Dynamický výměník tepla se škrábaným povrchem - Dynamic scraped surface heat exchanger

Dynamický poškrábaný povrch výměníku tepla (DSSHE) je typ výměníku tepla používá pro odstranění nebo pro dodávání tepla do tekutiny, zejména potraviny, ale i dalších průmyslových výrobků. Byly navrženy tak, aby řešily specifické problémy, které brání účinnému přenosu tepla. DSSHEs zlepšit účinnost tím, že odstraní biologické znečištění vrstev, zvýšení turbulence v případě vysoké viskozity proudu, a vyhnout se vytváření krystalů a druhý proces vedlejších produktů. DSSHE obsahují vnitřní mechanismus, který pravidelně odebírá produkt ze stěny pro přenos tepla. Boky jsou oškrábány lopatkami z tuhého plastového materiálu, aby se zabránilo poškození poškrábaného povrchu.


Úvod

Nejdůležitější technologie pro nepřímý přenos tepla používají trubice (skořepinové a trubkové výměníky ) nebo ploché povrchy (deskové výměníky). Jejich cílem je vyměnit maximální množství tepla na jednotku plochy generováním co největšího množství turbulencí pod danými limity čerpacího výkonu. Typické přístupy k dosažení tohoto cíle spočívají ve zvlnění trubek nebo desek nebo prodloužení jejich povrchu žebry . Tyto technologie konformace geometrie, výpočet optimálních hmotnostních toků a další faktory související s turbulencemi se však snižují, když se objeví znečištění , což nutí designéry přizpůsobit výrazně větší oblasti přenosu tepla. Existuje několik typů zanášení, včetně akumulace částic, srážení ( krystalizace ), sedimentace , vytváření ledových vrstev atd.

Dalším faktorem způsobujícím potíže při přenosu tepla je viskozita . Vysoce viskózní kapaliny mají tendenci generovat hluboký laminární tok , což je stav s velmi špatnými rychlostmi přenosu tepla a vysokými tlakovými ztrátami se značným čerpacím výkonem, často překračujícím konstrukční limity výměníku. Tento problém se často zhoršuje při zpracování nenewtonských tekutin.

Dynamické výměníky tepla se škrábaným povrchem (DSSHE) byly navrženy tak, aby čelily výše uvedeným problémům. Zvyšují přenos tepla: odstraňováním zanášejících vrstev, zvyšováním turbulencí v případě toku s vysokou viskozitou a vyhýbáním se tvorbě ledu a dalších vedlejších produktů z procesu.

Základní popis

Dynamické výměníky tepla se škrábaným povrchem obsahují vnitřní mechanismus, který pravidelně odebírá produkt ze stěny pro přenos tepla. Strana produktu je oškrábána lopatkami připevněnými k pohyblivému hřídeli nebo rámu. Čepele jsou vyrobeny z pevného plastového materiálu, aby se zabránilo poškození poškrábaného povrchu. Tento materiál je schválen FDA v případě potravinářských aplikací.

Typy

V zásadě existují tři typy DSSHE v závislosti na uspořádání lopatek:

  1. Rotující, trubkové DSSHE . Hřídel je umístěn rovnoběžně s osou trubice, nemusí být shodný, a otáčí se na různých frekvencích, od několika desítek otáček za minutu do více než 1000 otáček za minutu. Počet lopatek osciluje mezi 1 a 4 a může využívat výhod odstředivých sil k oškrábání vnitřního povrchu trubky. Příkladem jsou Waukesha Cherry-Burrell Votator II, Alfa Laval Contherm, Terlet Terlotherm a výměník tepla se škrábaným povrchem. Dalším příkladem jsou výměníky tepla HRS řady R nebo Sakura Seisakusho Ltd. Japan Onlator.
  2. Pístové, trubkové DSSHE . Hřídel je soustředný k trubce a pohybuje se podélně bez otáčení. Frekvence se pohybuje mezi 10 a 60 údery za minutu. Lopatky se mohou lišit počtem a tvarem, od uspořádání podobných přepážkám až po konfigurace děrovaných kotoučů. Příkladem jsou výměníky tepla HRS Unicus.
  3. Rotující, deskové DSSHE . Čepele otírají vnější povrch kruhových desek uspořádaných v sérii uvnitř skořápky. Topná/chladicí kapalina proudí uvnitř desek. Frekvence je asi několik desítek otáček za minutu. Příkladem je HRS Spiratube T-Sensation.

Vyhodnocení

Techniky výpočetní dynamiky tekutin (CFD) jsou standardními nástroji pro analýzu a vyhodnocování výměníků tepla a podobných zařízení. Pro účely rychlých výpočtů se však hodnocení DSSHE obvykle provádí pomocí ad hoc (semi) empirických korelací založených na Buckinghamově π větě :

Fa = Fa (Re, Re ', n, ...)

pro tlakovou ztrátu a

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

pro přenos tepla, kde Nu je Nusseltovo číslo , Re je standardní Reynoldsovo číslo na základě vnitřního průměru trubice, Re ' je specifické Reynoldsovo číslo na základě frekvence stírání, Pr je Prandtlovo číslo , Fa je Fanningovo tření faktor , L je délka trubice, D je vnitřní průměr trubice, n je počet lopatek a tečky představují všechny další relevantní bezrozměrné parametry.

Aplikace

Řada aplikací pokrývá řadu průmyslových odvětví, včetně potravinářského , chemického , petrochemického a farmaceutického . DSSHE jsou vhodné vždy, když jsou produkty náchylné k zanášení, velmi viskózní, částicové, citlivé na teplo nebo krystalizující.

Viz také

Reference

  • Bott, TR (květen 1966). Návrh stíracích povrchových výměníků tepla . II, č. 5. Britské chemické inženýrství. s. 338–339.
  • Bott, TR (listopad 2001). Faul nebo ne Faul . CEP Magazine. s. 30–37.
  • Bott, TR; Romero, JJB (říjen 1963). Přenos tepla přes poškrábaný povrch . Kanadský žurnál chemického inženýrství. s. 213–219.
  • Chong, A. (2001). Studie výměníku tepla se škrábaným povrchem v aplikacích na výrobu ledu, M. Sc. Práce . University of Toronto.
  • Tähti, T. (2004). Krystalizace suspenze taveniny v trubkových a škrábaných povrchových výměnících tepla, Ph. D. Thesis . Martin-Luther-Universität.