СЕКЦИЯ ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Полезная модель относится к конструкции секций трубчатых теплообменников, которые предназначены для оснащения вертикальных охладительных кристаллизаторов преимущественно в сахарной промышленности.
Уровень техники
Общеизвестно, что растворимость твердых веществ тем меньше, чем ниже температура жидкого растворителя. Поэтому для высаживания таких веществ из жидких технологических сред используют охладительные кристаллизаторы, включающие:
в частности, вертикальный цилиндрический корпус, подключенный к источнику насыщенного раствора и к подходящему средству отвода охлажденной суспензии на фильтрование,
многосекционный трубчатый теплообменник, подключенный к системе циркуляции жидкого хладагента типа воды или антифриза, и
механический (например, гидравлический) привод плавного вертикального возвратно-поступательного перемещения теплообменника внутри указанного корпуса, который обеспечивает эффективный теплообмен и смывание осадка высаженного твердого вещества с теплообменных поверхностей.
2
Именно такие охладительные кристаллизаторы высотой до 36,4 м с вертикально колеблющимися теплообменниками используют для дополнительного извлечения сахара из утфеля последнего продукта в сахарном производстве, ибо они даже при вместимости до 1000 т и площади охлаждающей поверхности до 1100 м занимают относительно малые {производственные площади (см. сайт  германской фирмы ВМА).
Теплообменники таких кристаллизаторов состоят из унифицированных секций, закрепленных на вертикальных стояках, которые одновременно служат для перемещения всех секций вверх-вниз и для ввода свежего и вывода отработанного жидкого хладагента.
Типичная известная секция трубчатого теплообменника (см. там же или статью Mario-Llano-Restrepo "Modelling and Simulation of Vertical Continuos Cooling Crystallizers for the Sugar Industry”//Ind.Eng/Chem/Res/, 2005, 44. 9244-9263) имеет в плане вид по меньшей мере одинарной ломаной спирали Архимеда. Такая секция целиком сварена из множества расположенных под разными непрямыми углами отрезков труб различной длины и оснащена опорным каркасом в виде радиально ориентированных поперечных связей. Средствами подключения описанной секции к системе циркуляции жидкого хладагента и к приводу через упомянутые стояки служат отогнутые входная и концевая части трубчатой спирали.
Очевидно, что такая секция чрезмерно сложна по конструкции и нетехнологична, ибо может быть собрана лишь путем сварки множества стыков в труднодоступных местах межтрубного пространства и не допускает расчленения на компактные блоки, габариты которых позволят беспрепятственно транспортировать их к месту монтажа.
Сущность полезной модели
В основу полезной модели положена задача путем изменения формы и взаиморасположения отдельных труб создать существенно более простую и технологичную секцию трубчатого теплообменника, пригодную для транспортировки по частям.
Поставленная задача, решена тем, что в секции трубчатого теплообменника для оснащения вертикальных охладительных кристаллизаторов, имеющей
опорный каркас,
присоединенные к этому каркасу теплообменные трубы с сообщающимися полостями и
средства для подключения секции к системе циркуляции жидкого хладагента,
согласно изобретательскому замыслу
опорный каркас выполнен в виде пары промежуточных относительно длинных трубных досок и пары внешних относительно коротких трубных досок, которые вертикально ориентированы, параллельны одна другой и имеют одинаковую высоту,
для формирования теплообменных поверхностей использованы теплообменные трубы двух типоразмеров по длине, при этом пучок относительно длинных теплообменных труб пропущен сквозь отверстия в средней части указанной пары промежуточных трубных досок и закреплен по торцам в указанной паре внешних трубных досок и два пучка относительно коротких теплообменных труб закреплены по торцам только в боковых частях указанной пары промежуточных трубных досок, а
для обеспечения циркуляции хладагента внутри секции боковые поверхности трубных досок, в которые открыты торцы теплообменных труб, оснащены полыми накладками.
Теплообменная часть такой секции содержит прямые теплообменные трубы только двух типоразмеров. Торцы всех этих труб обрезаны только под прямыми углами и могут быть легко вварены или завальцованы в соответствующие отверстия трубных досок в заводских условиях, а сами эти доски могут состоять по меньшей мере из двух частей, собираемых в целое только при окончательном монтаже секций трубчатых теплообменников перед их установкой в охладительные кристаллизаторы. Таким образом, предложенная секция проста по конструкции, технологична и допускает расчленение на компактные блоки, габариты которых позволят беспрепятственно транспортировать их к месту монтажа.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что теплообменные трубы расположены в секции по меньшей мере на двух уровнях. Это позволяет легко развивать поверхность теплообмена в крупногабаритных охладительных кристаллизаторах.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что теплообменные трубы расположены на разных уровнях в шахматном порядке. Это облегчает сброс осадка с них по мере кристаллизации выделяемого из насыщенного раствора твердого вещества.
Краткое описание чертежей
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы секции трубчатого теплообменника со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг.1 - секция трубчатого теплообменника (аксонометрическая проекция);
фиг.2 - фрагмент сечения секции с фиг.1 (аксонометрическая проекция);
фиг.3 - один из примеров организации потоков жидкого хладагента внутри секции (вид в плане);
фиг.4 - секция согласно фиг.1, разрезанная на две части для транспортировки (аксонометрическая проекция);
фиг.5 - схема монтажа нескольких секций трубчатого теплообменника в корпусе охладительного кристаллизатора (аксонометрическая проекция).
Наилучшие варианты воплощения полезной модели
Предложенная секция трубчатого теплообменника, которая предназначена для оснащения вертикальных охладительных кристаллизаторов, имеет (см. фигуры 1 и 2):
опорный каркас в виде пары промежуточных относительно длинных трубных досок 1 и пары внешних относительно коротких трубных досок 2, которые вертикально ориентированы, параллельны одна другой и имеют одинаковую высоту,
теплообменную поверхность, которая сформирована из теплообменных труб двух типоразмеров по длине, причем пучок относительно длинных теплообменных труб 3 пропущен сквозь отверстия в средней части пары промежуточных трубных досок 1 и закреплен по торцам в паре внешних трубных досок 2, а два пучка относительно коротких теплообменных труб 4 закреплены по торцам только в боковых частях пары промежуточных трубных досок 1, и
предназначенные для обеспечения циркуляции хладагента внутри секции полые (например, полуцилиндрические, как показано на чертежах, или многоугольные по форме поперечного сечения) накладки 5 на боковые поверхности трубных досок 1 и 2, в которые открыты торцы теплообменных труб 3 и 4, и
средства для подключения описанной секции к системе циркуляции жидкого хладагента в охладительном кристаллизаторе, которые условно показаны и словесно обозначены на фиг.3 как отверстия в накладках 5 для подвода свежего и отвода отработанного хладагента.
Свободные торцы накладок 5 заглушены, а торцы смежных накладок 5 с сообщающимися полостями закрыты не обозначенными особо (как правило, косыми) крышками (см. фиг.1) Для организации зигзагообразного движения хладагента внутри секции трубчатого теплообменника полости, ограниченные накладками 5 на трубные доски 2, разделены поперечными перегородками 6 (см. фиг.3). Для механического соединения со стояками 7 охладительного кристаллизатора секция трубчатого теплообменника оснащена фиксаторами 8 (см. фигуры 1 и 5). И, наконец, для перетекания хладагента между секциями трубчатых теплообменников предусмотрены переливные патрубки 9 (см. фиг.5).
Теплообменные трубы 3 и 4 могут быть расположены в секции по меньшей мере на двух уровнях. Желательно, чтобы трубы, относящиеся к разным уровням, были расположены в шахматном порядке, как это показано на фиг.1.
Размеры и взаиморасположение трубных досок 1 и 2 выбирают таким образом, чтобы секции трубчатого теплообменника свободно вписывались в поперечное сечение корпуса охладительного кристаллизатора, как это показано на фигурах 3 и 5.
Для удобства транспортировки предложенная секция трубчатого теплообменника может состоять из двух (или более) частей (см. фиг.4).
Работает описанная секция трубчатого теплообменника после монтажа в полости охладительного кристаллизатора следующим образом.
Через один из стояков 7 (фиг.5) в одну из полостей, ограниченных соответствующей накладкой 5, поступает свежий хладагент, который зигзагообразно проходит сквозь пучки теплообменных труб 3 и 4 (в частности, по схеме, показанной на фиг.3) и полости, ограниченные остальными накладками 5 на трубные доски 1 и 2.
Смену направления движения хладагента внутри каждой отдельной секции трубчатого теплообменника обеспечивают поперечные перегородки 6. Хладагент переходит из одной секции в другую через переливные патрубки 9 (см. фиг.5).
В процессе охлаждения весь набор секций трубчатого теплообменника с помощью стояков 7 плавно перемещается вверх-вниз с помощью не показанного особо механического (например, гидравлического) привода.
Промышленная применимость
Предложенная секция трубчатого теплообменника может быть серийно изготовлена на существующих машиностроительных заводах и даже в механических мастерских в виде комплектов трубных досок и соответствующих частей пучков теплообменных труб, пригодных для раздельной транспортировки и последующего монтажа по месту установки.