Установка для тепловой обработки жидкостей

УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ
Полезная модель предназначена для охлаждения и нагревания жидкостей и может быть использована в составе технологического оборудования для получения и переработки жидкой продукции, преимущественно с повышенной вязкостью, химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности, например, при переработке и получении растительных масел, жиров и маргарина.
Известны установки для охлаждения жировой смеси, содержащие цилиндрический теплообменный аппарат с установленным в нем с возможностью вращения турбулизатором (вытеснительным барабаном с ножами) и аммиачную холодильную машину, включающую испаритель, конденсатор и компрессор. Испаритель охлаждает промежуточный холодоноситель (рассол), который циркулирует вокруг наружной поверхности цилиндра и через его стенки охлаждает жировую смесь , стр. 148-149.
Наличие вращающегося турбулизатора позволяет существенно увеличить интенсивность теплоотдачи от вязкой жидкости к стенкам цилиндра. К недостаткам таких установок относятся: потери холодильной мощности, обусловленные тепловыми сопротивлениями при теплопередаче от цилиндра к рассолу и от рассола к кипящему в испарителе аммиаку, а также потерями по пути следования рассола от испарителя к цилиндру;
недостаточная надежность работы в связи с ограниченным сроком службы компрессора; вероятность загрязнения окружающей среды аммиаком.
Меньшие потери холодильной мощности имеет установка для охлаждения маргариновой эмульсии, содержащая цилиндр с установленным в нем турбулизатором (валом с ножами) и аммиачную холодильную машину, включающую совмещенный с цилиндром испаритель, конденсатор и компрессор 1, стр. 89-96 (прототип).
Меньшие потери холода в этой установке достигаются уменьшением теплового сопротивления при передаче тепла от маргариновой эмульсии к аммиаку и потерь холода с рассолом.
Однако и в этой установке часть холодильной мощности теряется при передаче тепла от маргариновой эмульсии к кипящему аммиаку, недостаточная надежность работы компрессора холодильной машины и сохраняется вероятность загрязнения окружающей среды аммиаком. Энергетическая эффективность холодильной машины может быть оценена значением:
- холодильного коэффициента е при работе машины в режиме охлаждения Ј  Q  ЈH Т° ...(1)
N Tk-T0
отопительным коэффициентом ц при работе в режиме нагревания:
N + Q , ,Т0 М
1 + Ј  1 + Јн... /Z/
NTk-T0
flpu. paSome. лодцльнсэи машины Ь  охлаждения
ЈL(JL +-Lin -+-L)...(3)
л  2Я  «2J2 при работе в режиме нагревания
тк тж +l4-J-+ Lir,).. .(4)
Л ж it a,d, 2Л d, a2d2 где: Тх - температура жидкости в цилиндре;
ai, dj - внутренний коэффициент теплоотдачи и диаметр цилиндра;
X. - коэффициент теплопроводности материала стенок цилиндра;
(Х2, d2 - наружный коэффициент теплоотдачи и диаметр цилиндра.
@ - удельная на единицу длины цилиндра холодильная (тепловая) мощность.
Из формулы (3) и (4) при заданных значениях Тж и gi следует, что чем меньше заключенное в скобках этих формул тепловое сопротивление цилиндра, тем выше значение То в режиме охлаждения при Тк  const и ниже значение Тк в режиме нагревания при То  const.
Из формул (1) и (2) при заданных значениях Q и бн следует:
при работе холодильной машины в режиме охлаждения и Тк  const с увеличением значения То, коэффициент увеличивается, а потребляемая холодильной машиной мощность N уменьшается;
при работе в режиме нагревания и То  const с уменьшением значения Тк коэффициенты ц увеличивается, а потребляемая мощность N также уменьшается.
При Тк  То значение Ј и ц, стремятся к бесконечности, а N- 0. В этом случае холодильная машина начинает работать как теплообменник. Из-за наличия в парокомпрессионных холодильных машинах газового компрессора, процессов кипения хладагента в испарителе и конденсации паров в конденсаторе значения То и Тк не могут быть равными. Например, во фреоновых парокомпрессионных холодильных машинах минимальная разность Тк и То составляет 20 К 3, стр.6, табл.5.
При круглогодичной эксплуатации установки в различных климатических зонах значимую продолжительность составляют температуры наружного воздуха меньше значения Тж при охлаждении или превышающие значение Тж при нагревании жидкости.
В связи с изложенным к недостатку аналогов и прототипа может быть отнесена также невозможность использования парокомпрессионной холодильной машины в качестве теплообменника при температурах наружного воздуха выше Тж, в режиме нагревания жидкости, и ниже Тж - в режиме охлаждения жидкости.
Задачей, решаемой при создании полезной модели, является повышение энергетической эффективности, при повышении надежности работы и экологической безопасности установки для тепловой обработки жидкостей.
Техническим результатом является совмещение в одной конструкции теплообменного аппарата и холодильной машины.
Полезная модель представляет собой цилиндрический тешюобменный аппарат с установленным в нем с возможностью вращения турбулизатором. На наружной поверхности цилиндра размещена термоэлектрическая батарея, выполненная в виде горячих и холодных спаев. Таким образом роль испарителя выполняют холодные, а конденсатора - горячие спаи.
Наружная поверхность цилиндра выполнена с плоскими гранями для уменьшения теплового сопротивления между наружной поверхностью цилиндра и термоэлектрической батареей путем обеспечения более плотного прилегания их друг к другу,.
Кроме того, для повышения энергетической эффективности установки при высоких температурах наружного воздуха на наружной поверхности цилиндра термоэлектрическая батарея размещена стороной с холодными спаями, а сторона с горячими спаям связана термодинамически с включенным в циркуляционный контур водопровода теплообменником.
Для повышения энергетической эффективности установки при низких температурах наружного воздуха установка оснащена дополнительным теплообменником. Этот теплообменник установлен в потоке наружного воздуха с возможностью образования с теплообменником термоэлектрической батареи замкнутого циркуляционного контура теплоносителя через переключающие устройства.
На чертежах схематично изображен пример выполнения предложенной установки, например, для охлаждения маргариновой эмульсии:
на фиг. 1 показан поперечный разрез цилиндра, с установленным на нем термоэлектрической батареей;
на фиг. 2 - гидравлическая схема установки, при работе её в теплый период года; на фиг.З - гидравлическая схема установки, при работе её в переходный и холодный периоды года.
Установка содержит (фиг. 1) цилиндр с установленным в нем с возможностью вращения турбулизатором в виде, например, барабана 2 с ножами 3. На наружной с плоскими гранями поверхности цилиндра 1 размещена термоэлектрическая батарея 4 с питанием от сети 5 постоянного тока. Холодные спаи батареи 4 расположены в сторону цилиндра 1, а горячие спаи этой батареи имеют теплообменник 6.
Цилиндр 1 (фиг. 2, 3) может быть включен, например, в циркуляционный контур 7 маргариновой смеси, а теплообменник 6 - в контур водопровода 8.
В холодный период года установленный в потоке наружного воздуха дополнительный теплообменник 9 с вентилятором 10 образует с теплообменником 6 замкнутый циркуляционный контур теплоносителя, включающий, например, насос 11 и трехходовые краны 12 и 13.
В качестве цилиндра 1 может быть использована также и любая другая применяемая в технологических линиях получения и переработки жидкой продукции химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности ёмкость.
В ёмкости может быть установлен с возможностью вращения и любой другой турбулизатор, в частности, вращающаяся мешалка.
В качестве жидкости может быть использована и любая другая, преимущественно с повышенной вязкостью.
При подаче питающего напряжения от сети 5 и работе установки в режиме охлаждения в теплый период года холодные спаи термоэлектрической батареи 4 находятся на наружной поверхности цилиндра 1, а находящаяся в нем жидкость охлаждается. Отводимая от жидкости тепловая и потребляемая батареей 4 мощность через горячие спаи и теплообменник 6 поглощается циркулирующей через него водой из водопровода 8 (фиг.2).
При температуре наружного воздуха в переходный и холодный периоды года ниже температуры воды в водопроводе теплообменник 6, трехходовые краны 12, 13, теплообменник 9 и насос 11 образуют замкнутый циркуляционный контур, например, тосола (фиг.З). Отводимая от жидкости в цилиндре 1 тепловая и потребляемая батареей 4 мощность выводится в наружный воздух через теплообменник 9 с помощью вентилятора 10.
Установка может быть использована и для нагревания жидкости путем переключения полярности питающего напряжения в сети 5. В этом случае горячие спаи батареи 4 находятся на цилиндре 1. Отводимая холодными спаями батареи 4 в теплообменнике 6 от водопроводной воды (фиг.2) или циркулирующего через этот теплообменник и теплообменник 9 тосола тепловая и потребляемая батареей 4 мощность подводится через стенки цилиндра I к находящейся в нем жидкости.
Положительный эффект заключается в повышении надежности работы, экологической безопасности установки за счет исключения из холодильного цикла жидкого хладагента и компрессора, а также в уменьшении потребляемой установкой мощности.
Список литературы
1.Руководство по технологии получения и переработке растительных масел и жиров. Том
Ш. Книга вторая. Производство маргариновой продукции, майонеза и пищевой горчицы. Издание второе. ВНИИЖ. Ленинград. 1977 г.
2.М.А.Михеев. Основы теплопередачи. Издание третье. Госэнергоиздат. Москва Ленинград. 1956г.
3.И.Х. Зеликовский, Л.Г. Каштан. Справочник по малым холодильным машинам и
установкам. Пищевая промышленность. Москва. 1968 г.
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1.Установка для тепловой обработки жидкостей, содержащая цилиндрический тешюобменный аппарат с установленным в нем с возможностью вращения турбулизатором, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ ТЕМ, ЧТО на наружной поверхности цилиндра размещена термоэлектрическая батарея, выполненная в виде горячих и холодных спаев, при этом термоэлектрическая батарея установлена на цилиндре стороной с холодными спаями, а сторона с горячими спаями связана термодинамически с включенным в циркуляционный контур водопровода теплообменником.
2.Установка по п. 1, , ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ ТЕМ, ЧТО, наружная поверхность цилиндра выполнена с плоскими гранями.
3. Установка по п., ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ ТЕМ, ЧТО она оснащена дополнительным теплообменником, установленным в потоке наружного воздуха с возможностью образования с теплообменником термоэлектрической батареи замкнутого циркуляционного контура теплоносителя через переключающие устройства.
.