ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ
HEAT EXCHANGE UNIT

Изобретение относится к области теплопередающих аппаратов для рекуперации тепла, а также для разделения компонентов жидких промышленных отходов в различных отраслях народного хозяйства, например в химической и текстильной промышленностях.
Известен теплообменник [Пат. №2192593 РФ, МПК F29D 7/04. Теплообменник / Орберг В.В., Шевченко Е.П., Виноградов В.В.; заявитель и патентообладатель ЗАО «ОРМА» - №20011342/06; заявл. 11.12.2001; опубл. 10.11.2002], содержащий корпус с входным и выходными патрубками для прохода первой тепловой среды и расположенными внутри него секциями спиральных теплообменных труб, причем концы каждой трубы присоединены к входному и выходному коллекторам второй теплообменной среды, при этом в каналах для прохода первой теплообменной среды к выходному патрубку размещены радиально направляющие ребра, а во втором патрубке установлен конусный обтекатель для потока первой теплообменной среды.
Недостатком данного теплообменника является достаточно сложная конструкция, поскольку для изготовления спиральных теплообменных труб требуется специальное оборудование.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменник [А.с. №1305518 СССР, МКИ F28D 11/02. Теплообменник / Щеголев А.А., Смирнов А.А., Плешанов А.С., Смирнов В.И., Павлов В.П., Пудышева Т.С.; заявитель Ивановский научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности. №3949878 / 24 - 06; заявл. 03.09.1985; опубл. 23.04.87. Бюл. №15. - 4 с., ил.], содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителя и размещенный внутри корпуса на вращающемся валу теплопередающий элемент, который выполнен в виде параболоида вращения с жестко закрепленным на внешней поверхности его днища диском с лопастями, а вертикальный канал, соединяющий патрубок отвода теплоносителя, выполнен в виде одной или нескольких трубчатых полимерных мембран, заключенных снаружи с зазором в обечайку, снабженную патрубком отвода фильтрата и соединенным с трубой для подвода нагреваемой среды, а в выходном сечении канала установлен дроссель. Такая конструкция помимо решения основного технологического процесса по передаче теплоты от одного теплоносителя к другому позволяет использовать концентрат, получаемый за счет мембранного очищения.
Основным недостатком этого устройства является его недостаточная эффективность, поскольку процесс очищения теплоносителя затрудняется большой его засоренностью крупными примесями (например, частицами волокон, которые отделяются от поверхности ткани в процессах ее расшлихтования, отбеливания и крашения). Это приводит к большим простоям оборудования, т.к. необходимо периодически демонтировать комплекс деталей для извлечения трубчатой полимерной мембраны, ее последующую очистку от волокнистого состава и повторную установку для возобновления рабочего процесса.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы теплообменника и его эффективности в целом, снижение технологических простоев, связанных с обслуживанием оборудования.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителя, размещенный внутри корпуса на вращающемся валу теплопередающий элемент с диском и лопастями, трубы для подвода и отвода нагреваемой среды, расположенные коаксиально, причем труба для подвода нагреваемой среды снабжена крыльчаткой, а патрубок отвода теплоносителя выполнен в виде трубчатого мембранного элемента, заключенного в обечайку с патрубками для выхода фильтрата и концентрата, а в выходном патрубке для концентрата установлен дроссель, согласно изобретению на внешней поверхности корпуса расположен резервуар с коагулянтом, соединенный с дозатором, закрепленным на внутренней поверхности корпуса, а в патрубке отвода теплоносителя между корпусом и обечайкой мембранного устройства параллельно и изолированно друг от друга установлены с возможностью попеременной работы две съемные камеры с расположенным в каждой из них сетчатым фильтром-ловушкой.
Поступающий в жидкую нагретую среду коагулянт осуществляет соединение механических и органических частиц, а вращательное движение теплоносителя в полости корпуса ускоряет этот процесс. Поскольку мембрана предназначена в основном для разделения жидкости на определенные составляющие, то ее пористая рабочая поверхность за сравнительно короткий промежуток времени шлакуется этими примесями. Для продления срока службы мембран и улучшения качества выходящего продукта - фильтрата, который можно использовать в повторных технологических процессах, предлагается осуществить предварительную очистку теплоносителя путем установки между корпусом и мембранами двух съемных камер с сетчатыми фильтрами. Это позволяет снизить простои за счет попеременной их работы и улавливать примеси, чтобы они в дальнейшем не осаждались на мембранах, кроме того, более чистым будет на выходе и концентрат, который далее возможно использовать в промышленных целях. В итоге произойдет повышение надежности работы теплообменника и его эффективности в целом, снижение технологических простоев, связанных с обслуживанием оборудования.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема изобретения, на фиг. 2 - сечение по А-А с приведением сетчатого фильтра-ловушки.
Теплообменный аппарат состоит из корпуса 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 теплоносителя, электропривода 4 с валом для передачи вращения теплопередающему элементу 5, выполненного в виде параболоида с жестко закрепленными на внешней поверхности его днища диском 6 с лопастями 7.
Для перемещения жидкой нагреваемой среды внутри полости элемента 5 предусмотрена неподвижная вертикальная труба 8 для ее подвода и вращающаяся труба 9 для ее отвода, которая зафиксирована на крышке 10 теплообменника.
На трубе 8 жестко закреплена крыльчатка 11, а на внешней стороне крышки 10 расположена расширительная камера 12 с патрубком 13 для отвода нагреваемой жидкой среды. Во внутренней полости корпуса 1 установлен дозатор 14 для подачи коагулянта из резервуара 15, установленного на внешней поверхности корпуса, в теплоноситель.
Патрубок 3 для отвода теплоносителя состоит из двух изолированных друг от друга параллельно расположенных съемных камер 16, в каждой из которых установлен сетчатый фильтр-ловушка 17. Эти камеры работают попеременно, т.е. когда одна находится в рабочем режиме, другая является резервной. Для переключения используются вентили 18, которые установлены до и после каждой камеры. В промежутке между вентилями 18 и мембранным устройством, заключенным в обечайку 19, установлен манометр 20 для определения давления проходящей жидкости. Разъемные соединения 21 предназначены для быстрого демонтажа засоренной камеры 16.
Теплообменный аппарат работает следующим образом.
Теплоноситель через патрубок 2 поступает во внутреннее пространство, образованное корпусом 1 и теплопередающим элементом 5, а нагреваемая им среда подается в полость 5 через трубу 8. Электропривод 4 через соединительный вал передает вращательное движение элементу 5, верхняя часть которого выполнена в виде трубы 9, и диску 6 с закрепленными на нем лопастями 7. Одновременно в теплоноситель поступает коагулянт из резервуара 15 через дозатор 14.
В результате перемешивания, которое создается совместным вращением теплопередающего элемента 5, диска 6 и лопастей 7 в растворе теплоносителя создается центробежный спиральный вихрь, который заставляет механические и органические примеси под действием коагулянта слипаться и укрупняться. На этом этапе теплообменный аппарат работает как на передачу тепла жидкой среде, находящейся внутри элемента 5, так и по принципу центробежной центрифуги, обеспечивая сбор крупных частиц примесей в зоне патрубка 3 отвода теплоносителя, т.е. выполняется процесс коагуляции.
В свою очередь отвод нагреваемой среды из полости теплопередающего элемента 5 осуществляется, когда она проходит через отверстия крыльчатки 11, по мере заполнения поднимается по трубе 9, попадая в расширительную камеру 12, и выводится через патрубок 13.
При перемещении внутри патрубка 3 теплоноситель проходит в первую (рабочую) съемную камеру 16 через фильтр-ловушку 17. Происходит грубая очистка раствора. Вторая съемная камера 16 со своим фильтром-ловушкой 17 является резервной. По мере того как крупные частицы примесей, осаждаясь на поверхности сетчатого фильтра-ловушки 17 рабочей съемной камеры 16, замедляют перемещение теплоносителя, падает его рабочее давление, что фиксируется манометром 20. Обслуживающий персонал перекрывает вентили 18 у рабочей съемной камеры 16 и открывает соответствующие вентили у резервной съемной камеры 16, которая становится рабочей. Отвернув разъемные соединения 21, засоренную съемную камеру 16 извлекают, очищают и вновь устанавливают. Такая конструкция попеременно работающих фильтров-ловушек позволяет снизить технологические простои, связанные с обслуживанием оборудования.
Теплоноситель, прошедший стадию грубой очистки, поступает в зону мембранного устройства, заключенного в обечайку 19. Просачиваясь через пористую поверхность мембран, жидкая среда разделяется на фильтрат и концентрат, которые выводятся раздельно, причем для вывода концентрата (чтобы обеспечить повышенное давление) предусмотрен дроссель 22.
Этим обеспечивается тонкая очистка рабочих растворов, что позволяет их использовать как в прерывном, так и в непрерывном технологических процессах при обработке суровых тканей в текстильной промышленности (фильтрат в качестве возврата при расшлихтовке, отварке, белении и мерсеризации тканей, а также при ее аппретировании). Что касается крашения, то возврат очищенного раствора наиболее эффективен, когда применяют непрерывный способ крашения, при этом ткань последовательно проходит через несколько красильных ванн (модуль красильной ванны уменьшается) [Ганин Е.А. Теплоиспользующие установки в текстильной промышленности: Учеб. для вузов / Е.А. Ганин, С.Д. Корнеев, И.П. Корнюхин, В.И. Щербаков. - М.: Легпромбытиздат, 1989. - 392 с.: ил. - ISBN 5-7088-0098-4; с. 236].
Концентрат можно использовать в качестве одного из компонентов в процессе приготовления рабочего красящего раствора, что позволит снизить расход основного красящего вещества.