1. Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника

Рисунок 1 – Пластинчатый теплообменник.

Пластинчатый теплообменник получил в последнее время широкое применение в молочном, пивоваренном, винодельческом, консервном и других производствах для нагревания, охлаждения, пастеризации и стерилизации жидкостей, почти не содержащих твердой фазы. Он состоит из штампованных пластин, установленных на горизонтальных штангах, концы которых закреплены в стойках. При помощи нажимной плиты и винта пластины плотно прижимаются одна к другой через резиновые прокладки, приклеенные по периферии пластин и вокруг отверстий для прохода сред. Рабочие поверхности пластин рифленые, что придает им жесткость и обеспечивает турбулизацию протекающих по ним сред.

Таким образом, в собранном теплообменнике между пластинами образуются каналы шириной 2 – 3 мм; по четным каналам движется среда I, по нечетным каналам – среда II. Теплообмен между каналами происходит через стенку пластины, изготовленной из нержавеющей стали толщиной 1 мм. При этом за счет турбулизации потоков и теплообмена в тонком слое коэффициент теплопередачи значительно выше, чем в других теплообменниках.

К

Рисунок 2 – Пластинчатый теплообменник: а – общий вид: 1 – горизонтальные штанги; 2 – штампованные пластины; 3 и 4 – стойки; 5 – нажимная плита; 6 – винт; 7 – резиновые прокладки. б – пластина; в и г – схемы движения потоков.

аждая пластина имеет четыре отверстия. При сборке пластин эти отверстия образуют четыре продольных коллектора. Поток I из коллектора распределяется параллельно между каждой парой пластин, проходит по каналам и выходит к нижнему коллектору. Поток II движет­ся с другой стороны пластин противотоком.

Все пластины в теплообменнике собираются в пакеты. Пакетом называют группу пластин, между которыми продукт или теплоноситель движется только в одном направлении. Например, в секции из девяти пластин при противоточной схеме движения потоков имеется один пакет из четырех параллельных каналов для продукта и один пакет из таких же каналов для теплоносителя. Так как каждый канал ограничен двумя пластинами, то всего в теплообменнике число пластин на единицу больше числа каналов для продукта и теплоносителя вместе взятых. Подобная схема потоков может быть представлена в зашифрованном виде как 4/4. Числитель дроби относится к продукту, а знаменатель – к тепло- или хладоносителю. Числа в числителе или в знаменателе, разделенные знаками плюс, соответствуют количеству пакетов в теплообменнике, соединенных между собой последовательно. Каждое такое число соответствует числу каналов в данном пакете.

Например, дробь (4 + 3 + 4)/(6 + 6) означает, что продукт в теплообменнике движется по трем последовательно расположенным пакетам, причем крайние пакеты состоят из четырех, а средний – из трех параллельных каналов. Хладоноситель движется по двум пакетам, состоящим из шести каналов каждый. Если длина канала одного пакета пластин недостаточна для требуемого нагрева или охлаждения жидкости, то потоки включаются последовательно. При последовательном движении двух потоков через два пакета между данными пакетами ставится одна промежуточная пластина, через угловые отверстия которой меняется направление движения потоков. В зависимости от общей длины канала число последовательно соединенных пакетов может быть два, три и более. В одном пластинчатом теплообменнике с помощью промежуточных пластин часто создают процессы нагревания и охлаждения различными тепло- и хладоносителями.

Пластинчатые теплообменники по сравнению с другими теплообменниками имеют следующие преимущества:

• более высокий коэффициент теплопередачи при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях;

• большая поверхность теплообмена, что достигается гофрированием пластин;

• большая компактность, удобны для сборки и разборки;

• возможность компоновки пластин в пакете при выборе оптимальной схемы и необходимой поверхности теплообмена.

К недостаткам относятся сложность изготовления, возможность забивания поверхностей пластин взвешенными в жидкости твёрдыми частицами.