Многоходовой трубчатый теплообменник

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Могилевский технологический институт Министерства образования РБ(73) Патентообладатель Могилевский технологический институт Министерства образования Республики Беларусь(57) Многоходовой трубчатый теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки для обрабатываемой среды, впускной и выпускной патрубки для теплоносителя, наружный и внутренний ряды труб одинакового диаметра, заключенных в трубных решетках по концентрическим окружностям, крышки, закрывающие трубные решетки, выходную центральную трубу и цилиндрические перегородки, расположенные между окружностями, образованными рядами труб, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения выходной центральной трубы определяется по формуле тр 1,272 в ,где тр - площадь поперечного сечения выходной центральной трубы в - площадь поперечного сечения входного патрубка 1,272 - коэффициент пропорциональности,при этом суммарные площади проходных сечений наружного и внутреннего рядов труб равны между 6 и равны площади поперечного сечения выходной центральной трубы, а количество труб в каждом ряду определяется по формуле тр 1,618 где тр - количество труб в каждом ряду тр - диаметр трубы в каждом ряду 1,618- коэффициент пропорциональности.,3497 1 Изобретение относится к молочной и пищевой промышленности, а именно к устройствам для тепловой обработки молока и других жидких пищевых продуктов. Известен многоходовой трубчатый теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки для обрабатываемой среды, впускной и выпускной патрубки для теплоносителя, наружный и внутренний ряды труб одинакового диаметра, заключенных в трубных решетках по концентрическим окружностям, крышки,закрывающие трубные решетки, выходную центральную трубу и цилиндрические перегородки, расположенные между окружностями, образованными рядами труб 1. Тепловая эффективность этого известного устройства повышается увеличением числа ходов греющей среды. Вместе с тем и в этом устройстве проходные сечения рядов труб, выходной центральной трубы и входного патрубка не взаимоувязаны между собой, что создает дополнительные местные сопротивления,снижающие в целом эффективность работы устройства. Задача изобретения - повышение эффективности работы теплообменника. Поставленная задача решается тем, что в многоходовом трубчатом теплообменнике, содержащем цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки для обрабатываемой среды, впускной и выпускной патрубки для теплоносителя, наружный и внутренний ряды труб одинакового диаметра, закрепленных в трубных решетках по концентрическим окружностям, крышки, закрывающие трубные решетки, выходную центральную трубу и цилиндрические перегородки, расположенные между окружностями, образованными рядами труб, согласно изобретению, площадь поперечного сечения выходной центральной трубы определяется по формуле тр 1,272 в ,(1) где тр - площадь поперечного сечения выходной центральной трубы в - площадь поперечного сечения входного патрубка 1,272 - коэффициент пропорциональности,при этом суммарные площади проходных сечений наружного и внутреннего рядов труб равны между бй и равны площади поперечного сечения выходной центральной трубы, а количество труб в каждом ряду определяется по формуле где тр - количество труб в каждом ряду тр - диаметр труб в каждом ряду 1,618- коэффициент пропорциональности. Использование формулы (1) позволяет определить площади проходных сечений каждого из рядов труб и выходной центральной трубы с учетом площади проходного сечения входного патрубка а также, с учетом температурного расширения нагреваемой среды и возможных загрязнений внутренней поверхности в процессе эксплуатации, диаметры труб в каждом ряду и выходной центральной трубы. Применение формулы (2) полученной из формулы (1) позволяет получить равенство проходных сечений наружного и внутреннего рядов труб в зависимости от размеров входного патрубка и диаметра труб в каждом ряду и площади поперечного сечения выходной центральной трубы. Это позволит получить одинаковое гидравлическое сопротивление на всех основных участках теплообмена. Таким образом применение формул (1) и (2) позволит обеспечить технический результат - повышение эффективности работы за счет создания равномерного температурного поля на всех участках нагрева обрабатываемой среды и снижения общего гидравлического сопротивления. Если тр 1,272 в, то в этом случае будет иметь место или сужение канала или нежелательное его расширение, что отрицательно скажется на условиях теплообмена за счет изменения гидравлического сопротивления. Если суммарные площади проходных сечений наружного и внутреннего рядов труб не равны между собой и не равны площади поперечного сечения выходной центральной трубы, то в этом случае будет иметь место разное гидравлическое сопротивление на всех участках теплообмена и, как следствие, ухудшение теплообмена за счет неравномерного температурного поля. Еслитр 1,618 в , то в этом случае нельзя получить одинаковое проходное сечение для наружного итр 2 внутреннего рядов труб, что также ухудшит условия теплообмена. Сущность изобретения поясняется чертежами - на фиг. 1 изображена схема предлагаемого теплообменника, на фиг. 2 - сечение А-А фиг 1. Теплообменник состоит из цилиндрического корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков для обрабатываемой среды, впускного 4 и выпускного 5 патрубков для теплоносителя, наружного 6 и внутреннего 7 рядов труб одинакового диаметра, заключенных в трубных решетках 8 и 9, по концентрическим окружностям, крышки 10 и 11, закрывающие трубные решетки, выходную центральную трубу 12 и цилиндрические перегородки 13 и 14, меньшей длины чем,длина межтрубного пространства, установленных коаксиально в межтрубном пространстве, отделяя кольцевые ряды труб, и закрепленных через одну на внутренних сторонах трубных решеток, входного коллектора 15, распределяющего поступающую на обработку жидкость во внешний кольцевой ряд труб 6. Трубные решетки 8 и 9 в местах крепления концов труб имеют кольцевые полости 16, соединяющие последовательно два кольцевых ряда труб. 3497 1 Трубные решетки 8,9 и кольцевые ряды труб 6,7 выполнены таким образом, что суммарное проходное сечение наружного и внутреннего рядов труб равны между собой, и равны проходному сечению выходной центральной трубы 12. Теплообменник работает следующим образом. Жидкость поступает на обработку через патрубок 2 и, равномерно распределяясь в коллекторе 15, за счет равенства проходных сечений кольцевых рядов труб 6,7 и выходной центральной трубы 12, попадает в наружный ряд труб 6, предварительно нагревается теплоносителем, имеющим на выходе из межтрубного пространства минимальную температуру, проходит кольцевую полость 16 трубной решетки 9, поступает во внутренний кольцевой ряд труб 7, где нагревается до более высокой температуры, и так далее. Окончательная температурная обработка проводится в выходной трубе 12 и, имея максимальную температуру, жидкость поступает в выходной патрубок 2. В свою очередь теплоноситель поступает через патрубок 4 в межтрубное пространство и, огибая перегородки 13 и 14, отдав теплоту обрабатываемой жидкости, выходит через патрубок 5. Так как проходные сечения наружного ряда труб, внутреннего ряда труб и выходной центральной трубы равны между собой, то имеет место равномерный нагрев обрабатываемой среды. В то же время, площадь проходного сечения в местах нагрева больше площади поперечного сечения входного патрубка в 1,272 раза, что необходимо для компенсации температурного расширения обрабатываемой среды и возможных загрязнений при эксплуатации внутренних поверхностей труб. Таким образом, имеет место равенство скоростей движения обрабатываемой среды и, как следствие равномерная температурная обработка на всех участках нагрева. Коэффициент пропорциональности 1,272 обосновывается тем, что 1,2721,618 , 1,618 - значение знаменателя Золотой пропорции. Формула (2) получается преобразованием формулы (1). Площадь поперечного сечения ряда труб выраженная через их диаметр и количество, и подставленная в формулу (1)тр 2 4 где тр - диаметр трубы тр - количество труб в ряду. Количество труб В итоге получается формула (2). Таким образом, только соблюдение всех отличительных признаков позволяет обеспечить технический результат равномерное температурное поле на всех участках нагрева обрабатываемой среды и снижение общего гидравлического сопротивления и, повышение, тем самым, эффективности работы устройства. Предложенный многоходовой трубчатый теплообменник позволяет сократить время обработки продукта, создать равномерное температурное поле на всех участках нагрева обрабатываемой среды и снизить общее гидравлическое сопротивление, убрать застойные зоны, снизить возможность образования нагара на рабочих поверхностях во время эксплуатации и т.д., т.е. выгодно отличается эффективностью работы. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.