Теплообмінник, зокрема, для попереднього нагріву гноївки

1 Теплообмінник, призначений для нагрівання холодної текучої і пінистої речовини, що містить тверді частки і гази, наприклад, гноївки, з використанням гарячої рідини, який відрізняється тим, що він містить ряд послідовно встановлених найпростіших проміжних підігрівачів, що містять горизонтальну трубу з теплопровідною стінкою, в якій від одного кінця до іншого циркулює речовина, і концентричний трубчастий кожух, що оточує трубу, в якому примусово від одного кінця до іншого циркулює гаряча рідина в напрямі, протилежному напряму циркулювання речовини, а всередині труби коаксіально встановлений вал, що обертається, на якому встановлена гелікоїдальна щітка, що утворює шнек, яка при циркулюванні стикається з внутрішньою стінкою труби, забезпечуючи переміщення речовини в трубі О і ю C O (О ю 56357 завдяки теплообміннику вищезазначеного типу, пристосованому для нагрівання напіврідкої пінистої речовини, що містить тверді частки і гази, такої як гноївка, при цьому такий теплообмінник має просту конструкцію з точки зору технічної реалізації, має помірну собівартість, є простим в обслуговуванні і працює в оптимальному режимі для забезпечення надійності, рентабельності і ефективності Ці задачі вирішуються за рахунок того, що теплообмінник ВІДПОВІДНО до даного винаходу містить ряд найпростіших проміжних підігрівачів, встановлених послідовно, що складаються з горизонтальної труби з теплопровідною стінкою, в якій від одного кінця до іншого циркулює речовина, і з В установці, що є об'єктом даної патентної затрубчастого концентричного кожуха, що оточує явки, речовину, що обробляється, наносять у витрубу, в якому циркулює гаряча рідина від одного гляді тонкого однорідного шару на верхню сторону кінця кожуха до іншого і в напрямі, зворотному теплообмінної стінки, яку нагрівають до темперанапряму рушення речовини, і за рахунок того, що тури, достатньої для швидкого випаровування левсередині труби коаксіальне встановлено вал, що тючих компонентів, що містяться в речовині, зокобертається з гелікоїдальною щіткою, що утворює рема, води, тверді і сухі залишки по мірі їх профіль шнека, дотичною з внутрішньою стінкою формування на цій стороні видаляють шляхом труби і що забезпечує рушення в ній речовини скреблення, теплообмінну стінку нагрівають за допомогою пари, що отримується при випаровуКрім того, ВІДПОВІДНО до певних додаткових ванні, при цьому дану пару піддають механічній ВІДМІННИХ ознак, якими не обмежується винахід компреси, потім приводять в контакт з нижньою найпростіші проміжні підігрівачі розташовані стороною стінки, де вона конденсується, потім практично в одній і тій же вертикальній площині дистилят видаляють один над одним, при цьому речовина рухається зверху вниз, тобто від верхнього найпростішого Такий спосіб витягання є дуже економічним, проміжного підігрівача до нижнього, оскільки енергію, що вивільняється при конденсації використовують з іншого боку теплообмінної найпростішому проміжному підігрівачу ряду, в стінки для випаровування той час як гаряча рідина рухається в протилежному напрямі знизу вгору, Для підвищення термічного коефіцієнта корисної дії способу доцільно заздалегідь нагрівати рена вихідному КІНЦІ труби виконаний газовипусчовину, що обробляється, в цьому випадку гноївку, кний патрубок, перед тим, як подавати и у випарник, причому за вал, що обертається встановлений всередині допомогою гарячого дистиляту, що отримується з труби плаваючим, при цьому його центрування випарника відбувається автоматично за рахунок того, що гелікоїдальна щітка спирається на внутрішню стінДаний винахід покликано вирішити цю задачу, ку труби, при цьому теплообмінник призначений для забезпечення попереднього нагріву гноївки, яку необвал приводиться у обертання через з'єднувахідно зневоднити шляхом випаровування, а як льний вузол, який дозволяє йому до певної міри рідина, що використовується для попереднього відхилятися в радіальному напрямі, нагріву, використовують дистилят, що отримується між трубою і кожухом встановлена гелікоїдапри депдратаційній обробці льна прокладка з можливістю спрямовувати і рухати гарячу рідину у вигляді гелікоїдального потоПри розробці такого теплообмінника виникли ку, труднощі, пов'язані з особливою природою гноївки Гноївка являє собою рідку і напіврідку речовипрокладка виконана у вигляді труби, що накану, що має консистенцію бруду і що містить тверді чується, із синтетичного каучуку, частки і гази, а також що є дуже пінистою У цьому всі гелікоїдальні щітки мають спрямований в випадку мають справу з абсолютно різнорідною одну сторону хід, а сусідні вали обертаються в середою, що містить важкі компоненти, що відрізпротилежних напрямах, няються швидким випаданням в осадок, а також на кожному валу встановлена ведуча шестерлегкі компоненти, що є плавучими, дана речовина ня, всі вали приводяться в обертання двигуном є джерелом виділення великої КІЛЬКОСТІ газу під через ланцюг, заведений на всі шестерні час нагрівання, при цьому об'єм газу, що виділяУ можливому варіанті застосування даного ється, в основному вуглекислого газу(СО2), в 2 -10 винаходу даний теплообмінник призначений для раз перевищує об'єм гноївки, при цьому також відпопереднього нагрівання гноївки, яка згодом депбувається активне утворення піни, і все це відбудратується шляхом випаровування, при цьому вається в дуже агресивному середовищі гаряча рідина являє собою дистилят, що отримується при депдратаційній обробці Випробування, зроблені спочатку і із застосуванням класичних теплообмінників, не дали задоІнші ВІДМІТНІ ознаки і переваги даного винаховільних результатів, оскільки вони швидко виходиду будуть зрозумілими при розгляданні опису і ли з ладу, зокрема, через засмічення прикладених до нього креслень, на яких показаний трубопроводів як необмежувальний приклад переважний варіант виконання Даний винахід покликано усунути ці труднощі необхідності можна посилатися Відома установка містить теплообмінник, до якого по каналу подається суспензія, проходить через нього, і потім гаряча суспензія по другому каналу подається до машини для обробки В цьому документі теплообмінник показано схематично, це може бути будьякий відомий теплообмінник Однак, оскільки нагрівання пінистих речовин, таких як гноївка, викликає багато проблем, як пояснено в описі даної заявки, заявлений винахід стосується теплообмінника, який має спеціальні характеристики, особливо, гелікоїдальну щітку, яка утворює винтову різьбу Архімеда, яка не розкрита в WO93/16005 56357 Фіг 1 - загальне схематичне зображення установки для дегідратації гноївки, що містить теплообмінник ВІДПОВІДНО до даного винаходу Фіг 2 - схематичне часткове зображення у вертикальному розрізі теплообмінника ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу Фіг 3 - схематичне зображення в перспективі з розривами найпростішого проміжного підігрівача, що є складовою частиною теплообмінника Фіг 4 - схематичний вигляд збоку теплообмінника, при цьому дане зображення служить ілюстрацією способу приведення в рушення гелікоїдальних щіток, що є складовою частиною теплообмінника Показана на фіг 1 установка для дегідратації речовини, що містить воду, такої як гноївка, містить теплообмінник ВІДПОВІДНО до даного винаходу, позначеному Е на фігурі і показаний схематично в заштрихованому вигляді Цей теплообмінник призначений для нагрівання текучої речовини, в цьому випадку гноївки від свиней, що поступає з накопичувача 10, розташованого, наприклад, на свинарській фермі Трубопроводи, показані на фігурі суцільною ЛІНІЄЮ і позначені ВІДПОВІДНО Н І І2, ЯВЛЯЮТЬ собою ВІДПОВІДНО трубопроводи для подачі холодної гноївки в теплообмінник Е і для відведення нагрітої гноївки з теплообмінника до депдратаційного апарата 18 Трубопроводи подачі гарячого дистиляту від депдратаційного апарату 18 до теплообмінника і відведення охолодженого дистиляту в резервуар 100 показані на фігурі тонкою ЛІНІЄЮ І позначені ВІДПОВІДНО^ І J2 РІЗНІ трубопроводи для відведення і подачі газів до очисного апарату 19 показані пунктирною ЛІНІЄЮ k На трубопроводі н подачі гноївки посилальний позиціями 11 і 11' показані насоси, що забезпечують транспортування рідини по трубопроводу, а позиціями 12 і 13 - ВІДПОВІДНО бак для подрібнення і бак для перемішування Ці пристрої призначені для придания однорідності і розрідження гноївки, наскільки це можливо, щоб створити сприятливі умови для її циркуляції всередині теплообмінника Для поліпшення розрідження в баки 12 і 13 можуть вноситися ВІДПОВІДНІ добавки Бак для роздрібнення 12 в переважному варіанті обладнаний сіткою для затримання і відведення деяких твердих речовин, зокрема, щетини, які потім попадають в пристрій 120 Таким чином через трубопровід и в теплообмінник Е подається відносно однорідна гноївка Для зведення, ця гноївка перебуває при температурі приблизно 10°С ВІДПОВІДНО ДО ВІДМІТНОЇ ознаки теперішнього часу винаходу теплообмінник Е складається з декількох найпростіших проміжних підігрівачів, встановлених послідовно і представляють собою трубопроводи для транспортування гноївки, ці трубопроводи 1 встановлені горизонтально один над іншим практично в одній вертикальній площині Внаслідок цього теплообмінник Е має загальний вигляд вертикальної стінки Холодну гноївку подають у верхній найпрості ший проміжний підігрівам блоку, вона послідовно перетікає в найпростіші проміжні підігрівачі, розташовані нижче, як в змійовику, і виходить через нижній найпростіший проміжний підігрівам Отже, в двох сусідніх найпростіших проміжних підігрівачах гноївка циркулює в протилежних напрямах На фіг 1 позицією 1а показані найпростіші проміжні підігрівачі, в яких гноївка переміщається зліва направо, а позицією 1Ь - найпростіші проміжні підігрівачі, в яких гноївка переміщається праворуч наліво Доходячи до випускного кінця найпростішого проміжного підігрівача 1, гноївка під дією власної ваги перетікає у впускний кінець наступного найпростішого проміжного підігрівача Як буде розглянуто більш детальніше нижче, при переміщенні в теплообміннику Е гноївка поступово нагрівається від дистиляту, що отримується при обробці випаровуванням і циркулюючого в теплообміннику в напрямі, протилежному переміщенню гноївки, передаючи їй при цьому частину своїх калорій Нагріта гноївка виходить через основу теплообмінника і подається до депдратаційного апарату 18 по трубопроводу І2, на якому встановлені послідовно редукційний пристрій 14, резервуар для видалення газів 15, резервуар для знепінення 16 і перехідний насос 17 Наявність насоса 11' на вході теплообмінника Е і редукційного пристрою 14 на його виході сприяють підйому під тиском гноївки в теплообмінник і скороченню об'єму пухирців, що утворюються і піни, збільшуючи тим самим коефіцієнт теплопередачі Резервуари 15 і 16 призначені підтримувати гарячу гноївку в збовтаному вигляді протягом багатьох годин, щоб уповільнити утворення піни і сприяти максимальному видаленню газів з гноївки, зокрема, аміачного газу, в переважному варіанті в резервуари можна вносити добавки для більш швидкого зменшення піни і видалення газів З резервуарів 15 і 16 гази відводяться по трубопроводах кз і ВІДПОВІДНО к4 до пристрою для обробки 19 Депдратаційний апарат 18, який може бути апаратом, описаним, наприклад, у вищезазначеному документі WO-93/16005, забезпечує обробку гарячої гноївки, що поступає по трубопроводу І2, і виробляє суху пилоподібну речовину, що поступає в рекуператор 180 Цей пристрій виробляє також гарячий дистилят(рідина), температура якого досягає, наприклад, 100°С і який подається по трубопроводу ji в теплообмінник Е Нарешті, депдратаційний апарат 18 виділяє ШКІДЛИВІ гази, які відводяться через трубопровід ks до очищувача 19 Як вже відзначалося, гарячий дистилят поступає до основи теплообмінника Е, як буде пояснено нижче, зокрема, з посиланням на фіг 2 і 3, в теплообміннику дистилят циркулює в напрямі, протилежному рушенню гноївки, він проходить послідовно через ряд найпростіших проміжних нагрівачів 1а і 1Ь знизу вгору Охолоджений дистилят виходить з теплообмінника через трубопровід j2 до накопичувального резервуара 100 56357 8 Крім того, потрібно зазначити, що на випускменшим внутрішнього діаметра труби 2, всередині ному кшці(у напрямі переміщення гноївки) кожного якої він встановлений найпростішого трубопроводу 1 а, 1 b гази, що утвоНа цій трубі гелікоїдально намотана щітка 40, рюються в даному найпростішому проміжному волосся або щетина якої виконані з синтетичного підігрівачі з пухирців, присутніх в гнойовій рідині, матеріалу, що протистоїть впливу гноївки, напривловлюються і відводяться через трубопровід кі і, клад, з поліамідних волокон діаметром порядку ВІДПОВІДНО, кг до очищувача 19 0,4мм, розташованих радіально, при цьому сукупність волокон намотана гелікоїдально на трубчасПісля обробки шкідливих газів і пар, обчищені тий вал, наприклад, з кроком намотування 155мм гази можуть бути випущені в атмосферу через трубопровід 1 Для зведення, внутрішній діаметр труби 2 становить приблизно 200мм, а ЗОВНІШНІЙ діаметр труДалі з посиланнями на фігури 2 - 4 слідує опис бчастого вала - приблизно 170мм, при цьому радіконструкції і роботи теплообмінника Е альний зазор, що займається гелікоїдальною КІЛЬКІСТЬ найпростіших проміжних підігрівачів, щіткою, становить приблизно 15мм що утворюють даний теплообмінник, становить, наприклад, шість На фіг 2 показані тільки два Також для зведення, труба 2 має довжину, нанайпростіші проміжних підігрівача, встановлені приклад, 6м один над одним Напрям намотування щітки 40 на валу визначається, зрозуміло, напрямом його обертання, при Кожний найпростіший проміжний підігрівам 1 в цьому вона виконує роль шнека і здатна переміосновному складається з циліндричної труби 2, щувати речовину від вхідного кінця до вихідного всередині якої встановлений вал, що обертається кінця труби 2, в якій вони розташовані 4 і зовні якої концентричне встановлений трубчастий і також циліндричний кожух З Кроки всіх щіток мають однаковий напрям, при цьому два сусідніх вали 4а, 4Ь, як буде розглянуто Кожна з труб 2 містить кінцеві перегородки 20, нижче, приводяться у обертання в протилежному які входять у ВІДПОВІДНІ отвори вертикальних пласнапрямі, показаному стрілками Ra і Rb тин 6 шляхом з'єднання в паз Труби 2 закріплені на пластинах 6 за допомоМіж трубою 2 і трубчастим кожухом 3 встановгою ВІДПОВІДНИХ засобів, не показаних на фігурі лено прокладку, що накачується 5, яка також нанаприклад за допомогою гвинтів або зварювання мотана гелікоїдально Кожна труба 2 містить на одному із своїх КІННаприклад, мова йде про прокладку з ущільЦІВ, званому вхідним, впускний патрубок 21, а на нювальним перетином, виконану з синтетичного іншому КІНЦІ, званому вихідним, - випускний патрукаучуку, наприклад, типу "EPDM", і що намотуєтьбок 22 ся спочатку навколо труби в спущеному стані, а и накачування здійснюється автоматично під дією Впускні патрубки 21 направлені вгору, а випусатмосферного тиску Такий тип прокладки добре кні патрубки 22 направлені вниз відомий Випускний патрубок труби 2а зв'язаний з впускним патрубком наступної, суміжної з нею і розтаВона тісно притискається до ЗОВНІШНІХ І внутшованої нижче труби 2Ь рішніх стінок ВІДПОВІДНО труби 2 і кожуха З Стрілками F на фіг 2 показаний шлях гноївки Після установки і накачування ця прокладка по двох послідовних трубах 2а, 2Ь обмежує простір у вигляді кільцевого шару, вздовж якого циркулює дистилят в напрямі, протилежному По кожухах 3, навколишніх труби 2, в напрямі, напряму рушення гноївки в центральній трубі 2 зворотному напряму рушення гноївки, рухається гарячий дистилят Завдяки такій конструкції досягають ефективного теплообміну між рідиною, що містить тепНа кожному із своїх двох КІНЦІВ кожухи містять ло(дистилят) і речовиною, що нагріваєтьвпускні і випускні патрубки для впускання і випуску ся (гноївка) дистиляту, ВІДПОВІДНО позначені 31 і 32 їх розташування протилежне розташуванню патрубків Як показано на правій верхній частині фіг 2, труби 2, при цьому впускні патрубки 31 направлені всередині кожного трубчастого вала 4 виконаний вниз, а випускні патрубки - вгору, при цьому випусряд дисків 400 За допомогою центрального отвокний патрубок 32Ь кожуха ЗЬ зв'язаний з впускним ру вони насаджені на осьовий стержень 401 Вони патрубком 31а наступного, що знаходиться вище служать баластом для компенсації осьового шнеза кожух За кового тиску, що створюється гнойовою рідотою і діючого на вал 4 Окрім цього, вони підвищують Гноївка входить в кожух 3 на рівні вихідного кіжорсткість трубчастої стінки, щоб протистояти зонця труби 2 і виходить на рівні м вхідного кінця внішньому тиску гноївки Труби 2 виконані з матеріалу, що має високу теплопровідність, з можливістю ефективної переКожний вал, що обертається 4 приводиться у дачі калорій від циркулюючого в кожусі 3 дистиляобертання за допомогою ведучої шестерні 8, встату до циркулюючої в трубі 2 гноївки новленої на КІНЦІ осі 41, що продовжує вал 4 на одному з його КІНЦІВ Практично, як матеріал для труб 2 і кожухів З можна використати нержавіючу сталь, яка досить Все ведучі шестерні 8а, 8Ь розташовані по оддобре передає тепло і в той же час ефективно ну сторону від ВІДПОВІДНОГО вала і знаходяться в протистоїть хімічному впливу гноївки, що є дуже одній вертикальній площині агресивним середовищем Осі 41 встановлені і обертаються у ВІДПОВІДНИХ опорних підшипниках або підшипниках катання 70, На фіг 2 шлях дистиляту показаний стрілками встановлених в елементі нерухомої станини 7 G Вал 4 виконаний у вигляді циліндричної труби, ВІДПОВІДНО ДО важливої відмінної ознаки винапереважно з нержавіючої сталі, з діаметром, трохи ходу кожна вісь 41 містить з'єднувальний вузол 42, 56357 який дозволяє валу 4 радіально відхилятися до деякої міри по відношенню до своєї ведучої шестерні 8 Завдяки такій конструкції центрування гелікоїдальної щітки 40 здійснюється автоматично і незалежно всередині труби 2, що забезпечує рівномірну передачу рушення і зменшує знос щітки Такий тип з'єднання 4 1 , що передає рушення і забезпечує деяку свободу радіального відхилення, добре відомий Воно містить, наприклад, дві додаткові деталі, що охоплює і що охоплюється, що мають профіль, що перешкоджає обертанню, наприклад, у вигляді зірки, і сполучених один з одним в паз з деяким зазором Вісь 41 встановлена у ВІДПОВІДНІЙ кінцевій перегородці 20 труби 2 за допомогою ущільнювального кільця 200, перешкоджаючого виходу гноївки назовні на цьому рівні На фіг 4 показаний спосіб приведення у обертання валів з гелікоїдальними щітками за допомогою одного двигуна 9 Він ЯВЛЯЄ собою електричний двигун - редуктор, встановлений у верхній частині станини 7 теплообмінника Він МІСТИТЬ вихідну шестерню 90, на яку заведений привідний ланцюг 91 Остання послідовно проходить через натяжну шестерню 80, через передавальні шестерні 8 1 , 82, через ряд ведучих шестерень 8, а потім через останню передавальну шестерню 83 Як показано на фіг 4, ланцюг 91 вільно проходить практично по половині кожної шестерні 8(тобто по кутовому сектору в 180°) почергово від однієї шестерні до іншої таким чином, щоб шестерні 8а оберталися в напрямі, протилежному напряму обертання шестерень 8Ь Напрям обертання шестерень на фіг 4 показано стрілками Завдяки такій конструкції в двох суміжних трубах 2а і 2Ь гноївка нагнітається в протилежному напрямі 10 На фіг 3 показана циркуляція F гноївки в осьовому напрямі всередині труби 2 під дією обертання R вала 4 з гелікоїдальною щіткою 40, на ній показана також циркуляція G дистиляту по периферії труби 2 всередині кожуха 3 в гелікоїдальному кільцевому просторі, обмеженому прокладкою, що накачується 5 У переважному варіанті прокладка 5 може бути намотана в різних напрямах на двох категоріях труб 2а, 2Ь з урахуванням напряму циркуляції гноївки для підвищення ефективності теплообміну На вихідному КІНЦІ кожної труби 2 виконаний патрубок 23, направлений вгору, забезпечуючи відведення газів, що утворюються в цій трубі, як показано стрілками К Відведення газів здійснюється через трубопроводи к і і кг, описаних вище з посиланням на фіг 1 Для зведення, ШВИДКІСТЬ обертання валів 4 становить приблизно 40 обертів на хвилину Витрата гноївки і дистиляту в теплообміннику складає ВІДПОВІДНО приблизно 1000 і 900л/годину За допомогою дистиляту, температура якого на вході в теплообмінник становить 110°С, можна підвищити температуру гноївки з 10°С до 100°С приблизно, на виході теплообмінника температура охолодженого дистиляту становить приблизно 20°С Щітка, що обертається примушує осадок і пухирці рухатися в тому ж напрямі і з тією ж швидкістю, що і гноївка, попадаючи у вихідний кінець кожної труби, осадок під дією сили тягаря падає в сусідню нижню трубу, а пухирці після випаровування віддаляються назовні Хоч даний теплообмінник був розроблений для окремого випадку застосування, а саме для обробки гноївки, само собою зрозуміло, що він може застосовуватися і для інших цілей, коли необхідно нагрівати текучу і пінисту речовину, що містить осадок і пухирці, яку важко і навіть неможливо обробляти в традиційних теплообмінниках 11 12 56357 Фіг З Фіг Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)236-47-24