«

»

Янв 01

Техника будущего: новые технические решения технологических задач

Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник для тепловой обработки пищевых жидкостей (Пат. № 2110181 РФ, А23 С3/02) предназначен для реализации более эффективного процесса теплообмена, улучшения энергетических и массогабаритных характеристик установок, содержащих устройства для тепловой обработки жидких пищевых продуктов.

На рис. 15.50 изображен предлагаемый теплообменник, который цилиндрический корпус 1 со слоем теплоизоляции 2, имеющий патрубки 3 и 4 для вывода межраструбной среды, трубные доски 5, в которых закреплены теплообменные трубы 6 и 7, прокладки 810 из эластичного материала, трубные решетки 11 и 12, торцевые крышки 13, имеющие патрубки ввода 14 и вывода 15 охлаждаемой среды. На одной из труб 6 выполнен патрубок 16 ввода нагреваемой трубной среды, а на одной из труб 7 – патрубок 17 ее вывода. Эластичные прокладки 8 и 10 имеют выемки 18 и 19, соединяющие рядом расположенные трубы и служащие для перетока, соответственно, нагреваемой и охлаждаемой трубной среды. Эластичные прокладки 10 имеют также выемки 29, соединяющие рядом расположенные трубы и служащие для ввода или вывода охлаждаемой трубной среды соответственно через патрубки 15 и 14, расположенные на крышках 13, которые с помощью хомутов 20 прижимают к трубным доскам 5 эластичные прокладки 10, 9 и 8 и трубные решетки 11 и 12. С помощью конических выступов 21 и 22 в эластичных прокладках 8 и 9 обеспечивается уплотнение трубного потока, протекающего в трубах 6, 7 и трубе 23. Трубные решетки 11 и 12 имеют с одной стороны своей поверхности конические выемки 24 и 25, повторяющие по форме выступы 20 и 21 в прокладках 8 и 9, но имеющие несколько меньшую глубину, которые при прижиме торцевых крышек 13 к трубным доскам 5 обеспечивают надежную герметичность пространства, с другой стороны своей поверхности имеют выфрезированные канавки 26 глубиной 1,0…1,5 мм, проходящие произвольным образом через все отверстия в трубных решетках 11 и 12. Создаваемый канавками 26 зазор позволяет контролировать герметичность уплотнений в трубных решетках 11 и 12 и, благодаря сообщению его с атмосферой, полностью исключает возможность контакта теплообменивающихся потоков нагреваемой и охлаждаемой трубной среды в результате случайной разгерметизации соединений в трубной решетке. Внутри цилиндрического корпуса 1 в межтрубном пространстве 27 размещены перегородки 28, в которых выполнены в виде сегментов окна, равные по площади проходному сечению патрубка 3, через который подается межтрубный теплоноситель. Перегородки 28 с окнами располагаются в межтрубном пространстве 27 таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразное движение межтрубного теплоносителя.

1

Рис. 15.50. Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник

Рассматриваемый теплообменник работает следующим образом. Продукт на тепловую обработку подается через входной патрубок 16 и одним или несколькими параллельными потоками протекает сначала через все кольцевые зазоры 30, образованные теплообменными трубками 6 и 23, а затем через все одиночные теплообменные трубы 7. На выходе продукт разделяется на два параллельных потока в теплообменной трубе 6, на которой выполнен патрубок 16. Из одного кольцевого зазора 30 или из одной трубы 7 в другую продукт перетекает через выемки 18 в эластичных прокладках 8. В одной из труб потоки (если их несколько) соединяются и выводятся через выполненный на этой трубе выходной патрубок 17.

Прошедший тепловую обработку продукт, вышедший из патрубка 17, в горячем состоянии подается в патрубок ввода 14, расположенный на одной из торцевых крышек 13, который сообщается с выемкой 29 в эластичной прокладке 10. При этом горячий продукт разделяется на несколько параллельных потоков и протекает через все теплообменные трубы 23, нагревая через стенку этой трубы протекающий по кольцевому зазору 30 холодный продукт. Из одной трубы 23 в другую горячий продукт перетекает через выемки 19 в эластичной прокладке 10. После прохождения потоками всех теплообменных труб 23 они соединяются в выемке 29 и выводятся из теплообменника через патрубок 15, расположенный на крышке 13. Подача продукта в теплообменник на тепловую обработку через штуцер 16 и подача на охлаждение горячего продукта через штуцер 14 выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось движение теплоносителей в элементах пучка «труба в трубе» по схеме противотока. Межтрубный теплоноситель (например, пар) подается в патрубок 3 и через окна в перегородках 28 движется зигзагообразно по секциям корпуса 1 теплообменника. Контактируя с поверхностью труб 6 и 7, теплоноситель нагревает протекающий в кольцевом зазоре 30 и трубе 7 продукт и выводится через патрубок 4.

Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник для тепловой обработки пищевых жидкостей, отличается тем, что, часть теплообменных труб выполнена в виде элементов типа «труба в трубе». На концах внутренних труб между эластичными прокладками, прикрепленными к трубным доскам, и торцевыми крышками, имеющими патрубки для ввода и вывода нагревающей трубной среды, установлены две трубные решетки, трубная эластичная прокладка и прокладка с выемками для перетока нагревающей трубной среды из труб одного хода в трубы другого. Кроме того, рассматриваемый теплообменник отличается тем, что трубные эластичные прокладки со стороны трубных решеток имеют конические выступы, уплотняющие внутренние из элементов «труба в трубе» теплообменные трубы. Трубные решетки со стороны трубных эластичных прокладок имеют конические выемки, повторяющие по форме конические выступы в трубных эластичных прокладках, но имеющие несколько меньшую глубину. Трубные решетки имеют на своих поверхностях, обращенных друг к другу, выфрезерованные канавки глубиной 1,0…1,5 мм, проходящие произвольным образом через все отверстия в трубных решетках.

Однокорпусная вакуум-выпарная установка (Пат. № 2077211 РФ, С1/12 В28) предназначена для производства сгущенных молочных продуктов, в том числе и сгущенного молока.

На рис. 15.51 показана вакуум-выпарная установка: а – принципиальная схема, б – виды сверху трубчатого теплообменного калоризатора, трубчатого теплообменника конденсатора, испарителя.

Данная установка устроена следующим образом. Внутри калоризатора 1 установлен трубчатый теплообменник 2. В средней части калоризатора 1 расположен коллектор подвода пара 3, полость которого соединена с полостью калоризатора. Между трубками 4 теплообменника 2 установлены трубы для перепуска вязкого продукта 5. Снаружи калоризатор закрыт теплозащитным покрытием 6. Для регулирования расхода конденсата установлена подпорная шайба 7. Верхняя часть калоризатора 1 соединена с помощью переливной трубы 8 с испарителем 9. В нижней части которого, напротив переливной трубы 7, установлено ребро 10 для устранения вихреобразования. Нижняя часть испарителя 9 с помощью циркуляционной трубы 11 соединена с нижней частью калоризатора 1. Для предотвращения уноса частиц продукта вместе со вторичным паром внутри испарителя 9 установлен отражатель 12. Верхняя часть испарителя 9 соединена с верхней частью конденсатора 13.

Внутри конденсатора 13 установлены пластины 14, разделяющие тракт трубчатого теплообменника 15 на изолированные друг от друга секторы, соединенные между собой последовательно. Нижняя часть корпуса конденсатора соединена с водокольцевым насосом 16. Для контроля за работой установки в специальных гнездах установлены: термометр 17 на калоризаторе, термометр 18 на испарителе, вакуумметр 19 на конденсаторе.

Вакуум-выпарная установка работает следующим образом. Включается водокольцевой насос 16 и создается первоначальный вакуум в трубах калоризатора 1, в испарителе 9 и в межтрубном пространстве конденсатора 13.

1

1

Рис. 15.51. Однокорпусная вакуум-выпарная установка

Пастеризованное молоко поступает в трубчатый теплообменник 2 калоризатора в объеме 120…140 л. Затем в межтрубное пространство калоризатора 1 по коллектору подвода пара 3 поступает греющий пар, который, отдавая тепло молоку, конденсируется на наружных поверхностях труб. Молоко нагревается в трубах теплообменника 2 калоризатора 1 и интенсивно закипает при температуре 55…60 °С. Конденсат при этом отводится через подпорную шайбу 7 из калоризатора 1 в нижнюю часть конденсатора 13. При повышении вязкости сгущаемого продукта, благодаря трубам для перепуска вязкого продукта 5 калоризатора 1, интенсифицируется процесс перетока продукта из калоризатора 1 в испаритель 9. Для устранения потерь тепла на калоризаторе 1 установлено теплозащитное покрытие 6. Вторичные пары вместе с частицами продукта через переливную трубу 8 тангенциально поступают в испаритель 9. Для исключения воронкообразования и более полного отделения продукта от вторичных паров внутри испарителя установлено ребро. В испарителе 9 сгущаемый продукт отделяется от вторичных паров, опускается вниз испарителя 9 и по циркуляционной трубе 11 направляется в калоризатор 1.

Далее вторичные пары, освобожденные от частиц продукта, направляются в межтрубное пространство поверхностного конденсатора 13. Трубчатый теплообменник 15 разделен пластинами 14 на изолированные секторы таким образом, что охладитель проходит последовательно через все секторы. Вторичный пар конденсируется, благодаря чему создается разрежение в системе установки. Образовавшийся в конденсаторе 13 и в калоризаторе 1 конденсат откачивается водокольцевым насосом 16. Контроль за работой установки производится по показаниям термометров 17, 18 и вакуумметра 19.

Однокорпусная вакуум-выпарная установка периодического действия отличается тем, что отношение суммарной площади проходного сечения труб для перепуска вязкого продукта к площади проходного сечения переливной трубы равно 2,0…2,2; отличатся тем, что на наружной поверхности калоризатора установлено теплозащитное покрытие; отличается тем, что в средней части калоризатора установлен коллектор подвода пара; отличается тем, что охлаждающий тракт трубчатого теплообменника конденсатора разделен на несколько изолированных друг от друга секторов, последовательно соединенных между собой; отличается тем, что в нижней части испарителя возле места его соединения с переливной трубой калоризатора установлено ребро, высота которого составляет 0,73…1,46 диаметра переливной трубы.

Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат (Пат. № 2167194 РФ, С12 С13/02) предназначен для использования в минипивзаводах.

На рис. 15.52 представлен общий вид аппарата. Заторно-сусловарочно-фильтра-ционный аппарат представляет собой цилиндрический сосуд 1, снабженный полым валом 4 с просверленными в нем отверстиями, через которые продувается воздух. На его оси установлен фильтрующий элемент 3, выполненный в виде перфорированного цилиндра, приводимый во вращение электроприводом 10, причем для соблюдения технологического процесса отношение объемов фильтрующего элемента и цилиндрического сосуда равно 1,0 : 4,0. Цилиндрический сосуд, который установлен на опорных стойках 8, имеет патрубок 7 для слива охмеленного сусла и патрубки 6 для технического обслуживания, дополнительно снабжен ложным корпусом 2 с просверленными в нем отверстиями для продувания воздушных потоков через патрубки 13. В верхней крышке 5 расположены фиксирующие винты 9 и патрубок 12 для выхода экстрапаров. Нагревание происходит с помощью электрических ТЭНов 11, установленных под сферическим днищем.

В фильтрующий элемент 3 загружаются продукты соложения и подается подогретая до требуемой температуры вода. При этом включается электропривод 10, который приводит во вращение фильтрующий элемент 3. В ложный корпус 2 через патрубки 13 и полый вал 3 подаются под небольшим давлением воздушные потоки, которые позволяют интенсифицировать процесс перемешивания, при этом происходит процесс экстрагирования веществ из затираемых материалов в подогретую до требуемой температуры воду. По окончании процесса осахаренный затор остается в цилиндрическом сосуде 1, а дробина извлекается из фильтрующего элемента 3. Затем в фильтрующий элемент 3, приводимый во вращение электроприводом 10, подается хмель, а в ложный корпус 2 и полый вал 4 подаются воздушные потоки. При кипячении сусла с хмелем происходит интенсивное растворение горьких веществ хмеля и переход их в сусло. Экстрапар удаляется через патрубок 12. По окончании процесса охмеленное сусло выводится из цилиндрического сосуда 1 через патрубок 7, а хмель удаляется из фильтрующего элемента 3. Нагревание затираемой массы и кипячение сусла с хмелем обеспечивается электрическими ТЭНами 11, которые вмонтированы в нижнюю часть цилиндрического сосуда 1 под сферическим днищем аппарата. По окончании процесса через патрубок 6 подается ополаскивающий раствор и происходит промывание аппарата.

1

Рис. 15.52. Заторно-сусловарочный- фильтрационный аппарат

Заторно-сусловарочно-фильтрационный аппарат отличается тем, что в нем совмещены конструкции и функции заторно-сусловарочно-фильтрационного аппарата, для чего он снабжен фильтрующим элементом, выполненным в виде перфорированного цилиндра с возможностью вращения, внутри которого установлен полый вал с просверленными в нем отверстиями для подачи воздуха, при этом соотношение объемов фильтрующего элемента и цилиндрического сосуда равно 1,0 : 4,0; отличается тем, что он имеет дополнительно ложное днище с отверстиями для подачи воздуха; отличается тем, что перемешивание среды осуществляется с помощью воздушных потоков.

Экструдер для производства профильных изделий с регулируемым сечением формующего канала (Пат. № 2161556 РФ, В29 С47/00) может быть использован в отраслях промышленности, применяющих экструзию.

На рис. 15.53. изображен экструдер: а – поперечный разрез, б – положения матрицы при различном живом сечении формующего канала. Экструдер для производства профильных изделий с регулируемым сечением формующего канала, содержит корпус 1, соединенный с ним направляющий фланец 2 и калибрующее устройство (матрицу) 3 с формующим каналом 4.

В направляющем фланце 2 изготовлены по окружности пазы, с установленными в них пружинами 6, противоположными концами контактирующими с пазами матрицы 3, при этом на ее наружной поверхности выполнены наклонные радиальные отверстия, в которых находятся профилеобразующие пластины 5 с закрепленными на концах роликами 7.

1
Экструдер работает следующим образом. Исходный продукт загружается в рабочую камеру экструдера через загрузочную воронку 9 и перемещается в предматричную зону посредством вращающегося шнека 8 и продавливается через формующий канал 4 матрицы 3. Окончательную форму продукт получает проходя через отверстие, образованное формующим каналом 4 и профилеобразующими пластинами 5. Максимальное сечение этого отверстия соответствует проходному сечению формующего канала матрицы. Причем проходное сечение образованного отверстия устанавливается «автоматически» в зависимости от свойств продукта и развиваемого экструдером давления. Так, в случае повышения давления продукта сила, действующая на матрицу 3, превысит силу, с которой пружины 6 удерживают ее в положении равновесия и матрица начнет перемещаться в направлении выхода продукта. Тем самым она заставляет перемещаться профилеобразующие пластины 5 с роликами 7. При перемещении ролики, обкатываясь по копирам, увлекают за собой пластины, которые, перемещаясь, увеличивают живое сечение формующего канала 4, что вызывает снижение давления в предматричной зоне экструдера. Это приводит к уменьшению сил, действующих на матрицу со стороны продукта, и она под действием увеличившихся сил сжатия пружин 6 перемещается в обратном направлении. При достижении баланса сил сжатия пружин и силы давления продукта матрица займет новое равновесное положение, соответствующее оптимальному режиму экструдирования пищевого сырья.

Пределы регулирования, геометрия копира определяются размерами формующих каналов матрицы и реологическими свойствами перерабатываемого сырья. Конструкция экструдера предусматривает возможность замены копира на копир с другой геометрией в случае изменения технологических параметров экструзионного процесса при переходе на новый вид сырья. Наличие сменных копиров с различной геометрией обеспечивает универсальность экструдера для производства профильных изделий, что позволяет перерабатывать широкий спектр материалов. Выполненные в матрице наклонные пазы для размещения профилеобразующих пластин располагаются максимально близко к ее краю с условием соблюдения жесткости конструкции. Это необходимо для устранения застойных зон расплава продукта. Пружины отрегулированы на определенное усилие отжатия, при превышении которого они сжимаются. Технической задачей изобретения является стабилизация давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет «автоматического» варьирования проходного сечения формующего канала, а также расширение области применения.

Экструдер для производства профильных изделий с регулируемым профилем формующего канала отличается тем, что пазы направляющего фланца изготовлены по окружности, в них установлены пружины, противоположными концами контактирующие с аналогичными пазами матрицы, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения по направляющим корпуса параллельно оси шнека, на ее наружной поверхности выполнены наклонные радиальные отверстия, в которых находятся профилеобразующие пластины с закрепленными на концах роликами, контактирующими с копирами, изготовленными в направляющем фланце.

Добавить комментарий