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 гетерогенных 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. Справочной пособие. - Л.: Машиностроение 1979. - 272 с., С. 34)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся небольшая производительность из-за малой скорости теплопереноса теплоносителя в рубашке, а также большие затраты времени, связанные с очисткой наружной и внутренней поверхности корпуса от термических отложений.
Известен реактор с теплообменной рубашкой, 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, образующих теплообменную рубашку, при этом теплообменные элементы выполнены в виде уголкового профиля несимметричной формы (патент РФ №2075343, B01J 19/00, 1997 г.)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся невысокая производительность из-за недостаточной скорости теплопереноса в виде образования накипи, солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности корпуса, что приводит к большим затратам времени для их удаления и уменьшает основное время работы.
Известна конструкция сосуда с U-образной рубашкой, включающей цилиндрический корпус и эллиптическое днище и крышку, патрубки входа и выхода рабочей жидкости, U-образную рубашку, охватывающую цилиндрический корпус с днищем и имеющие патрубки входа и выхода теплоносителя, при этом на боковой поверхности корпуса жестко закрепленная направляющая спираль для создания ускоренного вращательного движения теплоносителя в рубашке вокруг корпуса (Сосуды с рубашками. ГОСТ 25867-83, СТСЭВ 3650-82).
К причинам, препятствующим движению заданного технического результата, относятся недостаточная производительность из-за образования накипи, солевого камня и других термических отложений на теплопередающей поверхности, теплообменной поверхности корпуса, что требует значительных затрат времени для удаления этих отложений с теплопередающей поверхности корпуса и приводит к уменьшению основного времени работы.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является теплообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус с эллиптическим днищем, патрубки входа и выхода рабочей жидкости, U-образной рубашку, охватывающую цилиндрический корпус и эллиптическое днище и имеющую патрубки входа и выхода теплоносителя, и 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. (Описание полезной модели РФ №724188, BO1J 19/00, 2013 г.)
Недостатком известной конструкции теплообменного аппарат является сложность удаления термических отложений (солевого камня, накипи, сажи, продуктов термический деструкции и др.) с теплопередающей поверхности корпуса, что увеличивает время удаления этих отложений и уменьшает основное время работы и в целом производительность.
Техническим результатам предлагаемой конструкции теплообменного аппарата является увеличение производительности за счет упрощения процесса удаления термических отложений на теплопередающей поверхности корпуса.
Поставленный технический результат достигается тем, что теплообменный аппарат включающий цилиндрический корпус с эллиптическим днищем, патрубки входа и выхода рабочей жидкости, U-образную съемную рубашку, охватывающую цилиндрический корпус и эллиптическое днище и имеющую патрубки входа и выхода теплоносителя и жестко закрепленную на внутренней поверхности рубашки направляющую спираль для создания ускоренного вращательного движения теплоносителя в рубашке вокруг корпуса, причем цилиндрический корпус с рубашкой и спиралью выполнен из материла, обладающего эффектом памяти.
Выполнение цилиндрического корпуса с рубашкой и спиралью из материала, обладающего эффектом памяти, обеспечивает свободные температурные деформации растяжения при нагревании или сжатие при охлаждении цилиндрического корпуса рубашки и витков спирали без напряжений, которые могут привести к растрескиванию корпуса, витков спирали и рубашки и потерей герметичности корпуса и рубашки. Это увеличивает срок теплообменного аппарат без ремонта и остановки, что способствует росту производительности.
Кроме того, высокие обратимые температурные деформации в материалах, обладающих эффектом памяти приводят к самопроизвольному растрескиванию и отслаиванию продуктов термической деструкции, образующих на внутренней и наружной поверхности корпуса, что уменьшает время очистки от термических отложений этих теплопередающих поверхностей корпуса. Это уменьшает время подготовки теплообменного аппарат к новому циклу основной работы и приводит к росту производительности.
Материалы, обладающие эффектом памяти, известны (Физически эффекты в машиностроении. Справочник. - М.: Машиностроение, 1993. Под общей редакцией В.А. Лукьянца, стр. 150). Это нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, никель-алюминиевый сплав NiAl (36,8 Al) медно-алюминиевый-никелевый сплав, марганцево-медный сплав (90% Mn), титано-никелевый сплав TiNi.
На чертеже представлен общий вид теплообменного аппарата с U-образной съемной рубашкой и жестко закрепленной своими концами на внутренней поверхности рубашки спирально.
Теплообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с эллиптическим днищем 2 и крышкой 3, патрубков входа 4 и выхода 5 рабочей жидкости 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 и 12 для подачи и отвода теплоносителя. На внутренней поверхности рубашки 8 жестко закреплена своими концами 13 и 14 направляющая спираль 15, при этом цилиндрический корпус 1, рубашка 8 и спираль 15 выполнены из материала, обладающего эффектом памяти.
Для герметичного соединения съемной U-образной рубашки 8 с корпусом 1 и днищем 2 между фланцами 6, 9, 7 и 10 установлены соответственно прокладки 16 и 17 с соединительными элементами (например, болтами, шайбами или гайками; в данном примере использованы болты 18) и соединительными элементами (например, шпильками, шайбами или гайками; в данном случае использованы гайки 17).
Теплообменный аппарат работает следующим образом. Рабочую жидкость подают внутрь корпуса 1 по патрубку 4 и отводят по патрубку 5. Теплоноситель подают в рубашку 8 по патрубку 11, а отводят из рубашки по патрубку 12. Теплоноситель движется внутри каналов направляющей спирали 12, ускоренно вращаясь вокруг корпуса 1, что приводит к интенсификации процесса теплопереноса от стенки корпуса 1 к теплоносителю в рубашке 8.
При нагревании корпус 1, рубашка 8 и витки направляющей спирали 15, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти, удлиняются. Витки спирали 15, жестко закрепленные только своими концами 13 и 14 на внутренней поверхности рубашки 8, скользят вдоль этой поверхности, не создавая дополнительных температурных напряжений.
После накопления некоторого количества термических отложений на наружной и внутренней поверхности корпуса 1 подачу рабочей жидкости внутрь него прекращают и одновременно прекращают подачу теплоносителя в рубашку 8, а рабочую жидкость по патрубку 5 и теплоноситель по патрубку 12 сливают. Корпус 1 и рубашка 8 охлаждаются и уменьшают свою длину до размеров, какие у них были в холодном состоянии, так как они выполнены из материалов, обладающих эффектом памяти. При этом термические отложения растрескиваются и самопроизвольно отлаиваются от теплопередающих поверхностей корпуса 1 и внутренней поверхности рубашки 8. Затем откручивают гайки с болтов 18 и шпилек 19. Рубашку 8 снимают вместе с направляющей спиралью 15, а оставшиеся термические отложения удаляют с наружной и внутренней поверхности корпуса 1 известными механическими или гидромеханическими методами.
Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменного аппарат с направляющей спиралью 15, жестко закрепленную своими концами 13 и 14 на внутренней поверхности рубашки 8, а цилиндрический корпус 1 с рубашкой 8 и спиралью 15 выполнены из материала, обладающего эффектом памяти, позволяют увеличить производительность за счет уменьшения времени очистки от термических отложений с наружной и внутренней поверхностей корпуса 1 при их самопроизвольном растрескивании и отслаивании от этих поверхностей при охлаждении.