксцентричному ловия его эксплуатации. На фиг.1, 2 Схематически изображен расположению вала, при вращении ротора 10 изменяются в радиальном направлении. Эф- теплообменный аппарат в поперечном разфективная очистка поверхности произво- резе, причем на фиг.1 показано взаимное дится при вращении скребков, расположение основных деталей (корпус, располагаемых вдоль длины и по окружности вал, скребки) и перемещение обрабатываевала так, чтобы обработать всю {без про- 15 мой жидкости при проведении процесса изпусков) цилиндрическую стенку аппарата. вестным способом, на фиг.2 - то же, при Наиболее эффективно при этом расположение проведении процесса предлагаемым способом; на фиг.З в продольном сечении показан скребков в шахматном порядке. вариант закрепления скребка на валу при В известном способе предусматривается прохождение материала между скребками и 20 осуществлении процесса предлагаемым способом. валом в направлении, противоположном враПример. При осуществлении процесса щению ротора, причем интенсификация процесса перемешивания обеспечивается, по очистки рабочей поверхности и перемешивания в теплообменном аппарате предлагамнению авторов известного решения, благодаря как бы пульсациям обрабатывав1- 25 ем ым способом (фиг.2) кольцевое мого материала при переходе попеременно из пространство между корпусом аппарата и валом делят рядами скребков на 4 замкнуболее широкой в узкую и наоборот части тые зоны {на чертеже обозначены цифрами кольцевого пространства и пульсирующим изменением обратного перетока жидкости под 1,2, 3 и 4) которые образуют валом, скребкаскребками, создаваемым меняющимся 30 при ми и корпусом. Для этого, как показано на фиг.З, могут вращении расстоянием между скребком и быть использованы, например плотно привалом. В известном способе достигается ин- мыкающие друг к другу скребки, выполнентенсификация процесса перемешивания, а ные сплошными, и установленные на валу следовательно, и теплообмена, однако, как 35 без зазора, Направление вращения вала и показывают приведенные в патенте данные, скребков показано на чертеже фиг.2 стрелудается повысить коэффициент теплопередачи кой, а движение обрабатываемого материавсего на 20-25% при усложнении конструкции ла в зонах - линии тока - показаны тонкими линиями со стрелками. аппарата. Задачей заявляемого изобретения явля- 40 Скребки полностью перекрывают зазор ется создание способа очистки рабочей по между стенкой корпуса и валом, не допуская верхности теплообменного аппарата, перетока жидкости в направлении, противопозволяющего улучшить условия эксплуата положном вращению скребка, из зоны пеции аппарата за счет интенсификации про ред скребком в зону за скребком (из цесса теплообмена. 45 четвертой зоны в третью, из третьей во втоПоставленная задача решена предлага- рую и т.д.), т.е. каждая зона замкнута и внутемым способом очистки рабочей поверхности ри нее не обеспечена циркуляция теплообменного аппарата, включающим обрабатываемой жидкости в замкнутом проудаление пристенного слоя и перемешивание странстве, образованном корпусом, валом и его с рабочей жидкостью в кольцевом 50 скребками. При таком характере течения пространстве между корпусом и валом вра- жидкости, изображенном на чертеже фиг.2 щательным движением скребков, закреп- линиями тока, пристенные слои, снятые ленных на валу и отличающимся тем, что скребкзми со стенок корпуса, интенсивно кольцевое пространство между корпусом и перемешиваются с ядром потока, благодаря валом делят на замкнутые зоны и обеспечи- 55 чему создаются высокие градиенты скоровают циркуляцию рабочей жидкости внутри сти и температуры и обеспечивается интенкаждой зоны, при этом зоны образуют валом, сификация процесса теплообмена. скребками и корпусом. Для подтверждения достигаемого полоНиже (табл.1, 2, 3) наглядно показано, что жительного эффекта, в описании к заявке приведены сравнительные испытания предотличительные признаки в сочетании с 13356 лагаемого и известного способов при проведении процесса охлаждения жидкостей в теплообменном аппарате в лабораторных и промышленных условиях. На пилотной установке, включающей 5 теплообменный скребковый аппарат, привод, емкость для подачи жидкости, систему трубопроводов и аппаратуру для измерения температуры, расхода жидкости и скорости вращения вала, проводили процессы охлаж- 10 дения масла МС-20 с помощью теплоносителя (10% водного раствора этиленгликоля), подаваемого в рубашку аппарата. Для осуществления процесса известным способом скребки на валу устанавлива- 15 ли 3мя рядами с помощью штырей так. что расстояние между ними и валом составляло полонину ширины зазора между корпусом и валом. Для осуществления процесса предлага- 20 емым способом скребки закрепляли на валу с помощью пружины, обеспечивая плотное прилегание их к валу так , что между ними , валом и теплопередающей поверхностью образовывались замкнутые зоны. 25 Масло МС-20 подавали в аппарат со скоростью 700 кг/ч, скорость вращения вала изменяли в пределах 5...8,3 с"1. При вращении вала скребки взаимодействуют с тепло передающей поверхностью и соскребают 30 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 35 попадают на стенку. При проведении процесса заявляемым способом снятые со стенки частицы интенсивного перемешиваются с ядром жидкости в каждой замкнутой зоне, что обеспечивает 40 эффективный теплообмен. В обоих случаях с помощью термопар измеряли температуру жидкости на входе и на выходе из аппарата, температуру стенки, и вычисляли коэффициент теплопередачи. В табл.1 представлены сравнительные данные о значениях коэффициента теплоотдачи при осуществлении процесса известным и предлагаемым способом, которые показывают, что заявляемое изобретение позволит повысить коэффициент теплооотдачи в 2 раза. Предлагаемый способ был испытан также при проведении процесса в промышленном теплообменном аппарате. Для этого в скребковом 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, обеспечивая циркуляцию обрабатываемого материала внутри каждой зоны без перетока под скребками. В аппарате проводили процесс охлаждения смазки БНЗ3. Результаты представлены в табл.2 и 3 и в прилагаемом протоколе испытаний. В табл.3 приведены данные, полученные при осуществлении процесса известным способом в сопоставимых условиях. Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс перемешивания обрабатываемого материала в теплообменном аппарате и за счет этого значительно улучшить условия теплообмена без усложнения конструкции аппарата и увеличения затрат мощности на перемешивание. Использование заявляемого способа в промышленности, в частности в производстве пластичных смазок, позволит получить экономический эффект за счет повышения производительности аппарата и снижения затрат на производство смазки. Таблица 1 Скорость вращения вала, с Средняя Температу температура ра стенки, рабочей °С жидкости, °С 5 30 15 6.7 30 15 5 50 6,7 8,3 Известный способ Заявляемый способ тепловая коэффицитепловая коэффицинагрузка ап- ент теплоот- нагрузка ап- ент теплоотпарата, кВт дачи, Вт/м2К парта, кВт дачи, Вт/м2К 237 1,4 464 ' 1.18 326 1,5 421 30 2,1 372 3,8 1013 50 30 2,4 550 4,9 1491 50 30 2.6 592 5,4 1549 0,86 13356 Таблица 2 Расход ВХОД выход Перепад Тепловая Коэффици Мощность, температу нагрузка, ент тепло потребляе ры. °С смазки, кг/ч Температура, °С кВт передачи, Вт/м2К мая эл. двигателем, кВт 2500 176 138 38 68,4 360 2700 179 145 34 66.3 335 3150 159 131 28 63.7 369 3200 165 138 27 63.5 348 7,6 4-7,8 Таблица 3 Расход Температура, °С вход выход Тепловая Коэффици Мощность, температу нагрузка, ент тепло потребляе ры, °С смазки, кг/ч Перепад кВт передачи, мая эл дви 2 Вт/м К гателем, кВт 6,7 +7,2 2400 176 123 53 91,4 512 2500 176 121 55 99,0 560 2860 179 134 45 92.9 494 3230 164 122 42 98,0 575 13356 Корпис Скреб Фиг.2 13356 Скре&с Фиг. З Упорядник Замовлення 4111 Техред М.Моргентал Коректор А Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655. ГСП. Київ-53. Львівська пл 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул Гагаріна 101