Самостійна робота № 17 Тема. Характеристика теплообмінників

План

1. Характеристика теплообмінників.

2. Основні види, схеми теплообмінників, що застосовуються у харчових виробництвах.

Загальна характеристика теплообмінників ,що застосовуються у харчових виробництвах. Усі теплообмінні апарати поділяються на два основних типи: поверхневі теплообмінники і теплообмінники змішування. В апаратах першого типу теплообмін між середовищами здійснюється через розділяючу перегородку, у другому – теплообмінні середовища перемішуються між собою.

Поверхневі теплообмінники поділяють на групи (мал.8.1):

– з відкритою гріючою поверхнею (теплообмінники з проміжною поверхнею нагрівання);

– із сорочками (паровими, водяними, високотемпературними теплоносіями);

– із внутрішньою поверхнею нагрівання;

– з поверхневими нагрівачами без теплоносіїв;

– трубчасті; – зрошувальні;

– пластинчасті; – панельні;

– спіральні; – шнекові.

Мал. 8.1. Схеми поверхневих теплообмінників:

І – з відкритою нагріваючою поверхнею: 1 – нагріваючий елемент; 2 – гріюча поверхня; 3 – об’єкт, що нагрівається;

ІІ – з сорочкою: 1 – патрубок для входу гріючого агенту; 2 – сорочка; 3 – корпус апарату;

4 – патрубок для виходу гріючого агента;

ІІІ – з внутрішньою поверхнею нагрівання:

а – з електронагрівачем: 1 – корпус апарату; 2 – електронагрівач; б – з трубчатим нагрівачем: 1 – корпус апарату; 2 – трубчатий нагрівач; 3 – патрубок для виходу гріючого агента; 4 – патрубок для входу гріючого агенту;

ІV – з поверхневими нагрівачами без теплоносіїв: а – циліндричний: 1 – гнучкі нагрівачі; 2 – корпус апарату; б – трубчасті: 1 – труба для нагріваючої рідини; 2 – гнучкі нагрівачі; в – з вогневим обігрівом: 1 – горілка; 2 – корпус апарату;

V – трубчасті: а – одноходовий: 1 – корпус апарату; 2 – труби; 3 – патрубок входу гріючого агент 4 – патрубок для виходу нагріваючої рідини; 5 – верхня кришка; б, 8 – трубні решітки; 7 – патрубок для виходу гріючого агенту; 9 – нижня кришка; 10 – патрубок для входу нагріваючої рідини; б – багатоходовий: 1 – корпус апарату; 2 – міжтрубні перегородки; 3 – труби;4 – патрубок для виходу гріючого агенту; 5 – патрубок для входу нагріваючої рідини; б, 13 - вертикальні перегородки; 7 — патрубок для виходу рідини, що нагрівається; 8, 12 - кришки; 9, II - трубні ґрати; 10- патрубок для входу гріючого агент; в-апарат «труба в трубі»: 1-труба для рідини, що нагрівається; 2- патрубок для виходу гріючого агенту; 3-труба для гріючого агенту; 4-патрубок для входу гріючого агента;

VІ - зрошувальний:1-розподільний (приймальний) жолоб; 2-труби; 3-калачі;

4- приймальний жолоб;

VII — пластинчастий: 1 — пластини; 2 — вихід рідини, що нагрівається; 3-вхід гріючого агента; 4-вхід рідини, що нагрівається; 5-вихід гріючого агента;

VIII- панельні - 1-вхід рідини, що нагрівається; 2 - панель; 3 - вхід гріючого агента; 4-вихід рідини, що нагрівається; 5-вихід гріючого агента;

IX- спіральний - 1-патрубок для входу рідини, що нагрівається; 2- теплообмінна перегородка; 3 - патрубок для входу гріючого агенту4 - патрубок для виходу рідини, що нагрівається; 5-патрубок для виходу грючого агенту,

Х - шнековий.I - корпус апарату; 2 — пустотілий вал шнека; 3 — завантажувальний бункер; 4— шнек; 5 — вивантажувальний бункер;

XI— теплова труба: 1-зона нагріву; II—зона теплопередачі; III—зона охолодження; 1— корпус труби, 2, 4 — настановні перегородки; 3-фільтри.

В апараті з відкритою гріючою поверхнею (мал.8.1, I) матеріал встановлюється на плиту, що виконує роль гріючої поверхні. Теплота гріючої поверхні приймається від нагрівального елемента.

У теплообмінних апаратах із сорочкою (мал. 8.1, II) гріючий агент надходить у простір між сорочкою і корпусом апарата.

Теплообмінники з внутрішньою гріючою поверхнею (мал.8.1,ІІІ, а, б) є різних типів, але у всіх гріюча поверхня розташована всередині рідини, яка нагрівається.

В апаратах з поверхневими нагрівачами (мал. 8.1, IV, а, б) немає теплоносія. Теплота передається від нагрівача до стінок апарату. До апаратів цього типу відносять теплообмінники, у яких стінки обігріваються відкритим полум'ям

(мал. 8.1, IV, в).

На практиці застосовують трубчасті теплообмінники різних конструкцій

(мал.8.1,V). У деяких з них (мал.8.1,V, а) гріюча рідина поступає у труби, а у міжтрубний простір подається гріючий агент. В одноходових трубчастих теплообмінниках можна створити плівковий плин. Для цього рідина подається зверху на спеціальний розподільник рідини в такій кількості, що вона не заповнює весь переріз труб, а лише утворить тонку плівку на їхній внутрішній поверхні. В плівкових трубчастих апаратах плівка піднімається знизу догори. Це досягається за рахунок створення вакууму.

В багатохідних трубчастих апаратах (мал.8.1, V, б) гріюча рідина за рахунок встановлення перегородки рухається в одній частині апарата догори, в іншій – вниз. Для створення потоку гріючого агента у міжтрубному просторі встановлені перегородки.

В апараті типу "труба в трубі" (мал.8.1, V, в) гріюча рідина рухається по внутрішній трубі, гріючий агент -у кільцевому зазорі між внутрішньою і зовнішньою трубами.

В зрошувальних охолоджувачах охолоджувана рідина, виходячи через дрібні отвори розподільного жолобу (мал.8.1, VI), зрошує поверхню труб . Всередині труб рухається охолоджений або гріючий агент.

У пластинчастих теплообмінних апаратах (мал.8.1,V, II) потоки теплообмінних середовищ рухаються назустріч один одному в зазорах між пластинами.

У панельних теплообмінниках (мал.8.1, VIII) гріюча рідина надходить у панелі, що обігріваються ззовні. При цьому обігрів здійснюється теплоносієм або відкритим полум'ям.

В спіральних теплообмінних апаратах (мал.8.1,IX) теплообмінна перегородка виконана у вигляді спіралі, по витках якої рухаються теплообмінні середовища.

Шнекові теплообмінні апарати (мал.8.1,X) застосовуються для обробки в’язких і сипких матеріалів. Теплоносій може надходити в шнек і сорочку або тільки в шнек, або тільки в сорочку.

Теплова труба теплообмінника - герметично закрита, частково заповнена рідиною (водою, спиртом, хладоном) з високою теплотою паротворення, теплопровідністю і змочуваністю, низькою в'язкістю і великим поверхневим натягом. Труба має три зони: нагрівання, перенесення, охолодження (мал.8.1, XI). У зоні нагрівання рідина закипає, пара проходить по зоні перенесення і потрапляє в зону охолодження, де пара, віддавши теплоту, конденсується. Завдяки капілярним силам конденсат по порах фільтра знову повертається в зону нагрівання. Теплові труби знайшли своє застосування в хлібопекарських печах.

Теплообмінники змішування.

Схеми теплообмінників змішування зображені на мал. 8.2. В апараті для змішування рідин у резервуарі (мал.8.2, а) гаряча рідина через перфорований наконечник у вигляді тонких струмин надходить в об’єм холодної рідини.

У струминних теплообмінниках (мал. 8.2, б) гаряча і холодна рідини зіштовхуються одна з одною і змішуються.

В апаратах для змішування рідин у радіальних потоках (мал.8.2, в) теплообмін між рідинами, що змішуються здійснюється в радіально розширених і звужених потоках. Розширення потоку має місце в зазорі над перегородками без отворів, звуження в зазорі над перегородками з центральним отвором.

В апаратах для нагрівання рідин барботуванням (мал. 8.2, г) пара через сопло входить у змішуючий дифузор і захоплює за собою воду, завдяки цьому здійснюється її циркуляція.

В апаратах для нагрівання рідин пором у потоці (мал.8.2, д), що працюють за принципом "пар у рідину", він проходить через перфоровану перегородку й у вигляді окремих струмків, які пронизує шар рідини.

А парати, що працюють за принципом "рідина в пару" (мал. 8.2, е), мають корпус з перфорованою перегородкою, проходячи через який рідина потрапляє в паровий простір у виді крапель.

Мал. 8.2. Схеми теплообмінників змішування:

а – для змішування рідин у резервуарі:

1 – патрубок з перфорованим наконечником для гарячої рідини;

2–резервуар

б–для струминного змішування рідин:

1 – патрубок із соплом для гарячої рідини;2-камера змішування; 3 – патрубок із соплом для холодної рідини; 4 – патрубок для виходу суміші;

в – для змішування рідин у радіальних потоках: 1 – корпус апарата; 2 – радіальна перегородка з центральним отвором;3–радіальна перегородка без отворів; 4 – патрубок для входу гарячої рідини; 5 – патрубок для входу холодної рідини; 6 – патрубок для виходу суміші;

г – для нагрівання рідини барботуванням пари: 1–паропровід; 2– сопло; 3 –змішувальний дифузор; 4 – резервуар для нагрівання води; 5 патрубок для відводу води і конденсату;

д – для нагрівання рідини пором у потоці за принципом пар у рідину: 1 – патрубок для пари;

2 – перфорована перегородка; 3 – патрубок для виходу нагрітої рідини; 4 – патрубок для входу холодної рідини;

е – для нагрівання рідини пором у потоці за принципом рідина в пару:1 – патрубок для пари;

2 – корпус апараті; 3 – перфорована перегородка; 4 – патрубок для входу холодної рідини;

5 – патрубок для виходу нагрітої рідини.

Усі розглянуті теплообмінники можуть бути поділені на безперервно діючі (протитечійні) і періодично діючі. До останніх відносяться всі апарати, в яких охолодження середовища здійснюється в теплообміннику протягом усього процесу. До них, наприклад, відносяться апарати із сорочкою, апарати для нагрівання рідин гарячою рідиною, парою в резервуарах.

Основні види теплообмінників, що застосовуються у громадському харчуванні. Їх можна поділити на основні типи: I) з відкритою гріючою поверхнею, 2) із сорочкою, 3) з усередині розміщеною поверхнею нагрівання, 4) з поверхневими нагрівачами без теплоносіїв, 5) із променистим нагріванням; 6) з променево-конвективним нагріванням; 7) з безпосереднім контактом теплообмінних середовищ.

В громадському харчуванні застосовують теплові апарати з введенням електроструму в продукт теплоносія (так зване електродне нагрівання).

Апарати з відкритою поверхнею гріючою поверхнею називають апаратами з проміжною поверхнею плит (мал. 8.1, I). Плити виконують роль проміжних поверхонь, тому що від поверхні, що обігрівається (плити) теплота передається не продукту, а стінці ємності, у якій знаходиться продукт. Як джерело теплоти в плитах можуть бути електроенергія і вогневий обігрів.

Розповсюдженими в громадському харчуванні теплообмінниками є апарати із сорочками: за видом теплоносія; за способом одержання і підведення цього теплоносія; за способом нагрівання теплоносія. За видом теплоносія серед апаратів із сорочкою - з водяним, пароводяним, паровим обігрівом. Відомі апарати із сорочкою, у яких використовуються високотемпературні теплоносії. За способом одержання теплоносія їх поділяють: з підведенням теплоносія з централізованих джерел і з автономним одержанням теплоносія. За способом нагрівання теплоносія, що одержується автономно- апарати з нагріванням від електронагрівників і від пари та апарати з сорочками з вогневим обігрівом.

А парати з сорочками поділяються за формою апарату та сорочки: прямокутні, циліндричні з плоским, конічним, циліндричним, напівсферичним , з так званими видавленням.