ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Техническое решение относится к теплообменным аппаратам с рубашкой и может найти применение в химической, нефтехимической, биохимической, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности, использующих аппараты для нагрева или охлаждения реакционной массы, в холодильной технике, подогревателях перерабатываемых жидких и газовых материалов, котлов в теплоэнергетике и в атомной промышленности, котельных коммунальных служб, мобильных котельных установках и т.п.
Известны корпуса аппаратов с мешалками и съемной рубашкой (Васильцов Э.А., Ушаков В.Т. Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, 1979. - 272 с., С.34).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая скорость теплопереноса из-за низкой скорости движения теплоносителя в рубашке.
Известен теплообменный аппарат, содержащий вертикальную дегазационную колонку с патрубками отвода выпара, установленный над ней вертикальный бак-аккумулятор, снабженный патрубками подачи и отвода воды, водораспределителем и размещенными над ними подогревателем и паровой рубашкой (патент РФ №2009106, С02F 1/20, 1994 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая скорость теплопереноса из-за образования накипи, солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности рубашки.
Известен кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с днищем, размещенное внутри него перемешивающее устройство, и охлаждающую рубашку (патент РФ №95108476, В01D 3/00, 1997 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится небольшая скорость теплопереноса из-за образования солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности рубашки.
Известна конструкция водогрейного котла, содержащего вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой и поверхности нагрева, выполненные в виде водяных рубашек (патент РФ №2351855, F24Н 1/00, 2009 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость теплопереноса из-за образования солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности рубашки.
Известен реактор для прямого синтеза алкилхлорсиланов, содержащий корпус, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, образующий кольцевую реакционную зону, а на внешних по отношению к реакционной зоне цилиндрических поверхностей расположены рубашки для подвода и отвода тепла (патент РФ №2246346, В01J 8/18, 2005 г.)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится снижение скорости теплопереноса из-за образования солевого камня и других термических отложений и накипи на теплопередающей поверхности рубашек.
Известны корпуса аппаратов с гладкой приварной рубашкой или рубашкой из полутруб (Васильцов Э.А., Ушаков В.Т. Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, 1979. - 272 с., С.70).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится уменьшение скорости теплопереноса из-за образования накипи, солевого камня и термических отложений на теплопередающей поверхности гладкой приварной рубашки или рубашки из полутруб.
Известен реактор с теплообменной рубашкой (варианты), содержащий корпус с патрубками для входа исходных компонентов и теплоносителя и вывода готового продукта и теплоносителя, с наружной стороны которого приварены по спирали теплообменные элементы, образующие теплообменную рубашку, при этом теплообменные элементы выполнены в виде уголкового профиля несимметричной формы (патент РФ №2075343, В01J 9/00, 1997 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость теплопереноса из-за образования накипи, солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности теплообменной рубашки.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является сосуд с U-образной рубашкой, включающий цилиндрический корпус и эллиптические днище и крышку, патрубки входа и выхода рабочей жидкости, U-образную рубашку, охватывающую цилиндрический корпус с днищем и имеющую патрубки входа и выхода теплоносителя, при этом на боковой поверхности корпуса жестко закреплена направляющая спираль для создания ускоренного вращательного движения теплоносителя в рубашке вокруг корпуса (Сосуды с рубашками. ГОСТ 25867-83, СТСЭВ 3650-82).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость теплопереноса из-за образования накипи, солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности теплообменной поверхности рубашки.
Техническим результатом предлагаемой конструкции теплообменного аппарата является увеличение скорости теплопереноса в течение всего рабочего цикла за счет периодического удаления накипи, солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности рубашки.
Технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус с эллиптическим днищем, патрубки входа и выхода рабочей жидкости, U-образную рубашку, охватывающую цилиндрический корпус и эллиптическое днище и имеющую патрубки входа и выхода теплоносителя, направляющую спираль для создания ускоренного вращательного движения теплоносителя в рубашке вокруг корпуса, при этом рубашка выполнена съемной, а направляющая спираль жестко закреплена на внутренней поверхности рубашки.
Выполнение съемной рубашки позволяет периодически снимать ее с корпуса и удалять накипь, солевой камень или другие термические отложения с наружной поверхности корпуса известными способами (пескоструйная обработка, гидросмыв, абразивная обработка и т.д.).
Жесткое закрепление направляющей спирали на внутренней поверхности рубашки позволяет при сохранении ею способности создавать ускоренное вращательное движение теплоносителя в рубашке вокруг корпуса, снимать ее вместе с рубашкой, что упрощает и ускоряет удаление накипи, солевого камня или других термических отложений с наружной поверхности корпуса.
Это увеличивает скорость теплопереноса, так как позволяет периодически очищать теплопередающую наружную поверхность корпуса от накипи, солевого камня и других отложений.
На фиг. представлен общий вид теплообменного аппарата и жестко закрепленной на ее внутренней поверхности направляющей спирали.
Теплообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с эллиптическими днищем 2 и крышкой 3, патрубков входа 4 и выхода 5 рабочей жидкости. В верхней части корпуса 1 установлен фланец 6, а на патрубке 5 - фланец 7. На цилиндрический корпус 1 с эллиптическим днищем 2 «одета» U-образная съемная рубашка 8, в верхней части которой установлен фланец 9, а в нижней - фланец 10. На съемной U-образной рубашке 8 установлены патрубки 11 для подачи и 12 для отвода теплоносителя. На внутренней поверхности рубашки 8 жестко закреплена направляющая спираль 13. Для герметичного соединения съемной U-образной рубашки 8 с корпусом 1 и днищем 2 между фланцами 6 и 9 и 7 и 10 установлены соответственно прокладки 14 и 15 с болтами 16 и шпильками 17.
Теплообменный аппарат работает следующим образом. Рабочую жидкость подают внутрь корпуса 1 по патрубку 4 и отводят по патрубку 5. Теплоноситель подают в U-образную рубашку 8 по патрубку 11, а отводят из U-образной рубашки 8 по патрубку 12. Теплоноситель движется внутри каналов направляющей спирали 13, ускоренно вращаясь вокруг корпуса 1, что приводит к интенсификации процесса теплопереноса от стенки корпуса 1 к теплоносителю в U-образной рубашке 8. После накопления некоторого количества отложений на наружной поверхности корпуса 1 откручивают гайки с болтов 16 и шпилек 17, U-образную рубашку 8 снимают вместе с направляющей спиралью 13, а отложения с наружной поверхности корпуса 1 удаляют известными механическими или гидромеханическими методами.
Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменного аппарата позволяет при образовании накипи, солевого камня или других термических отложений снимать рубашку вместе с направляющей спиралью с корпуса и днища сосуда, удалять эти термические отложения с наружной поверхности корпуса известными механическими или гидромеханическими методами, что также увеличивает скорость теплопереноса в течение всего рабочего цикла за счет снижения термического сопротивления рубашки.