Пластинчатые теплообменники – виды, устройство, принципы

Теплообменники (т\о) применяют для домашнего и заводского пивоварения. Их используют для охлаждения и поддержания температуры сусла — жидкости, которую извлекают при варке хмельных напитков.

Как используют теплообменники в пивоварении

При создании хмельного напитка пивное сусло сначала нагревают до 110 °С, обеспечивая стерильность отвара. Чтобы запустить брожение, горячее сусло охлаждают до 25 °С. Для этого используют теплообменное оборудование. Также его используют, чтобы кипятить сусло и пастеризовать пиво. Теплообменные аппараты помогут и в решении следующих задач:

• Охлаждении сусла В корпусе теплообменника есть два входных и выходных отверстия, к которым подключаются шланги. По одному из шлангов течет горячее сусло, по другому — холодная вода. Таким образом сырье быстро остужается.
• Поверхностном кипячении Тепло, передаваемое от нагревательного элемента, заставляет жидкость нагреваться и превращаться в пар. Далее он проходит через теплообменник и конденсируется, освобождая тепло. Оно возвращается к жидкости, что поддерживает процесс кипячения.
• Нагревании сусла и пива Тепло, передаваемое от горячей воды или пара, заставляет сусло нагреваться и начинать процесс брожения. Устройство может регулировать температуру этой жидкости, позволяя получить желаемый вкус.
• Конденсации Теплообменник может использоваться в процессе дистилляции, когда пары жидкости конденсируются на его поверхности и собираются в отдельный резервуар.

Конструкция

Разборный пластинчатый теплообменник состоит из таких элементов:

• Корпуса. Изготавливается из неподвижных и прижимных плит, между которыми зажаты пластины.

• Пластин и уплотнений. Пластины объединяют так, чтобы получился пакет пластин. Тепло проходит через поверхность пластин. Чтобы пакет пластин сохранял герметичность, монтируют уплотнения. Сделаны из нержавеющей стали шириной до 0,5.
• Направляющих. Гарантируют правильную укладку пластин при сборке. Детали, обеспечивающие жесткость конструкции. Они дают возможность собрать пакет теплообменных пластин.
• Шпилек. Зажимают пластины между плитами корпуса.
• Опорных стоек. Удерживают теплообменные аппараты в вертикальном положении, обеспечивают крепкую опору на месте установки.

Принцип работы

Существует несколько вариантов охлаждения сусла.

• С помощью двухсредного пластинчатого теплообменника 

Процесс проходит в один проход. На выходе получается охлажденное до определенной температуры пиво. Такой аппарат оптимален для охлаждения сусла до двух тонн в час. Если объем больше, то лучше приобретать трехсредный вариант или охлаждать в 2 ступени.

• С помощью трехсреднего пластинчатого теплообменника

Сусло в таком теплообменнике охлаждается с помощью сразу двух охладителей, один из которых вода, а второй – пропиленгликоль. Такой вид теплообменника нужно использовать, если необходимо охлаждать от двух тонн в час.

• С помощью двухходового пластинчатого теплообменника

Охлаждение проходит в два захода. Применение аппарата такого типа рекомендуется, когда объем воды ограничен, поскольку он может охладить тысячу литров сусла с 90 до 18 °С за час, используя при этом 1м³/ч. S обмена составляет примерно 4,4 м².

• В две ступени двумя устройствами

Принцип действия такой же, как у трехсредного т/о, но применяются две отдельно стоящих системы. В такой теплообменник можно добавлять дополнительные пластины, чтобы увеличивать мощность аппарата для повышения объема охлаждения.

Виды

Существует 2 вида теплообменников:

• Паяные — подходят для домашнего использования или маленьких пивоварен.
• Разборные — оптимальны для больших пивоваренных предприятий.

Преимущества пластинчатого теплообменника

Главный плюс — высокая эффективность, которая превосходит производительность других видов т/о. Для охлаждения пластинчатому теплообменнику требуется в 4–6 раз меньше времени, чем другим. Теплообменник компактен и занимает немного места. Допускает модернизацию: можно повысить мощность или добавить пластин, чтобы увеличить объем охлаждаемой жидкости. Пластинчатые теплообменники имеют ряд преимуществ перед другими типами: высокая эффективность передачи тепла, компактный размер и возможность быстрой замены пластин при необходимости.

Минусы теплообменных аппаратов

Высокая производительность оборудования повышает расход холодной воды. Она может подаваться самотеком при условии хорошего напора в водопроводе. Но чаще для этого требуется докупить насос для циркуляции воды в устройстве, чтобы поддерживать постоянную температуру.

Как выбрать теплообменник самостоятельно

Обращайте внимание на такие моменты:

• Какой объем пива нужно охлаждать за час. Очень важный параметр для расчета аппарата, поскольку от него зависит тип т/о, который подойдет под конкретный запрос.
• Время на охлаждение. Т\о применяются для качественного и быстрого охлаждения сусла благодаря высокой скорости перемещения среды внутри пластин. Но различные модели оборудования справляются с задачей с разной скоростью.
• Вид теплоносителя для охлаждения сусла. В качестве среды можно использовать самые популярные виды теплоносителя — воду или пропиленгликоль.
• Во сколько ступеней будет проходить охлаждение: в одну или две. Иногда объема теплоносителя не хватает для охлаждения сусла в одну ступень.
• Ширина каналов между пластинами. В разборных теплообменниках на пищевом производстве этот показатель может быть от 3 до 5 мм.
• Простота установки. Для монтажа теплообменного оборудования может использоваться молочная гайка — это самый популярный вид быстроразъемного соединения.
• Техническое обслуживание. Уточните, сколько времени будет уходить на промывку оборудования. Например, в простых конструкциях промывка может занимать до двух часов.

Чтобы купить пластинчатый теплообменник для охлаждения пива, обратитесь к менеджерам Stoking. Специалисты помогут выбрать аппарат под ваши нужды, оформят заказ, ответят на интересующие вопросы.

Теплообменник используется для обмена тепла между двумя средами. Работа такого механизма основывается на взаимосвязях греющей и нагреваемой жидкостей. Помимо этого, существуют системы, в которых изменяется микросостояние сред, благодаря чему происходит конденсация, испарение, смешение. Принцип действий устройства бывает смесительной (когда смешиваются холодные и горячие среды), регенеративной (когда поверхность по очереди омывается разными средами), рекуперативной (когда тепло от нагретого теплоносителя передаются через стенку). Применяется в:

• Хим. промышленности;
• Коммунальном хоз-ве;
• Металлургии;
• Энергетике.

Виды теплообменников

По взаимодействию сред

Поверхностные Предполагается, что среды таких аппаратов не перемешиваются друг с другом. Передача тепла в теплоносителях происходит через поверхности — пластины или трубки в пластинчатых и кожухотрубных соответственно. Также такие системы можно назвать рекуперативными. В таком случае, жидкости неодинаковых температур проходят по установке, не смешиваясь друг с другом, а тепло в этот момент проходит через металлическую стенку. По такому принципу строится работа котлов, нагревателей, испарителей, охладителей, а также конденсаторов. Смесительные Также известны как контактные. В их основе лежит непосредственный контакт двух веществ. Они помогают охлаждать и нагревать твердые, жидкие и газообразные вещества. Также поддерживают конденсацию паров, испарений и кристаллизации. Зачастую их применяют, чтобы охладить или нагреть среду с помощью специального раствора или газа. Контактные теплообменники широко используется для изменений температур растворов и кристаллизации растворенного компонента. Также для охлаждения или нагрева растворов промежуточными теплоносителями, твердых частиц и тел газами, и жидкостями. Контактный теплообменник часто используют в работе энергетической промышленности, а также в очистке сточных промышленных вод. Чтобы попытаться объяснить специфику контактных теплообменников в двух словах, то можно сравнить его с тем, когда человек дует на горячий напиток, чтобы остудить его. Их разделяют на:

• Нагревательные;
• Охладительные;
• Испарительные;
• Плавительные;
• Конденсаторные;
• Кристаллизаторные.

По внутреннему строению

Кожухотрубные Теплообменник такого вида сделан из кожуха (это сосуд с высоким внутренним давлением) с большим пучком из труб внутри. Получается, что одна среда протекает между трубок, а другая — по трубкам. Получается, что движение среды происходит внутри кожуха. Такая конструкция используется, чтобы передавать тепло специальными потоками. Есть три типа кожухотрубных теплообменников:

• С трубными решетками – фиксированными

Решетка плотно закрепляется в кожухе с помощью сварочных швов. Популярная конструкция, позволяющая проводить очистку труб механическим и химическим способами.

• U-образные теплообменники

Пучок кожухотрубных систем, состоящий из трубок в форме буквы U. Из-за одной свободноплавающий стороны тепловой расширитель можно использовать без компенсаторов. Но с такими отводами проблематично работать, а также очищать их.

• С плавающей головкой

Самый простой в обслуживании вид теплообменника, поскольку задняя решетка не прикреплена к корпусу. Такие теплообменники могут сохранять работоспособность при температуре свыше 93,33°C. Также конструкции функционируют даже в экстремальных ситуациях.

Пластинчатые Такой теплообменник применяют в химической и пищевой промышленностях. Одно из самых больших преимуществ этого теплообменника – это высокая эффективность теплопередачи. Дело в том, что пластины, которые должны разделять жидкости, тоньше, чем другие материалы, поэтому тепловые потери снижаются, увеличивая скорость передачи тепла. Из оребренных труб Они используются в обычной жизни: автомобильные радиаторы, внутренние и наружные кондиционеры. А также охладители, которые применяются, когда невозможна эксплуатация вторичного ресурса. Если для охлаждения нельзя использовать воду, конструкцию обдувают вентиляторы. Спиральные Могут работать в среде с высокой вязкостью или механическим включением, которое ведет к образованию осадков. При этом возможны только незначительные потери давления. Для каждой из рабочих сред необходима механическая очистка. Спиральное строение позволяет конструкции сохранять компактные размеры, обладать низкими расходами электричества, а также иметь эффективную теплопередачу.

По типу передачи тепла

Регенеративные Движение теплоносителей имеет периодичный характер. Пользуются популярностью для охлаждения и нагрева воздушных масс. В таких устройствах на одну поверхность нагрева воздействует горячая и холодная жидкости. Например, в автомобиле теплообменник используется для охлаждения двигателя. Он работает так: жидкость, которая охлаждает двигатель, проходит через трубки внутри теплообменника. В то же время, воздух, который проходит через радиатор, охлаждает жидкость, которая находится внутри трубок. Это позволяет сохранять двигатель в хорошем состоянии и предотвращать перегрев.

Среды в аппарате делятся на группы

Жидкость с жидкостью; Пар с жидкостью; Пар с паром. Помимо этого, популярностью пользуются сочетания пара с жидкостью, газа с газом, а также жидкости с газом. Также они делятся по направлению движения:

• Противоточные – это холодные и горячие жидкости, движущиеся в противоположных направлениях.

• Прямоточные – это холодные и горячие среды, движущиеся в одном направлении.

• Поперечные – это холодные и горячие жидкости, которые движутся под углом в 90°C относительно друг друга.

Организация теплообменника

Одно из современных устройств в аппарате – пластинчатый разборный. Его создают из подвижных и неподвижных прижимных плит, имеющих отверстия. Они помогают подсоединиться с помощью патрубков по элементам трубопровода. В середине расположены пластины из титана или нержавеющей стали. Между рядами устанавливается уплотненная прокладка, невосприимчивая к высоким температурам и давлению. Это делает конструкцию герметичной.

Как действуют теплообменники

Теплообменное оборудование работает с помощью специального раствора: он перемещается по собственными каналам, сделанным из гофоропластин. Пластины расставлены именно так, чтобы каждая жидкость при работе уходила в собственный канал, чередующийся через одну пластину. Пластины конструкции идентичны, поэтому их монтаж происходит легко. Также теплообменник содержит в себе четыре коллектора, которые помогают при вводе и выводе серед. При этом почти все пластины взаимодействуют друг с другом: только первая и последняя не участвуют в работе. Существует два государственных стандарта, которые регулируют перемещение жидкости в трубах. ГОСТы — №6357 и №12815. Пластины устанавливают параллельно друг другу. Так теплообменная конструкция образуют каналы, по которым проходит среда, благодаря чему начинается теплообмен. Получается, что пластина — одна из важнейших частей в теплообменнике. Ее создают почти из любых сплавов стали любой подходящей толщины. Для герметичности на ней предусмотрены упругие резиновые уплотнения.

Подбор теплообменника

Можно найти идеальный теплообменник, подходящий почти для любых нужд. При этом существуют большие различия между конструкциями, жидкостями и техническими характеристиками аппарата. Все эти факторы сильно влияют на конструкцию агрегата, его расчеты, особенности и даже габариты. Важно обращать внимание на:

• Необходимый класс жидкости и ее свойства;
• Мощность теплообменника;
• Габариты конструкции;
• Расход на устройство.

Вывод

Теплообменный аппарат – это устройство, передающее тепло между нагретыми и холодными средами. Теплообменники пользуются большой популярностью, поэтому с каждым годом их строение меняется. Сейчас, например, большую популярность набирают пластинчатые, вытесняя с рынка кожухотрубные, поскольку первые намного проще и универсальней в использовании. Они популярны в:

• Пищевой промышленности

Для помощи в производстве пива, спирта, масла, сахара, молочных продуктов. Эта система применяется для пастеризации продукции, охлаждения и испарения.

• Металлургии

Применяются для охлаждения температуры воздуха на металлургических заводах, потому что печи, станки и другие системы, вырабатывают огромное количество тепла, которое мешает комфортной работе. Чтобы температура воздуха внутри цехов быстро уменьшилась, прибегают к помощи теплообменников.

• Строении судов

Применяют в системе охлаждения двигателя. Интересно, что в качестве среды тут может выступать морская вода или специальные моторные масла любой вязкости.

Теплообменные аппараты поддерживают температуру воды в отопительных системах зданий или промышленных предприятий. Для подсоединения теплообменников к трубопроводам ГВС (горячего водоснабжения) выполняют процедуру обвязки. В процессе формируют узлы терморегулирования — они предназначены для контроля температурного и воздушного обмена.

Зачем нужна обвязка

Пластинчатый теплообменник в составе ГВС — центральный компонент системы. Для снабжения системы отопления горячей водой используют разборный или паяный аппарат. Эффективность последнего выше за счёт сварного соединения пластин. Благодаря такой конструкции тепло распределяется по пластинам равномерно. Теплообменник повышает температуру воды до 70 °C для ГВС. Также агрегат отвечает за нагрев теплоносителя до 95 °C в системах с паровыми и водогрейными котлами. К аппаратам подключают устройства для контроля и регулирования основных показателей — температуры, давления и объёма жидкости.

Используемое оборудование

Для обвязки пластинчатого теплообменника используют следующее оборудование.

Циркуляционный насос

Необходим для прокачки теплоносителя через пластинчатый теплообменник. Состоит из электромотора с крыльчаткой (рабочее колесо) и корпуса с муфтами для подсоединения фитингов и труб. При монтаже циркуляционного насоса важно сохранить горизонтальное положение оси ротора двигателя. В ином случае ресурс системы сокращается, подшипники могут заклинить, а мотор — сгореть.

Манометр

Предназначен для контроля давления рабочей среды. Для обвязки теплообменника используют несколько разновидностей устройств:

• Пружинные. Под давлением пружина внутри манометра сжимается, меняя направление стрелки циферблата.
• Мембранные. Принцип действия — как у предыдущего типа, но в качестве основного элемента используется мембранная коробка или упругая пластина.
• Электроконтактные. Подходят для подключения к циркуляционному насосу. Когда стрелка показывает предварительно заданное значение, цепь замыкается или разъединяется. Такая система быстро сигнализирует об изменении давления.

Регулирующий клапан

Данная арматура оснащена электроприводом. Крутящий момент от электромотора передаётся на затвор. Это автоматизирует процесс регулирования, а также позволяет работать с большими нагрузками. Устройство предназначено для изменения объёма и давления нагнетаемой среды. Запорные элементы устанавливают на все участки трубопровода, что позволяет полностью отключить пластинчатый теплообменник на время профилактических работ.

Тепловые датчики

Подразделяются на несколько типов:

• Регуляторы. Предназначены для изменения температуры подогреваемой воды. Для нагрева объём рабочей среды необходимо увеличить, для охлаждения — уменьшить. Этот процесс осуществляется при закрытии или открытии запорной арматуры. Другой способ заключается в перенаправлении теплоносителя в обратную сторону по байпасу.
• Приборы контроля. Они бывают показывающими и отправляющими. С первыми требуется прямое взаимодействие персонала. Вторые отправляют данные в вычислитель или контроллер для управления аппаратурой теплового пункта.
• Приборы учёта. Предназначены для сравнения объёма и температуры теплоносителя на входе и выходе теплообменника. Полученные данные позволяют сделать вывод о количестве потребляемого тепла.

Чтобы избежать загрязнения подводящих труб и попадания взвесей в теплообменник, используются грязевые фильтры. Вентили развоздушивания помогают отвести воздух при заполнении теплообменника в обоих контурах. Возле портов аппарата устанавливаются ниппели с наружной резьбой и запорными кранами для опустошения агрегата в целях его промывки. На нагреваемых контурах теплообменника ставят предохранительные клапаны между нагреваемой и запорной полостями. Отсутствие запорных элементов может привести к повреждению резиновых прокладок при несоблюдении правил запуска.

Варианты обвязки

Выделяют две основные схемы подсоединения теплообменника к системе ГВС.

Одноступенчатая параллельная 

Подача воды в теплообменник осуществляют через верхний патрубок, нижний предназначен для её выхода. Установка циркуляционного насоса производится на подающий трубопровод в контур подачи теплоносителя. Параллельно устанавливается резервное устройство схожей мощности. При наличии в схеме ГВС обратной магистрали используется тепло воды, протекающей по закрытому контуру. К ней примешивают водопроводную. Итоговая смесь нагнетается в теплообменник. Температура на выходе изменяется с помощью электронного блока. Он управляет клапаном, установленным на линию запуска теплоносителя. В этом случае получается недорогая и простая в реализации схема, которая экономит полезное пространство рабочего помещения. Недостаток такой системы обвязки теплообменников — отсутствие подогрева холодной воды.

Двухступенчатая 

Для такой схемы характерно использование двух теплообменников. С одной стороны первого аппарата применяют обратную магистраль отопительной системы. С другой подаётся холодная водопроводная вода. Это позволяет нагреть воду на 1/3 или на половину от нужной температуры. Контур первого теплообменника подключается с байпасом, игловой вентиль которого меняет объём теплоносителя. Такую обвязку монтируют последовательно. Она не требует регулировки. Достаточно установить четыре шаровых вентиля по одному на каждый отвод, а также обратный клапан для подачи холодной воды. Другой теплообменник подключают параллельно отопительной системе. Обвязка второй ступени идентична схеме одноступенчатого параллельного подключения. Отличие в том, что через неё проходит теплоноситель от котла и нагретая вода с первой ступени. Двухступенчатая схема имеет два варианта подключения пластинчатого теплообменника.

Смешанная

Такую схему подключения теплообменников используют для обогрева зданий общественного назначения. Как и для параллельной, в случае с данной обвязкой обязательно понадобится температурный регулятор. Преимущество — экономия теплоносителя, поскольку входной поток прогревается от воды, протекающей по обратной магистрали. В то же время, наличие двух теплообменников усложняет конструкцию, делая её дороже.

Последовательная

Входящий поток разделяется на две части. Первая идёт через регулятор, вторая — через систему подогрева. Смешиваясь, эти потоки оказываются в отопительной системе. Такая система обвязки теплообменников способствует более рациональному расходу теплоносителя. Она даёт равномерную тепловую нагрузку на сеть за одни сутки. В отличие от параллельной схемы обвязки, экономия теплоносителя при такой конструкции составляет 60%. Если сравнивать со смешанным вариантом подключения теплообменников, потребление уменьшится на 25%. Несмотря на достоинства, эта схема не способствует полной автоматизации теплового пункта. Вода в отопительной сети может перегреваться, что снижает срок эксплуатации теплообменников. Для обоих вариантов подключения понадобятся расчёты высокой точности. Всё это значительно усложняет установку аппаратуры и процесс эксплуатации систем. Чтобы ваша система отопления работала эффективно и экономично, обращайтесь к профессионалам. Специалисты компании «Феникс» качественно и быстро осуществят обвязку теплообменников на вашем объекте.