Výměníky tepla v chemickém a potravinářském průmyslu

V minulých letech přišla firma SECESPOL-CZ s produktovou řadou výměníků tepla do farmacie (P-line) [1]. V současnosti rozvíjí další typy výměníků, které nacházejí své uplatnění především v chemickém a potravinářském průmyslu. Prvním z nich jsou výměníky typu trubka v trubce (ST), určených primárně na silně znečištěná média a technologické proudy v čističkách odpadních vod (ČOV), v aplikacích s předpokladem silného zanášení nečistotami nebo možností krystalizace. Druhým typem jsou výměníky s označením DNA, univerzálního použití, jejichž teplosměnnou plochu tvoří trubkový svazek ze speciálně tvarovaných trubek ve tvaru šroubovice. Rozebereme nyní hlavní konstrukční rysy a výhody obou typů.

Výměníky tepla ST (trubka v trubce)

Výměníky tepla ST jsou trubkové výměníky tvořené jedinou teplosměnnou trubkou, velkého průřezu, obepnutou pláštěm výměníku. Tato konstrukce umožňuje použití v oblastech nenewtonského proudění, kam patří silně biologicky a chemicky znečištěné vody v ČOV stanicích.

Kompletní výměník se skládá z jednotlivých trubkových segmentů, které jsou uchyceny na nosném rámu a propojeny koleny. Všechny segmenty je možné rozebrat, z vnitřní strany mechanicky vyčistit a opět přes příruby utěsnit. Možnost volby dimenze vnitřní trubky umožňuje přizpůsobení výměníku požadovanému typu média, jeho průtoku a maximální dovolené tlakové ztrátě ve výměníku, přičemž počtem segmentů je nastavena celková teplosměnná plocha, potřebná k požadovanému ohřevu nebo ochlazení média.

Obr. 1: Trubkový segment výměníku tepla

Výměníky jsou vyrobeny kompletně z nerezové oceli vysoké jakosti (materiál AISI 316L/EN 1.4404/ČSN 17 349 pro části ve styku s produktem, materiál AISI 304L/EN 1.4307/ČSN 17 247 pro materiál pláště a rámu). Tato ocel zaručuje vysokou korozní odolnost vzhledem k agresivním látkám a také vysokou pevnost, díky čemuž jsou maximální přípustné tlaky ve výměníku až 1,6 MPa na straně produktu (vnitřní trubka) a 1,0 MPa na straně pláště (tj. 16/10 bar). Výměníky jsou certifikované do 110 °C, provozním médiem může být voda nebo pára, pro chlazení například voda nebo glykol (látky skupiny 2 – bezpečná média – podle Pressure Equipment Directive 2014/68/EU – PED). V případě potřeby mohou být výměníky ST vyrobeny s kompenzátorem na plášti kvůli teplotní roztažnosti.

Obr. 2: Trubkový výměník tepla SECESPOL ST

Výměníky tepla DNA (trubkové)

Obr. 4: Výměník tepla SECESPOL DNA

Výměníky tepla typu DNA jsou výměníky s trubkovým svazkem, speciálně konstruovaným s ohledem na intenzifikaci přestupu tepla z obou pracovních stran. Teplosměnná plocha je tvořena trubkovým svazkem ze šroubovitě vinutých trubek vlastní výroby o rozměru 10 × 0,8 mm. Geometrie šroubovice (která je na všech trubkách stejná) zajišťuje výrazné zvýšení rychlosti přestupu tepla ve všech režimech proudění, a to hlavně díky setrvačným silám, vznikajících při průchodu média. Největší kouzlo konstrukce DNA však tkví ve skládání trubek do pláště výměníku, které se provádí bez umisťování přepážek a využívá samonosného efektu. Tato patentovaná konstrukce formuje zcela homogenní mezitrubkový prostor, ve kterém dochází k rovnoměrnému a vysoce turbulentnímu toku, zvyšující výraznou měrou rychlost přestupu tepla také ze strany pláště. DNA svazek si rovněž zachovává nejvyšší efektivitu díky stoprocentně protisměrnému režimu proudění. Nutno zdůraznit, že povaha trubkového svazku zajišťuje dokonalou kompenzaci napětí v případech velké teplotní roztažnosti a ve spojení s relativně velkou tloušťkou stěny trubky tvoří velice efektivní zařízení, nabízející dlouhou životnost a bezproblémový provoz v těch nejnáročnějších aplikacích. Příkladem může být kondenzace nízkotlakých nebo brýdových par z technologických zařízení, vypařovaní chladiv při chlazení. Omezením při tom nejsou ani média skupiny 1, označená jako nebezpečná (kategorizace podle PED). Své využití nachází také v aplikacích s médii o vyšší viskozitě, například s potravinářskými produkty jako jsou sirupy a džusy, nebo kapalnými zbytky po anaerobním zplyňování biomasy. Díky vysoké efektivitě a velkému průtočnému průřezu jsou výměníky vynikajícím řešením na snižování vlhkosti obsažené v bioplynu, vzduchu nebo jiném nosném plynu, popřípadě na parciální kondenzaci organických par.

Obr. 3: Typické znaky pro DNA

Maximální konstrukční parametry výměníků DNA jsou 1,6/1,0 MPa (strana trubek/strana pláště) a 200 °C na obou stranách. Výměníky jsou kompletně vyrobeny z nerezové oceli třídy AISI 316L (EN 1.4404/ČSN 17 349).

Návrh výměníku

K tepelnému návrhu výměníků je využíván vlastní výpočtový software CAIRO PRO 1.2, který je po registraci volně přístupný na stránkách www.secespol.com, případně interní výpočtový software ASPEN Exchanger Design and Rating od společnosti AspenTech. Oba programy umožňují různé návrhy zařízení a volbu pracovních látek z rozsáhlé databáze, v případě potřeby zadání nového média a jeho fyzikálních vlastností. Databáze obsahují i některé často využívané směsi látek (například chladiva, směsi glykol – voda nebo roztoky kyselin o různých koncentracích, aj.). Všechny výměníky jsou vyrobeny a certifikovány podle platné evropské legislativy EN 13445 a PED 2014/68/EU a dodávány spolu s technickou dokumentací. Kvalita použitých materiálů je doložena patřičnými oprávněními a celý výrobní závod společnosti SECESPOL disponuje certifikací dle ISO 9001:2009.

Závěr

Firma SECESPOL-CZ v praxi prokazuje schopnost poskytovat kvalitní tepelné návrhy pro širokou škálu konstrukčních řešení výměníků do oblasti chemie, potravinářství a farmacie. Díky velkému zázemí v produkci klasických výměníků tepla, zahrnující např. vlastní linky na výrobu teplosměnných trubek různých velikostí, tlouštěk a tvarů je firma schopna garantovat vysokou kvalitu a spolehlivost všech aparátů.

Literatura

1. Černý M., Chemagazín 2012, 1
2. Černý M., Chemagazín 2016, 1