Теплообменное устройство к аппаратам для выращивания микроорганизмов

 

Использование: микробиологическая промышленность, теплообмен в аппаратах для выращивания микроорганизмов. Сущность изобретения: теплообменное устройство содержит коллекторы для подвода и отвода хладогента, подключенные к ним вертикальные теплообменные трубы, внутри которых установлены одна над другой цилиндрические вставки в виде обечаек, с укрепленными на них конусообразными направляющими потока и установленными соосно каждой обечайке устройствами для струйной турбулизации пленки жидкости. На внешней поверхности конусообразных направляющих выполнены сферические лунки, отношение диаметка которых к их глубине составляет 2 - 9. 7 ил.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к теплообменным устройствам, предназначенным для отвода тепла в процессе биосинтеза.

Известно теплообменное устройство к аппаратам для выращивания микроорганизмов, содержащее коллекторы для подвода и отвода хладагента, подключенные к ним вертикальные теплопередающие трубы, внутри которых установлены цилиндрические вставки и конусообразные направляющие.

Недостатком известного устройства являются низкие значения коэффициента теплопередачи из-за недостаточной турбулизации пленки хладагента.

Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому является теплообменное устройство к аппаратам для выращивания микроорганизмов, содержащее коллекторы для подвода и отвода хладагента, подключенные к ним вертикальные теплопередающие трубы внутри которых установлены цилиндрические вставки в виде обечаек, размещенных на расстоянии друг от друга по высоте теплопередающих труб с укрепленными на них конусообразными направляющими и установленными соосно каждой обечайке устройствами для струйной турбулизации пленки.

Недостатком данного устройства также является недостаточная турбулизация стекающей жидкостной пленки и, следовательно, недостаточно высокие значения Re пленки.

Цель изобретения повышение коэффициента теплопередачи за счет дополнительной турбулизации пленки.

Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем коллекторы для подвода и отвода хладагента, подключенные к ним вертикальные теплопередающие трубы, внутри которых установлены цилиндрические вставки в виде обечаек, размещенных на расстоянии друг от друга по высоте теплопередающих труб с укрепленными на них конусообразными направляющими и установленными соосно каждой обечайке устройствами для струйной турбулизации пленки, на конусообразных направляющих выполнены сферические лунки, отношение диаметра которых к их глубине составляет 2:9.

На фиг. 1 изображено теплообменное устройство к аппаратам для выращивания микроорганизмов; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 схема расположения сферических лунок на поверхности конусообразной направляющей; на фиг. 5 геометрические характеристики сферической лунки; на фиг. 6 график зависимости относительного коэффициента теплоотдачи от отношения диаметра лунки к ее глубине; на фиг. 7 график зависимости средней теплоотдачи от значения Re.

Теплообменное устройство к аппаратам для выращивания микроорганизмов 1 содержит два коллектора 2 и 3 для подвода и отвода хладагента, подключенные к ним вертикальные теплопередающие трубы 4, внутри которых установлены цилиндрические вставки, состоящие из отдельных обечаек 5. Обечайки размещены на расстоянии друг от друга по высоте теплопередающих труб 4. К нижней части каждой обечайки прикреплена конусообразная направляющая 6 для хладагента. Обечайка 5 снабжена устройством для струйной турбулизации пленки хладагента, которое состоит из кольца 7, установленного соосно обечайке, и конуса 8, укрепленного снаружи кольца большим основанием вниз. Конус 8 образует зазор со стенкой теплопередающей трубы 4 для формирования пленки постоянного сечения. Кольцо 7 и обечайка 5 крепятся к трубе 4 с помощью центрирующих направляющих 9. Верхние концы труб 4 размещены в коллекторе 2 и выполнены с тангенциальными прорезями 10, расположенными по окружности. На поверхности конусообразных направляющих 6 выполнены расположенные в шахматном порядке сферические лунки 11.

Теплообменное устройство работает следующим образом.

Тепло отводится хладагентом, который из коллектора 2 через прорези 10 поступает в виде закрученной струи на внутреннюю поверхность вертикальных теплопередающих труб 4. На некотором расстоянии от верхнего торца вертикальных труб (примерно 40-50 см) степень закрутки уменьшается вследствие трения на стенке, а в дальнейшем полностью исчезает. Для интенсификации процесса теплосъема теплообменные трубы снабжаются установленными по высоте обечайками 5 с устройствами для струйной турбулизации пленки. Достигнув устройства для струйной турбулизации пленки, жидкость разделяется на два потока. Первый поток, формируемый кольцевым сечением, образованным конусом 8 и стенкой трубы 4, обеспечивает смачивание жидкостной пленкой внутреннего периметра теплопередающей трубы 4. Второй поток переливается через кольцо 7 и под действием гравитационных сил падает на конусообразную направляющую 6, в лунках 11 которой автогенерируются смерчеобразные вихревые потоки, резко повышающие степень турбулизации гравитационно стекающей жидкостной пленки, что способствует повышению коэффициента теплопередачи. Наибольший эффект от самогенерации смерчеобразных вихрей наблюдается при Re ≥ 10⁴, что подтверждается данными экспериментальных исследований (фиг. 7).

Формула изобретения

ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО К АППАРАТАМ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащее коллекторы для подвода и отвода хладоагента, подключенные к ним вертикальные теплообменные трубы, внутри которых установлены одна над другой цилиндрические вставки в виде обечаек, с укрепленными на них конусообразными направляющими потока и установленными соосно с каждой обечайкой устройствами для струйной турбулизации пленки жидкости, отличающееся тем, что на внешней поверхности конусообразных направляющих выполнены сферические лунки, отношение диаметра каждой из которых к глубине лунки составляет соответственно 2 : 9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7