ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам для охлаждения сыпучих (гранулированных) материалов и может быть использована в химической и других отраслях промышленности.
В частности, предлагаемое устройство может использоваться для охлаждения продукта в крупнотоннажных производствах после операций прокалки или гранулирования плава, например, в производстве аммиачной селитры, диамонийфосфата, карбамида, диатомита, глинозема и др.
Известны устройства для обработки (охлаждения) сыпучих материалов, процесс теплопередачи в которых осуществляется путем непосредственного контакта горячего или холодного теплоносителя с потоком материала. К наиболее интенсивным относятся сушилка и охладители кипящего слоя, когда охлаждение или нагрев осуществляется газом, поступающим под газораспределительную решетку и взвешивающим лежащий на решетке продукт (см. Айнштейн В.Г. и др. Псевдожижение. - М.: Химия, 1991; Тодес О.М. и др. Аппараты с кипящим зернистым слоем. - Л.: Химия, 1981; Сыромятников Н.М. и др. Тепло и массообмен в кипящем слое. - М.: Химия, 1967).
Недостатком таких устройств являются высокие энергозатраты на подачу больших объемов газов (воздуха), затраты на эксплуатацию систем обеспыливания, низкий коэффициент теплопередачи между газом и сыпучим материалом и др.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является теплообменный аппарат, содержащий кожух, теплообменные трубы, расположенные вертикально и закрепленные в трубных решетках, причем теплообменный аппарат снабжен загрузочным и разгрузочным устройствами, позволяющими регулировать процесс теплообмена (см. Патент РФ №2250429 С2, F 28 F 9/00).
К недостаткам этого устройства следует отнести неразвитую поверхность теплообмена, образованную трубами, низкую интенсивность теплообмена, приходящуюся на единицу объема аппарата, большой вес и габаритные размеры, особенно при обработке продукта крупнотоннажного производства.
Техническая задача предлагаемой полезной модели - расширение технологических возможностей использования пластинчатых теплообменных аппаратов для проведения теплообмена между твердым сыпучим материалом и жидким или газообразным теплоносителем, интенсификация теплообмена, развитие удельной поверхности теплообмена на единицу объема аппарата.
Указанная цель достигается тем, что устройство состоит из теплообменных элементов, образованных установленным в корпусе пакетом близко расположенных плоских профилированных пластин, попарно соединенных между собой периферийными кромками и образующих герметичную полость, причем каждая полость снабжена патрубком подвода и отвода охлаждающей жидкости, движение которой определяется перегородками, расположенными внутри герметичной полости. Кроме того, в нижней части пакета установлены коллекторные трубы для подачи воздуха.
Отличительными признаками заявляемого технического решения от прототипа являются:
1) теплообменные трубы заменены пакетом пластин;
2) каждая пара пластин пакета соединена между собой по периферийным кромкам и образует герметичную полость;
3) герметичная полость снабжена патрубком подвода и отвода охлаждающей жидкости;
4) в герметичной полости установлены перегородки;
5) в нижней части пакета установлены коллекторные трубы для подачи воздуха.
Эти отличительные признаки обеспечивают соответствие заявленного технического решения критерию «новизна».
На фиг.1 показано устройство теплообменника. Он состоит из корпуса 1, бункера приемного 2, бункера разгрузочного 3, герметичной полости для охлаждающей жидкости 4, набор которых образует теплообменный пакет 5, питателя (дозатора) 6. Герметичная полость 4, образованная плоскими профилированными пластинами попарно соединенными между собой периферийными кромками, снабжена патрубком подвода 7 и отвода 8 охлаждающей жидкости (см. фиг.2).
Для формирования направленного движения охлаждающей жидкости внутри герметичной полости 4 установлены перегородки 9.
В нижней части пакета пластин 5 вдоль оси каналов для прохода сыпучего материала устанавливаются коллекторные трубы 10 для подачи воздуха. Материал подается через патрубок 11, а нагретый воздух отводится через патрубок 12.
Устройство работает следующим образом. Охлаждаемый продукт через патрубок 11 засыпается в бункер приемный 2 и заполняет каждое щелевое пространство между корпусом 1 и герметичными охлаждающими элементами 4. В каждую герметичную полость через патрубок 7 поступает охлаждающая жидкость, которая, пройдя вдоль перегородок 9, нагревается и выходит из полости через патрубок 8.
При технологической необходимости для интенсификации процесса охлаждения, турбулизации неподвижного воздуха в межпластинчатом пространстве, через коллекторные трубы 10 подается дополнительно воздух, который поднимается вверх по каналам, фильтруясь через слой материала, отнимает часть тепла материала и выводится через патрубок горячего воздуха 12.
В стационарных условиях работы теплообменника заполнен и бункер разгрузочный 3. Степень охлаждения, время пребывания материала в теплообменнике и производительность регулируются скоростью движения питателя (дозатора) 6 и зазором h между нижним обрезом бункера разгрузочного и рабочей плоскостью питателя (дозатора).
Предложенный теплообменный аппарат, сохраняя такие преимущества прототипа, как высокая степень использования поверхности теплообмена, обеспечивает:
- процесс движения сыпучего материала между близко расположенными плоскими профилированными пластинами в режиме, близком к ламинарным псевдоожиженным слоям (постоянно обновляемая поверхность контакта частиц с охлаждающей стенкой);
- существенное снижение истирания продукта;
- исключение из технологической схемы системы пылеочистки;
- возможность регулирования степени охлаждения путем комбинирования водяного и продувочного (воздушного) охлаждения;
- возможность использования модульного принципа для достижения заданной глубины охлаждения.
На фиг.3 представлена пространственная компоновка секции теплообменного аппарата, где позициями 13 и 14 обозначены соответственно коллекторы подачи и отвода охлаждающей жидкости. Коллекторы соединены с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости каждой герметичной полости посредством гибких армированных шлангов.
Ниже приведена техническая характеристика опытно-промышленного трехсекционного теплообменного аппарата, предназначенного для охлаждения аммиачной селитры.
Техническая характеристика опытно-промышленного теплообменника-охладителя аммиачной селитры.
Производительность по охлаждаемому продукту, т/ч
30-40
Температура охлаждаемого продукта, °С
начальная
90
конечная
28
Размер гранул продукта, основная фракция, мм
1-3
Производительность по охлаждающей воде, м<sup>3</sup>/ч
61
Температура охлаждающей воды, °С
на входе
20
на выходе
36
Размер пластин по краям, мм
1485×2980
Количество пластин в секции, шт
54
Расстояние между пластинами для прохода продукта, мм
20
Толщина герметичной полости для охлаждающей воды, мм
7,4
Давление охлаждающей воды, МПа
0,6
Количество секций
3
Рабочая поверхность теплообмена аппарата, м
1250
Номинальная тепловая нагрузка на аппарат, МВт
1,5
Габаритные размеры аппарата, мм<sup>2</sup>
3150×2570×13380
Масса теплообменника с продуктом, кг
21000