На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
» » Кожухотрубчатые аппараты (часть 3)

Кожухотрубчатые аппараты (часть 3)

Выпарные аппараты часто работают под разрежением. Выпаривание некоторых растворов, например сахарных, проводится при пониженных температурах кипения, что позволяет предотвратить нежелательные изменения физико-химических свойств компонентов растворов и одновременно использовать греющий пар меньшего давления. Снижение температур кипения достигается путем создания в аппарате, например в испарительной камере, давления ниже атмосферного. Вторичный пар направляется в конденсаторы, где при конденсации пара резко уменьшается его объем и в системе аппарат—паропровод — конденсатор создается разрежение.
В сахарной промышленности, например, такие вакуум-аппараты применяются для уваривания сиропов в процессе варки пересыщенного сиропа для образования кристаллов сахара и максимального обессахаривания межкристальной патоки.
Для обеспечения равномерного процесса кристаллизации одним из важнейших условий является равномерная температура и одинаковое пересыщение межкристальной патоки во всех местах утфельного пространства.
Вакуум-аппараты с подвесной    камерой (рис. 1.15) применяются в сахарной промышленности.
Вакуум-аппарат представляет собой цилиндрический стальной корпус 4 с нижним конусным днищем 12, которое заканчивается затвором- шибером 10 для выпуска утфельной массы. Цилиндрическая часть корпуса изготовляется из двух отдельных сварных царг, соединенных болтами на фланцах с прокладкой из клингерита или асбестового картона. На передней стороне цилиндрической части расположены смотровые окна 3 и арматура для наблюдения за заполнением аппарата, процессом уваривания и кристаллизации. Спускной шибер 10 открывается с помощью ручного штурвала 9. Шибер имеет уплотнение в виде кольцевой резиновой трубки, в которой с помощью гидравлического насоса создается давление до 0,25 МПа.
Вторичный пар, выделяющийся при уваривании сиропа, удаляется через верхнюю часть аппарата, в которой имеется сепаратор (ловушка) 5, и далее отводится в конденсатор. Поверхность нагрева представляет собой камеру, состоящую из двух стальных сварных цилиндров 7—наружного и внутреннего — разной высоты.
К цилиндрической части приваривают трубные решетки 6, в которые ввальцовываются цельнотянутые трубы диаметром 82,5/89 мм. В конической части аппарата имеется дополнительная поверхность нагрева в виде змеевика 11.
Вакуум-аппарат с подвесной греющей камерой
Рис. 1.15. Вакуум-аппарат с подвесной греющей камерой:
1 — патрубок для греющего пара, 2 — циркуляционная труба, 3 — смотровые окна, 4 — цилиндрическая часть корпуса, 5 — сепаратор вторичного пара, 6 — трубные решетки, 7 — наружный и внутренний цилиндры греющей камеры, 8 — кольцевое основание аппарата, 9 — штурвал для открытия шибера, 10 — шибер для спуска утфеля, 11 — змеевик, 12 — коническая часть корпуса

В середине камеры расположена циркуляционная труба 2. Кроме того, камера разделяется внутренней цилиндрической царгой на два отделения, что дает возможность нагревать ее соковыми парами разного давления из выпарной станции и отработанными парами силовых установок. Подвод пара внутрь
камер, в межтрубные пространства, осуществляется через паровые патрубки 1, которые в месте прохода через стенки аппарата уплотняют сальниками. Для отвода аммиачных газов и конденсационной воды из камер предусмотрены специальные штуцера. Камеру подвешивают внутри корпуса к стенкам аппарата, и в случае необходимости она может быть извлечена для ремонта и замены.
Аппарат устанавливается на опорном кольце 8 сварной конструкции из уголковой и листовой стали.
К достоинствам вакуум-аппаратов с подвесными камерами следует отнести простоту конструкции и изготовления камеры, удобство монтажа ее в аппарате, хорошую циркуляцию увариваемого утфеля в нижней конической части аппарата.
Вакуум-аппарат ВАА-400 с подвесной камерой
Рис. 1.16. Вакуум-аппарат ВАА-400 с подвесной камерой: 1 — корпус, 2 — паровая греющая камера, 3 — трубные решетки, 4 — запорный клапан, 5 — гидроцилиндр, 6 — нагревательные трубки, 7 — циркуляционная труба

Аппарат с U-образными трубками
Рис. 1.17. Аппарат с U-образными трубками:
1 — кожух, 2 — перегородка, 3 — U- образные теплообменные трубки, 4 — патрубок для подвода греющего пара, 5 — трубная решетка, 6 — патрубки для подвода и отвода продукта, 7—продуктовая камера, 8 — патрубок для отвода конденсата

Вакуум-аппарат типа ВАА-400 вместимостью 40 т (рис. 1.16) применяется в сахарной промышленности. Цилиндрическая часть корпуса 1 аппарата изготовлена из
отдельных сварных царг. Нижнее конусное днище имеет затвор- шибер для спуска утфельной массы.
Сепаратор вторичного пара встроен в верхнее конусное днище корпуса аппарата. Корпус аппарата неразъемный, этим достигается его полная герметичность. Для замены нагревательных трубок паровая камера может быть поднята и подвешена внутри корпуса.
Греющая камера 2 с площадью поверхности нагрева 170 м2 имеет конические трубчатые решетки 3 с расположенными между ними нагревательными трубками 6 и центральной циркуляционной трубкой 7 диаметром 800 мм. Конические трубные решетки улучшают условия циркуляции, ускоряют спуск готового утфеля и облегчают отвод конденсата. Аммиачные газы удаляются с верхней части трубной решетки паровой камеры.
Сироп подается в нижнюю часть конического днища аппарата под запорный конический клапан 4, управляемый гидроцилиндром 5. Внутри аппарата создается разрежение до 92 кПа. В греющую камеру подается пар давлением 0,2 МПа.
Аппараты нежесткой конструкции. Конструкция их предусматривает возможность компенсации разницы температурных удлинений трубок и корпуса. Они делятся на аппараты с U-об- разными трубками, аппараты с одной подвижной трубной решеткой, не скрепленной жестко с кожухом, и аппараты с сальниковым креплением трубок в решетках.
На рис. 1.17 показана схема двухходового теплообменного аппарата с U-образными трубками. Аппараты этого типа имеют только одну трубную решетку, что снижает их массу, трубчатка легко вынимается — это облегчает очистку наружных поверхностей трубок; отсутствие сальниковых устройств упрощает конструкцию и повышает надежность аппарата. Несмотря на то что очистка внутренних поверхностей трубок и изготовление трубчаток этих аппаратов затруднены, они все-таки применяются в промышленности.
Конструкция подвижных трубных решеток может быть различна. На рис. 1.18 даны схемы устройства сальника у трубной решетки. Такое устройство позволяет подтягивать сальники во время работы. Однако при больших диаметрах аппаратов трудно обеспечить необходимую непроницаемость уплотнений.
Более надежными являются конструкции плавающих головок, представляющих собой подвижную решетку с крышкой. На рис. 1.19 показана схема плавающей головки закрытого типа в двухзаходном аппарате. Внутри кожуха 3 помещена трубчатка 4 с неподвижной трубной решеткой 1, зажатой во фланце 2 кожуха, и плавающей решеткой 5, к которой при помощи фланца прикреплена крышка 6, образующая продуктовую камеру 8. При удлинении трубок головка трубной решетки свободно перемещается («плавает») в пространстве нижней крышки 7 аппарата.
Устройство сальников у решетокУстройство сальников у решеток
Рис. 1.18. Устройство сальников у решеток:
а, б — сальник во фланце кожуха; в — сальник на кожухе; 1 — кожух; 2 — сальниковое уплотнение; 3 — фланец кожуха; 4 — фланец крышки; 5 — трубная решетка; 6 — крышка; 7 — уплотняющее кольцо
Трубчатка двухходового теплообменника с нижней плавающей головкой закрытого типа
Рис. 1.19. Трубчатка двухходового теплообменника с нижней плавающей головкой закрытого типа: 1 — неподвижная трубная решетка, 2 — фланец кожуха, 3 — кожух, 4 — трубки, 5 — фланец подвижной решетки, 6 — подвижная трубная решетка; 7 — нижняя крышка аппарата; 8 — нижняя продуктовая камера

Трубчатка одноходового теплообменника с сальниковым компенсатором в патрубке
Рис. 1.20. Трубчатка одноходового теплообменника с сальниковым компенсатором в патрубке: 1 — кожух, 2 — трубки, 3 — фланец, подвижной трубной решетки, 4 — подвижная трубная решетка, 5 — крышка подвижной решетки, 6 — крышка аппарата, 7 — сальник, 8 — прижимной фланец, 9 — патрубок для отвода продукта

Одноходовые аппараты могут иметь плавающую головку и сальниковый компенсатор в патрубке для отвода продукта (рис. 1.20). Однако здесь возникают трудности в присоединении патрубка к трубопроводу.
Аппараты с сальниковыми уплотнениями работают при невысоких давлениях в межтрубном пространстве (не выше 0,25 МПа). Аппараты с плавающими головками закрытого типа могут работать при давлении до 1,6 МПа.
Аппараты полужесткой конструкции (рис. 1.21). Имеют специальные компенсаторы температурных деформаций в виде одной или нескольких кольцевых волн-линз 1 на кожухе 2 или упругой кольцевой пластинки, соединяющей трубную решетку с фланцем кожуха. Линзы выполняются штампованными или из кольцевого тора со щелью, разрезанного и сваренного по форме волны, или в виде кольцевой пластины с приваренными к ней: отбортованными частями корпуса. Одна линза обеспечивает небольшие компенсации температурных деформаций (4—5 мм). В целом линзы могут компенсировать деформации в пределах 15 мм.
Элементные (секционные) теплообменники (рис. 1.22). Состоят из последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой кожухотрубчатый аппарат с малым числом нагревательных трубок.
Теплообмениый аппарат полужесткой конструкции
Рис. 1.21. Теплообмениый аппарат полужесткой конструкции:
а — линза, сваренная из двух штампованных частей; б — линза, изготовленная из. тора, разрезанного на три части, и двух плоских колец; в — плоское кольцо, приваренное к отбортованным частям кожуха; г — тор со щелью, приваренный к кожуху; д — кольцевой мембранный компенсатор; е — многоволновой компенсатор («гармошка»); 1 — линза; 2 — кожух аппарата

Схемы элементных аппаратовСхемы элементных аппаратов
Рис. 1.22. Схемы элементных аппаратов:
1 — корпус; 2 — линзовый компенсатор; 3 — трубчатая поверхность теплообмена; 4 — патрубок для ввода теплоносителя в межтрубное пространство; 5 — патрубок для отвода теплоносителя, протекающего внутри нагревательных трубок;  6 — патрубок для перепуска в межтрубное пространство следующего элемента; 7 — патрубок для перепуска в следующий элемент теплоносителя, проходящего внутри трубок; 8 — патрубок для ввода теплоносителя в трубки;   9 — патрубок для отвода теплоносителя из межтрубного пространства

Сочетание нескольких элементов с малым количеством трубок соответствует принципу многоходового кожухотрубчатого аппарата, работающего по наиболее выгодной схеме противотока. Элементные теплообменники (рис. 1.22, а) эффективны в том случае, когда оба теплоносителя движутся с соизмеримыми скоростями без изменения агрегатного состояния. Их также целесообразно применять, если рабочие среды находятся под высоким давлением. Отсутствие перегородок снижает гидравлические сопротивления и уменьшает степень загрязнения межтрубного пространства. Но по сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми теплообменниками элементные теплообменники менее компактны и более дороги вследствие увеличения числа дорогостоящих элементов аппарата — трубных решеток, фланцевых соединений, компенсаторов и пр. Площадь поверхности теплообмена одной секции составляет обычно 0,75—30 м2, число трубок — от 4 до 140.
Большое применение на предприятиях пищевой промышленности находят теплообменные аппараты типа «труба в трубе». Они могут быть неразборными, когда теплообменные трубы и кожух соединены жестко сваркой, или разборными, имеющими распределительные камеры и крышки, соединенные с теплообменными трубками и кожухами при помощи фланцевых уплотнений. Кроме того, они могут быть однопоточными, двухпоточными и многопоточными.
На рис. 1.22,б показана схема однопоточного неразборного теплообменника типа «труба в трубе», который состоит из последовательно соединенных секций; каждая из них представляет собой две соосных трубы различных диаметров. Эти теплообменники пригодны для высоких давлений теплоносителей, просты в изготовлении и монтаже. Благодаря большим скоростям жидкостей имеют высокие коэффициенты теплопередачи. К их недостаткам относятся высокий расход металла и трудность очистки кольцевого канала межтрубного пространства.
Таблица 1.3. Основные характеристики однопоточных и двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе»

Основные характеристики однопоточных и двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе» в соответствии с ГОСТ 9930—78 даны в табл. 1.3.
Многопоточные теплообменники имеют 3, 5, 7, 12 и 22 параллельных потоков при соответствующем числе труб в одном аппарате— 6, 10, 14, 24 и 44. Площадь поверхности теплообмена этих аппаратов при длине труб до 9 м составляет от 3 до 66 м2. Предельные условные давления теплоносителей, движущихся по внутренней и наружной трубам, обычно не превышают соответственно 4,0 и 1,6 МПа.
  • Похожие материалы
    • Выбор типа теплообменного аппарата

      Выбор типа теплообменного аппарата
      13-04-2013
      Выбор типа аппарата должен производиться с учетом перечисленных требований, в зависимости от конкретных условий выбранного теплового процесса. Многообразие видов и
    • Кожухотрубчатые аппараты (часть 2)

      Кожухотрубчатые аппараты (часть 2)
      12-04-2013
      Расположение люков и лазов как в крышках, так и в корпусе аппарата должно обеспечивать удобный осмотр и ремонт аппарата. Люки и лазы должны быть герметичными и не
    • Кожухотрубчатые аппараты (часть 1)

      Кожухотрубчатые аппараты (часть 1)
      12-04-2013
      В соответствии с классификацией рекуперативных теплообменников целесообразно рассмотреть конкретные конструкции аппаратов различного типа. В пищевой промышленности
    • Змеевиковые аппараты. Аппараты с комбинированной

      Змеевиковые аппараты. Аппараты с комбинированной поверхностью теплообмена
      12-04-2013
      В качестве примера на рис. 1 приведена схема холодильника для водно-спиртовых паров с комбинированной поверхностью теплообмена, применяемого в брагоперегонных аппаратах
    • Змеевиковые аппараты. Аппарат с погруженной змеевиковой

      Змеевиковые аппараты. Аппарат с погруженной змеевиковой поверхностью нагрева
      12-04-2013
      Большую группу составляют змеевиковые аппараты. Обладая хорошими теплоэнергетическими показателями, они имеют преимущества перед другими типами аппаратов в простоте