Кожухотрубный многоходовой теплообменник

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Автор Синяков Анатолий Леонидович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Кожухотрубный многоходовой теплообменник, содержащий оборудованный входным и выходным патрубками кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и вертикально пучок теплопередающих труб, трубы поперечных рядов которого при помощи перепускных камер, которыми оборудованы трубные доски, соединены последовательно и образуют змеевидные нагреватели холодной жидкости, которые содержат прямоточные и противоточные нагревательные элементы и подключены к распределительному и собирающему коллекторам холодной жидкости, отличающийся тем, что змеевидные нагреватели холодной жидкости выполнены из труб с прямоугольным поперечным сечением, а их каждый противоточный нагревательный элемент выполнен из п труб с суммарным проходным сечением для холодной жидкости, равным проходному сечению трубы прямоточного нагревательного элемента, при этом трубы противоточного нагревательного элемента установлены в ряд с горизонтальными зазорами между собой и прямоточными нагревательными элементами и входами и выходами соответственно присоединены к нижней и верхней перепускным камерам. 58252009.12.30 Предлагаемое техническое решение относится к теплообменникам, которые используются в технологических процессах химических и пищевых производств. Известна конструкция теплообменника, используемая в технологических процессах пищевого производства 1. Известный теплообменник содержит оборудованный входным и выходным патрубками для горячей жидкости кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и вертикально пучок теплопередающих труб, трубы поперечных рядов которого при помощи перепускных камер, которыми оборудованы трубные доски, соединены последовательно в змеевидные регистры, подключенные входными и выходными соответственно к распределительному и собирающему коллекторам холодной жидкости, которые оборудованы соответственно входным и выходным патрубками трубные перегородки, расположенные по высоте труб трубного пучка и обеспечивающие перекрестное движение теплообменивающихся жидких сред, проходящих через теплообменник. Теплообменник работает следующим образом. Холодная жидкость по половине труб змеевидных регистров движется вниз, а по второй половине - вверх. За счет трубных перегородок, которыми оборудован теплообменник, горячая жидкость движется перпендикулярно теплопередающим трубам трубного пучка. При перекрестном движении теплообменивающихся жидких сред через теплообменный аппарат происходит нагрев холодной жидкости за счет части теплоты горячей. К недостаткам известного теплообменника следует отнести сложность его конструкции и эксплуатации. Сложность конструкции теплообменника обусловлена наличием в его конструкции большого числа трубных перегородок, обеспечивающих многоходовое прохождение горячей жидкости через теплообменник. Сложность эксплуатации обусловлена сложностью очистки теплообменной поверхности трубного пучка от органических и неорганических отложений, содержащихся в горячей жидкости и уменьшающих тепловую мощность теплообменника по мере увеличения слоя отложений. Наиболее близкой к заявляемой конструкции кожухотрубного многоходового теплообменника является теплообменник, содержащий оборудованный входным и выходным патрубками для горячей жидкости кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и вертикально пучок теплопередающих труб, трубы поперечных рядов которого соединены при помощи перепускных камер, которыми оборудованы трубные доски, последовательно и образуют змеевидные с прямоточными и противоточными трубами регистры, подключенные входами и выходами соответственно к распределительному и собирающему коллекторам холодной жидкости 2. Горячая жидкость движется сверху вниз через межтрубные пространства трубного пучка, а холодная - по вертикальным трубам змеевидных регистров, при этом в половине труб регистров обеспечивается нагрев холодной жидкости при прямоточном, а во второй половине труб - при противоточном движении теплообменивающихся жидкостей. Недостатком работы теплообменника является его пониженная эффективность работы, которая выражается в пониженной его тепловой мощности, идущей на нагрев холодной жидкости. Пониженная эффективность работы теплообменника обусловлена малой тепловой мощностью, которая передается от горячей жидкости к холодной при помощи прямоточных теплопередающих труб змеевидных регистров из-за низкого температурного напора при прямоточном движении теплообменивающихся жидкостей, который на 30 меньше температурного напора при противоточном движении теплообменивающихся жидкостей. Задачей предлагаемой полезной модели кожухотрубного многоходового теплообменника является повышение эффективности его работы. Поставленная задача решается тем, что в известном кожухотрубном многоходовом теплообменнике, содержащем оборудованный входным и выходным патрубками для го 2 58252009.12.30 рячей жидкости кожух, в котором расположены верхняя и нижняя трубные доски и вертикально пучок теплопередающих труб, трубы поперечных рядов которого при помощи перепускных камер, которыми оборудованы трубные доски, соединены последовательно и образуют змеевидные нагреватели холодной жидкости, которые содержат прямоточные и противоточные нагревательные элементы и подключены к распределительному и собирающему коллекторам холодной жидкости, змеевидные нагреватели холодной жидкости выполнены из труб с прямоугольным поперечным сечением, а их каждый противоточный нагревательный элемент выполнен из п труб с суммарным проходным сечением для холодной жидкости, равным проходному сечению трубы прямоточного нагревательного элемента,при этом трубы противоточного нагревательного элемента установлены в ряд с горизонтальными зазорами между собой и прямоточными нагревательными элементами и входами и выходами соответственно присоединены к нижней и верхней перепускным камерам. При выполнении змеевидных нагревателей холодной жидкости из труб с прямоугольным поперечным сечением и каждого нагревательного элемента из п труб с суммарным проходным сечением для холодной жидкости, равным проходному сечению трубы прямоточного нагревательного элемента, обеспечивается равный расход холодной жидкости через нагревательные элементы при равенстве скорости жидкости в нагревательных элементах и увеличивается тепловая мощность теплообменника за счет увеличения его теплообменной поверхности. Так, если в известном теплообменнике нагреватели холодной жидкости выполнены из труб с круглым поперечным сечением, например с проходным сечением в 200 мм, то выполнение нагревателей из труб с прямоугольным поперечным сечением (2010 мм) увеличивает теплообменную поверхность теплообменника в 1,2 раза за счет увеличения периметра прямоугольных труб. Еще большее увеличение теплообменной поверхности достигается при выполнении противоточных нагревательных элементов из двух труб с поперечным сечением 1010 мм. В этом случае теплообменная поверхность противоточных нагревательных элементов увеличивается в 1,6 раза. Общая теплообменная поверхность теплообменника при выполнении прямоточных и противоточных нагревательных элементов змеевидных нагревателей холодной жидкости из прямоугольных труб в приведенном примере увеличивается в 1,4 раза, в результате чего увеличивается тепловая мощность теплообменника. Сущность предлагаемой полезной модели кожухотрубного многоходового теплообменника поясняется графическими изображениями на фиг. 1 изображен поперечный разрез теплообменника по - на фиг. 2 на фиг. 2 - вид теплообменника сверху по - на фиг. 1. Кожухотрубный многоходовой теплообменник содержит кожух 1. оборудованный входным 2 и выходным 3 патрубками для горячей жидкости, в котором расположены верхняя 4 и нижняя 5 патрубные доски, в которых закреплены теплопередающие трубы 6,7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 поперечных рядов трубного пучка. Кроме того, теплообменник содержит распределительный 15 и собирающий 16 коллекторы холодной жидкости, расположенные на верхней 4 трубной доске и оборудованные входным 17 и выходным 18 патрубками верхние 19 и нижние 20 перепускные камеры, которыми оборудованы трубные доски 4, 5. Трубы 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 поперечных рядов трубного пучка при помощи перепускных камер 19 и 20 соединены последовательно и образуют змеевидные нагреватели холодной жидкости, которые содержат прямоточные нагревательные элементы 21, выполненные из труб 6, 9, 12, и противоточные элементы 22, выполненные из параллельных труб 7, 8, 10, 11, 13, 14, и подключены к распределительному 15 и собирающему 16 коллекторам холодной жидкости. Для повышения эффективности работы теплообменника змеевидные нагреватели холодной жидкости выполнены из труб с прямоугольными поперечными сечениями (фиг. 2),при этом каждый противоточный нагревательный элемент 22 выполнен из п труб с суммарным проходным сечением для холодной жидкости, равным проходному сечению тру 3 58252009.12.30 бы прямоточного нагревательного элемента 21. Так как противоточный нагревательный элемент 22 выполнен из двух труб 7, 8, то суммарное проходное сечение этих труб (7, 8) равно проходному сечению трубы 6 прямоточного нагревательного элемента 21. Трубы 7,8 10, 11 13, 14 каждого противоточного нагревательного элемента 22 установлены в ряд с горизонтальными зазорами между собой и прямоточными нагревательными элементами 21 и входами и выходами соответственно присоединены к нижним 20 и верхним 19 нагревательным камерам. Заявляемый теплообменник работает следующим образом. Горячая жидкость подается в кожух 1 через входной патрубок 2 и движется к выходному патрубку 3 через межтрубное пространство змеевидных нагревателей холодной жидкости. Одновременно с этим холодная жидкость из распределительного коллектора 15 поступает в змеевидные нагреватели, состоящие из последовательных соединений труб 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 при помощи перепускных камер 19 и 20 и подключенные входами и выходами к распределительному 15 и собирающему 16 коллекторам холодной жидкости. При движении горячей жидкости по межтрубному пространству сверху вниз, а холодной жидкости по трубам 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 змеевидных нагревателей осуществляется передача части теплоты от горячей жидкости холодной при прямоточном движении теплообменивающихся жидкостей в трубах 6, 9, 12 и противоточном движении - в трубах 7,8 10, 11 13, 14. В результате такого теплообмена трубы 6, 9, 12 являются прямоточными нагревательными элементами 21, а трубы 7, 8 10, 11 13, 14 - противоточными нагревательными элементами 22. Тепловая мощность теплообменника равна сумме тепловых мощностей прямоточных 21 и противоточных 22 нагревательных элементов змеевидных нагревателей холодной жидкости, при этом при постоянном коэффициенте теплопередачи теплообменника тепловая мощность нагревательных элементов зависит от величины температурного напора и теплообменной поверхности нагревательных элементов. При выполнении прямоточных нагревательных элементов 21 из прямоугольных труб 6 их теплообменная поверхность увеличивается в 1,2 раза, а при выполнении каждого противоточного нагревательного элемента из двух прямоугольных труб их общая теплообменная поверхность увеличивается в 1,6 раза. Выполнение змеевидных нагревателей из труб с прямоугольным поперечным сечением приводит к увеличению теплообменной поверхности теплообменника в 1,4 раза, в результате чего увеличивается тепловая мощность теплообменника, т.е. повышается эффективность его работы. Таким образом, в процессе работы заявляемого кожухотрубного многоходового теплообменника происходит достижение поставленной технической задачи повышение эффективности работы теплообменника за счет выполнения змеевидных нагревателей холодной жидкости теплообменника из труб с прямоугольным поперечным сечением. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4