Улиточный теплообменник сочетает две задачи в одной машине: он транспортирует сыпучие материалы, суспензии или пасты и одновременно регулирует их температуру. Устройство может работать как охлаждающая улитка, как нагревающая улитка или как непрерывная линия регулирования температуры, тем самым часто заменяя комбинацию конвейера, теплообменника и смесителя. В этом руководстве вы узнаете, как технически работает улиточный теплообменник, какие конструкции и теплоносители доступны, и в каких отраслях нагревающая или охлаждающая улитка проявляет свои сильные стороны.
Что такое кожухотрубный теплообменник?
Шнековый теплообменник, также называемый тепловой шнековой конвейерной или тепловой шнековой питатель, представляет собой шнековый конвейер с интегрированной поверхностью теплообмена. Пока сыпучий материал проходит по желобу, теплоноситель циркулирует параллельно через полые компоненты шнека. Тепло либо подается в продукт (нагревательный шнек), либо отводится от продукта (охлаждающий шнек) за счет прямого контакта с металлическими поверхностями. Процесс является непрямым, то есть продукт и теплоноситель не контактируют друг с другом.
Обзор основных функций кожухотрубного теплообменника:
- Холодная улитка Отвод тепла от горячих сыпучих материалов, таких как шлак, гранулы, соли или продукты реакции
- Нагревательный шнек Нагрев порошков, паст или суспензий для проведения реакции, кондиционирования или предварительной сушки
- Поддержание температуры: Постоянная температура процесса на всей транспортной линии
- Дополнительные функции: Смешивание, дозирование, гигиеническая обработка, самоочистка или рыхление за одну рабочую операцию
Синонимы теплообменная шнековая машина, термическая шнековая машина, охладительный шнековый транспортер и нагревательный шнековый транспортер описывают один и тот же принцип работы. На английском языке термин теплообменник винтовой обычный.
Принцип работы: как работает спиральный теплообменник
Теплообмен осуществляется через три возможные контактные поверхности:
- Шнековая (полая) ось: Теплоноситель течет по центральной трубе шнека. При малых разницах температур или малых массовых расходах этот вариант часто достаточен.
- Шнековые лопасти (Половинная резьба / Термолопасти): Спираль выполнена двухстенной и омывается теплоносителем. Поскольку лопасти шнека составляют наибольшую площадь, контактирующую с продуктом, на метр длины транспортировки, передаваемая мощность значительно возрастает.
- Трог и крышка трога (двойная оболочка): При высоких требованиях к производительности дополнительно термостатируются корпус и крышка. Таким образом создается замкнутая теплообменная поверхность для всего сыпучего материала.
В зависимости от требований проектировщики установок комбинируют эти три поверхности по отдельности или вместе. При большой производительности шнековые теплообменники достигают степени заполнения до 90 процентов и, таким образом, очень хорошего отношения поверхности к объему. Это является основным преимуществом по сравнению с классическими пластинчатыми теплообменниками или аппаратами с кипящим слоем: шнековые теплообменники требуют значительно меньше места.
Теплоносители
Используемая среда зависит от целевой температуры, насыпного материала и имеющейся инфраструктуры. Обычно используются:
- Вода или смесь воды и гликоля: для умеренных задач охлаждения до температуры около 90 °C
- Водяной пар для прямого нагрева в низконапорном диапазоне
- Термомасло для более высоких температур до значительно более 300 °C, как для охлаждения горячих продуктов, так и для нагрева
- Азот или другие газы: в инертных процессах, например, в случае взрывоопасной пыли
- Электрические нагревательные маты или нагревательные картриджи: для применений без отдельного контура теплоносителя
Конструкции: однослойные, двухслойные и специальные исполнения
Червячные теплообменники существуют в различных конструктивных исполнениях, которые ориентируются на характеристики сыпучих материалов и технологические требования:
- Одноволновая версия: Стандарт для сыпучих материалов, таких как гранулы, порошки или зернистые продукты. Компактный, прочный, простой в обслуживании.
- Двухвалковая (гребенчатая) конструкция: Для пастообразных, клейких или спекающихся сред. Взаимозацепляющиеся валы самоочищаются и предотвращают налипание на теплообменных поверхностях.
- Самоочищающиеся конструкции: С резьбой для выемок или модифицированной геометрией лопасти, предотвращающей образование мостиков и изолирующих слоев.
- Конструкции, герметичные к давлению и газу: Для инертных сред, работы под давлением или взрывоопасных зон (ATEX).
Варианты конструкции для SEGLER
Спиральные теплообменники SEGLER можно сконфигурировать в следующих вариантах:
- Проектирование резьбы: Полное резьбовое соединение, вырезная резьба со смешанным или самоочищающимся эффектом, полая резьба
- Оснащение: Термокрылья, регулирование температуры в лотке, бронирование, износостойкие пластины, покрытия, очистные отверстия, подключение CIP, инспекционные люки, датчики вращения, датчики уровня, несколько точек загрузки и выгрузки
- Изложения: пылезащищенный, газонепроницаемый, герметичный и/или атмосферостойкий
Преимущества кожухотрубных теплообменников вкратце
В одном агрегате, называемом шнеком для нагрева или охлаждения, объединяются несколько стадий технологического процесса. Это дает операторам конкретные преимущества:
- Два процесса за один шаг: Вентиляция и подогрев выполняются параллельно. Отпадает необходимость в отдельных теплообменниках и дополнительных транспортерных линиях.
- Небольшое пространство: Высокая площадь теплообмена на метр пути транспортировки, закрытая конструкция.
- Эффективная рекуперация тепла: Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру и может быть подключен к другим технологическим участкам.
- Закрытая система Пыле-, водо- и, по желанию, газонепроницаемый. Защищает продукт от загрязнения, а персонал — от выбросов.
- Долговечность Прочные материалы, износостойкая конструкция, небольшое количество движущихся частей.
- Дополнительные этапы процесса могут быть интегрированы: Смешивание, дозирование, обеззараживание, сушка.
- Бережное обращение с продуктом: Косвенная передача тепла без прямого контакта между теплоносителем и сыпучим материалом.
- Равномерное регулирование температуры: Воспроизводимые результаты процесса благодаря установленной продолжительности выдержки.
Области применения: В каких отраслях работают шнековые теплообменники
Компания SEGLER поставляет спиральные теплообменники для четырех основных отраслей. Требования в этих отраслях значительно различаются, но основной принцип остается неизменным.
Химия
В химической промышленности шнековые теплообменники, как охлаждающая спираль, являются неотъемлемой частью многих процессов. Типичные области применения:
- Охлаждение горячих продуктов реакции перед дальнейшей переработкой
- Газоохладитель для кристаллизации твердых веществ, например, при получении меламина из горячих газовых потоков
- Выгрузка шлама из реакторов с кипящим слоем при температурах продукта значительно выше 300 °C
- Темперирование солей, пигментов и специальных химикатов
- Непрерывная работа с газонепроницаемым корпусом и исполнением, соответствующим ATEX, для зон с опасностью взрыва газа или пыли.
Коррозионные и абразивные среды компенсируются за счет выбора материала, покрытий и наплавок.
Продукты питания
В пищевой промышленности шнековый нагреватель выполняет такие задачи, как гигиенизация, кондиционирование и контролируемый нагрев порошков, гранулятов или паст. Охлаждающий шнек используется, например, после процессов сушки или выпекания для доведения продукта до температуры хранения перед упаковкой. Конструкция при этом соответствует требованиям гигиенического дизайна:
- Нержавеющая сталь на всех поверхностях, контактирующих с продуктом
- Отполированные поверхности для минимизации прилипания
- Уплотнения из ПТФЭ, соответствующие требованиям FDA, без ТСЕ/БСЕ и АДИ
- Без болтов, касающихся продукта, и без узлов, без мертвых зон
- Конструкция, совместимая с CIP, для очистки на месте
Энергия и окружающая среда
В энергетической и экологической сферах шнековые охладители в основном используются для отвода и регулирования температуры горячих остаточных материалов: колосниковой и зольной пыли из мусоросжигательных заводов, продуктов пиролиза или остатков после термической утилизации. В свою очередь, шнековые нагреватели используются для предварительной сушки осадка сточных вод и аналогичных шламов, а также для технологических этапов при подготовке биомассы и альтернативного топлива. Прочная конструкция выдерживает высокие температуры и абразивные среды.
Сырье и основные материалы
При работе с минеральным сырьем, удобрениями, солями или строительными материалами шнековые теплообменники используются для контролируемого температурного режима после реакторов, сушилок или мельниц. Здесь также шнек заменяет собой последовательную установку из конвейера и теплообменника, сокращая занимаемую площадь в процессе.
Монтаж: Что имеет значение при планировании нагревательного или охлаждающего канала
Экономическая конструкция основана на эмпирических процедурах, подкрепленных термодинамическими расчетами и испытаниями с исходным насыпным материалом. Следующие входные параметры определяют конструкцию и размер:
- Тип сыпучего материала (сыпучий, связный, пастообразный, абразивный, коррозийный)
- Массовый расход и желаемое время пребывания
- Температура продукта на входе и выходе
- Доступный теплоноситель и его температура подачи
- Требуемая тепловая мощность в кВт
- Герметичность по давлению и газу, требования ATEX
- Требования к чистке и гигиене
- Пространственные ограничения места установки
На этой основе определяются диаметр шнека, шаг, скорость вращения, материал и площадь теплообмена. Для критически важных сыпучих материалов рекомендуется провести испытания в технической лаборатории для реалистичной оценки коэффициентов теплопередачи и адгезии.
Часто задаваемые вопросы о спиральных теплообменниках
Механически обе машины изготовлены идентично. Различие заключается исключительно в функции: охлаждающий шнек отводит тепло от сыпучего материала, нагревающий шнек вводит тепло. С помощью теплоносителя и температуры его подачи одна и та же машина может работать в обоих направлениях.
Подходят сыпучие порошки, гранулы, соли, золы, пеллеты, а также пастообразные, липкие или труднотекучие среды. Для последних обычно используются двухшнековые самоочищающиеся конструкции. Очень влажные сыпучие материалы, предназначенные исключительно для сушки, являются пограничным случаем, поскольку разница температур часто становится слишком мала, чтобы обеспечить экономичную сушку.
Диапазон простирается от низкотемпературных применений через классические технологические температуры до очень горячих продуктов. При охлаждении обычны температуры на входе в несколько сотен градусов Цельсия, при соответствующей конструкции — значительно выше. При нагреве используются температуры теплоносителя на подаче свыше 300 °C.
Вода, водно-гликолевые смеси, водяной пар, термомасло, инертные газы и электрический нагрев. Выбор зависит от целевой температуры, требований безопасности и имеющейся техники.
Да. Для инертных атмосфер или взрывоопасных зон изготавливаются газонепроницаемые и герметичные конструкции, дополненные конструкцией, соответствующей требованиям ATEX, и соответствующими уплотнениями вала.
Благодаря геометрии улиточных крыльев в технологический процесс можно интегрировать смешивание, разрыхление, дозирование, самоочистку или обеззараживание. Таким образом, одна машина часто заменяет целую технологическую линию.
Заключение
Шнековый теплообменник — правильный выбор, когда сыпучие материалы, шламы или пасты необходимо одновременно транспортировать и термообрабатывать. В качестве охлаждающего шнека он надежно отводит технологическое тепло, в качестве нагревательного шнека он подводит заданные количества тепла, а в качестве теплообменной секции он поддерживает продукты при заданной температуре на всей длине транспортировки. Сочетание косвенной теплопередачи, закрытой системы и компактной конструкции делает нагревательный и охлаждающий шнек центральным элементом в химической, пищевой, энергетической и экологической, а также в добывающей и базовой промышленности. Какая конструкция, какой материал и какая площадь теплообмена целесообразны в каждом конкретном случае, быстрее всего выясняется в ходе диалога с производителем установки.
Вы планируете тепловую транспортировку? Компания SEGLER разрабатывает и производит спиральные теплообменники, адаптированные к особенностям сыпучих материалов, теплоносителей и технологических условий. Обратитесь к нам с вашими проектными данными, и мы вместе подберем подходящий нагревательный или охлаждающий спиральный теплообменник.
Mehr dazu auf unserer Страница товара.