Динамический скребковый теплообменник

Динамический скребковый теплообменник (DSSHE) — это тип теплообменника, используемый для отвода или добавления тепла к жидкостям, в основном пищевым продуктам, а также другим промышленным продуктам. Они были разработаны для решения конкретных проблем, которые препятствуют эффективной теплопередаче. DSSHE повышают эффективность за счет удаления слоев загрязнения , увеличения турбулентности в случае потока с высокой вязкостью и предотвращения образования кристаллов и других побочных продуктов процесса. DSSHE имеют внутренний механизм, который периодически удаляет продукт со стенки теплопередачи. Боковые поверхности очищаются лезвиями из жесткого пластика, чтобы предотвратить повреждение очищаемой поверхности.

Введение

В применяемых технологиях косвенной теплопередачи используются трубы (кожухотрубные теплообменники ) или плоские поверхности (пластинчатые теплообменники). Их цель — передать максимальное количество тепла на единицу площади, создавая как можно большую турбулентность ниже заданных пределов мощности накачки . Типичные подходы к достижению этой цели заключаются в гофрировании трубок или пластин или расширении их поверхности ребрами . Однако эти технологии изменения геометрии, расчет оптимальных массовых потоков и другие факторы, связанные с турбулентностью, становятся менее эффективными при появлении загрязнения , что вынуждает проектировщиков подходить к значительно большим площадям теплопередачи. Существует несколько типов обрастания, включая накопление твердых частиц, осаждение ( кристаллизацию ), седиментацию , образование льда слоев и т. д.

Еще одним фактором, затрудняющим теплообмен, является вязкость . Высоковязкие жидкости имеют тенденцию создавать глубокий ламинарный поток , состояние с очень низкой скоростью теплопередачи и высокими потерями давления , требующими значительной мощности перекачки, часто превышающей пределы конструкции теплообменника. Эта проблема часто усугубляется при обработке неньютоновских жидкостей.

DSSHE был разработан для решения вышеупомянутых проблем. Они увеличивают теплопередачу за счет: удаления слоев загрязнения, увеличения турбулентности в случае потока с высокой вязкостью и предотвращения образования льда и других побочных продуктов процесса.

Описание

Динамические скребковые поверхностные теплообменники имеют внутренний механизм, который периодически удаляет продукт со стенки теплопередачи. Сторона продукта очищается лезвиями, прикрепленными к движущемуся валу или раме. Лезвия изготовлены из жесткого пластика, что предотвращает повреждение царапанной поверхности. Этот материал одобрен FDA для применения в пищевых продуктах.

Типы

В зависимости от расположения лопастей различают три типа ДСШЭ:

Вращающиеся трубчатые DSSHE . Вал расположен параллельно оси трубки, не обязательно совпадающей, и вращается с различной частотой: от нескольких десятков об/мин до более 1000 об/мин. Количество лопастей колеблется от 1 до 4 и может использовать центробежные силы для очистки внутренней поверхности трубки. Примерами являются Waukesha Cherry-Burrell Votator II, Alfa Laval Contherm, Terlet Terlotherm и скребковый поверхностный теплообменник Kelstream. Другой пример — HRS Heat Exchangers R Series или Sakura Seisakusho Ltd. Japan Onlator.
Возвратно-поступательные трубчатые DSSHE . Вал концентричен трубке и движется продольно, не вращаясь. Частота варьируется от 10 до 60 ударов в минуту. Лопасти могут различаться по количеству и форме: от перегородок до конфигураций перфорированных дисков. Примером может служить HRS Heat Exchangers Unicus.
Поворотные пластинчатые ДСШЭ . Лопасти очищают внешнюю поверхность круглых пластин, последовательно расположенных внутри корпуса. Нагревающая/охлаждающая жидкость течет внутри пластин. Частота составляет около нескольких десятков об/мин. Примером может служить HRS Spiratube T-Sensation.

Оценка

Методы вычислительной гидродинамики (CFD) являются стандартными инструментами для анализа и оценки теплообменников и аналогичного оборудования. Однако в целях быстрого расчета оценка DSSHE обычно проводится с помощью специальных (полу) эмпирических корреляций , основанных на π-теореме Букингема :

F = F(D, D', n, ...)

на потерю давления и

Нет = Нет(Re, Re', Pr, Fa, L/D, N, ...)

для теплопередачи, где Nu — число Нуссельта , Re — стандартное число Рейнольдса , основанное на внутреннем диаметре трубки, Re' — удельное число Рейнольдса, основанное на частоте протирания, Pr — число Прандтля , Fa — трение Фаннинга коэффициент , L — длина трубки, D — внутренний диаметр трубки, n — количество лопастей, а точки обозначают любые другие соответствующие безразмерные параметры.

Приложения

Спектр применения охватывает ряд отраслей промышленности, включая пищевую , химическую , нефтехимическую и фармацевтическую . DSSHE подходят для тех случаев, когда продукты склонны к загрязнению, очень вязкие, имеют твердые частицы, чувствительны к нагреву или кристаллизуются.

См. также

Технология перекачиваемого льда

Ссылки

Ботт, Т.Р. (май 1966 г.). Проектирование скребковых поверхностных теплообменников . Том. II, №5. Британская химическая инженерия. стр. 338–339.

Ботт, Т.Р. (ноябрь 2001 г.). Фолить или не фолить . Журнал КЭП. стр. 30–37.

Ботт, TR; Ромеро, JJB (октябрь 1963 г.). Теплопередача через царапанную поверхность . Канадский журнал химической инженерии. стр. 213–219.

Чонг, А. (2001). Исследование скребкового теплообменника в системах производства льда, магистр наук. Диссертация . Университет Торонто.

«Веб-страница проекта скребковых теплообменников» . Институт Смита. Архивировано из оригинала 4 марта 2009 г.

Тяхти, Т. (2004). Кристаллизация суспензионного расплава в трубчатых и скребковых теплообменниках: Дисс . Университет Мартина-Лютера.

«Страница проекта скребкового теплообменника» . Университет Саутгемптона. Архивировано из оригинала 4 марта 2009 г. Проверено 8 сентября 2008 г.