BACKGROUND: One of the important tasks of modern industry is the improvement of heat exchangers (since practically no industry can do without this equipment). One of the most common heat exchangers is “pipe-in-pipe” type devices, which allow the processes of heating, cooling, condensation and crystallization of various working products. Regardless of the process being carried out, the improvement of heat exchangers should primarily be aimed at increasing the heat exchange capacity. One of the ways to increase it is to increase the surface area of heat transfer.
AIMS: A capacitive crystallizer of the “pipe in a pipe” type with ice freezing on the inner surface of the heat exchange pipe is considered as an object of research. A solution for improving the crystallizer is proposed, which allows increasing the heat exchange surface area by changing the profile of the heat exchange pipe.
MATERIALS AND METHODS: As a method of evaluating proposals for improving crystallizers, specific indicators obtained using computer modeling characterizing resource conservation in the manufacture of crystallizers and energy saving during their operation are used.
RESULTS: The crystallizers were evaluated according to the energy and mass efficiency of a typical design, a design with heat transfer intensifiers in the form of round rods fixed on the outer surface of the heat exchange tube and a design with a cross section of the heat exchange tube in the form of an epitrochoid with 8 lobes.
CONCLUSIONS: It is noted that both the presence of intensifier rods and the change in the profile of the heat exchanger tube of the crystallizer contributes to a uniform distribution of the coolant velocity in its inter-tube space. The uniformity of the distribution, in turn, will have a positive effect on the intensity of the ice freezing process. Also, both presented technical solutions improve the considered specific indicators of the energy and mass efficiency of the crystallizers.
Обоснование. Одна из актуальных задач современной промышленности – совершенствование теплообменных аппаратов, т.к. практически ни одно предприятие не обходится без данного оборудования. Среди распространенных типов теплообменных аппаратов можно выделить конструкции типа «труба в трубе», которые позволяют проводить процессы нагрева, охлаждения, конденсации и кристаллизации различных рабочих сред. Вне зависимости от проводимого процесса, совершенствование теплообменных аппаратов в первую очередь должно быть направлено на повышение их теплообменной мощности. Одним из направлений её повышения является увеличение площади поверхности теплообмена.
Цель. В качестве объекта исследования рассматривается ёмкостный кристаллизатор конструкции типа «труба в трубе» с намораживанием льда на внутренней поверхности теплообменной трубы. Предложено решение совершенствования кристаллизатора, позволяющее увеличить площадь поверхности теплообмена путем изменения профиля теплообменной трубы.
Методы. В качестве метода оценивания предложений совершенствования кристаллизаторов использованы полученные с помощью компьютерного моделирования удельные показатели, характеризующие ресурсосбережение при изготовлении кристаллизаторов и энергосбережение при их эксплуатации.
Результаты. Проведена оценка кристаллизаторов по показателям энергомассовой эффективности типовой конструкции, конструкции с интенсификаторами теплообмена в виде круглых стержней, закрепленных на наружной поверхности теплообменной трубы и конструкции с поперечным сечением теплообменной трубы в форме эпитрохоиды с 8 лепестками.
Заключение. Отмечено, что и наличие стержней-интенсификаторов, и изменение профиля теплообменной трубы кристаллизатора способствует более равномерному распределению скорости хладоносителя в его межтрубном пространстве. Равномерность распределения, в свою очередь, окажет положительный эффект на интенсивности процесса намораживания льда. Также оба представленных технических решения улучшают рассмотренные удельные показатели энергомассовой эффективности кристаллизаторов.