От амфоры до тетрапака

Стремление интенсифицировать процессы конвективного теплообмена, повысить технологические, эксплуатационные и экономические показатели аппаратов привело к созданию, последовательному совершенствованию и широкому внедрению в практику теплообменных аппаратов пластинчатого типа. Их отличительная особенность — разборная конструкция, позволяющая быстро и качественно проводить чистку аппарата и другие операции технического обслуживания. Но изготовление таких установок потребовало применения многих новых конструктивных материалов, в том числе специальной резины для прокладок — одного из важнейших элементов пластинчатых теплообменных аппаратов.

Первые же сведения о принципах устройства пластинчатых аппаратов для нагревания и охлаждения жидкостей в тонком слое относятся к концу XIX века (предложения Драхе, Брейтвиша, Мальвизина). В 1917 году Гаррисон сконструировал теплообменную пластину с четырьмя угловыми отверстиями и зигзагообразными каналами с обеих сторон.

Рис. 29.Теплообменная пластина аппарата Зелигмана.

Но широкое практическое применение разборных пластинчатых аппаратов началось только с 1923 года, после существенных усовершенствований, предложенных Зелигманом, который использовал в конструкции пластинчатого теплообменника принцип устройства фильтр-пресса. В таком аппарате имеются теплообменные пластины двух видов (рис. 29): толстые бронзовые с фрезерованными каналами с обеих сторон и тонкие медные. По контуру пластины сделана канавка для резиновой прокладки, охватывающей всю рабочую поверхность и угловые отверстия. В сборе толстые и тонкие пластины расположены строго поочередно и установлены в вертикальном положении на станине, состоящей из двух горизонтальных направляющих и двух стоек. Весь набор пластин плотно сжат при помощи винтового зажимного механизма. Позже Зелигман и Фельдмейер предложили теплообменные пластины удлиненной формы, штампованные из тонколистовой волнистой нержавеющей стали. В дальнейшем пластинчатые теплообменные аппараты конструировались уже на базе подобных пластин различного профиля.

Достоинства разборных пластинчатых теплообменных аппаратов оказались настолько существенными, что они затем нашли самое широкое применение не только в молочном деле, но и в ряде других отраслей промышленности.

Рис. 30.

Современный пластинчатый теплообменный аппарат: а — схема: 1 — передняя стойка; 2 — верхнее угловое отверстие; 3 — кольцевая резиновая прокладка, 4 — граничная пластина; 5 — штанга; 6 — нажимная плита, 7 — задняя стойка; 8 — винт; 9, 10, 14, 15 — штуцера; 11 — большая резиновая прокладка; 12 — нижнее угловое отверстие, 13 — теплообменная пластина; б — группа пластин в рабочем положении

Первые отечественные пластинчатые теплообменники для обработки молока были изготовлены еще в 1940 году. Разработка же основ теории, расчета и конструирования пластинчатых теплообменников для жидких пищевых продуктов связана в нашей стране с именем профессора Н. В. Барановского. Под его руководством были проведены широкие исследования по изучению закономерностей движения жидкостей между пластинами и процессов теплопередачи в этих аппаратах.

В пластинчатом теплообменном аппарате (рис. 30, а) пластины 13 нанизаны на горизонтальные штанги, концы которых заделаны в стойках 1 и 7. При помощи нажимной плиты 6 и винта 8 пластины в собранном состоянии плотно сжаты и образуют пакет (на схеме для более понятного изображения потоков жидкостей показаны только пять пластин в разомкнутом положении). Зазоры между пластинами зависят от толщины резиновых прокладок 11 (обычно 3—6 миллиметров). Система резиновых уплотнительных прокладок такова, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются два изолированных друг от друга канала — для потока молока (сплошная линия) и потока жидкостного теплоносителя (штриховая линия). Группа таких пластин в рабочем положении показана на рисунке 30, б.

Штампованные из тонких листов нержавеющей стали, они обеспечивают достаточно высокий теплообмен между соседними потоками жидкостей. Отметим, что выпускаемые серийно пластинчатые теплообменные аппараты обычно выполняются по более сложным компоновочным схемам.