Тепломассообменный аппарат

 

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ , включающий корпус, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки , патрубок ввода охлаждающего агента , расположенный над нижней трубной решеткой, и йатрубок вывода охлаждающего агента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента, он снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленньми в межтрубном пространстве, а патру бок вьшода охлаждакяцего агента расположен от нижней трубной решетки на расстоянии 1/4-1/3 высоты пучка теплообменных труб между решетками, 2. Аппарат по п. 1, о т л и «i аю щ и и с я тем, что пластины размещены по высоте отдельными блоками, (Л при этом пластины одного блока смес относительно пластин предыдущего блока. §

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н ASTOPCHOMY СВИДКтиЛьСтвМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3568106/23-26 (22) 25. 03. 83 (46) 30. 11. 84. Бюл. Р 44 (72) Л.Я. Живайкин, В.Н. Новожилов, В.А.Алексеев и П.В.Кудрявцев (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. А.А.Жданова (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 366332, кл. F 28 D 3/02, 1973.

2. Рамм В.М. Абсорбция газов.

М., 1976,-с. 308. (54) (57) 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ AIIIIAPAT, включающий корпус, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки, патрубок ввода охлаждающего агента, расположенный над нижней трубной решеткой, и Патрубок вывода охлаждающего агента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента, он снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленными в межтрубном пространстве, а патру-бок вывода охлаждающего агента расположен от нижней трубной решетки . на расстоянии 1/4-1/3 высоты пучка

) теплообменных труб между решетками.

2. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что пластины раз- (9 мещены по высоте отдельными блоками, при этом пластины одного блока смещены относительно пластин предыдущего блока..

» 26>14

Изобретение относится к устройствам для проведения совместных процессов тепло- и массообмена и может быть использовано в химической, неф техимической, нефтеперерабатывающей 5 и других смежных отраслях промьппленности, в частности, на стадиях абсорбции и сушки газа в производстве серной кислоты.

1О

Известен вертикальный пленочныи теплообменник, состоящий из вертикальной теплообменной трубчатки, верхней распределительной камеры и распределительного устройства, обусловливающего пленочное стекание 15 теплоносителя по наружным стенкам теплообменных труб, что приводит к значительному повьппению коэффициента теплоотдачи от стенок труб к теплоносителю и, следовательно, к общей интенсификации теплообмена (11.

Недостатком данной конструкции аппарата является нисходящее прямоточное движение теплоносителей, что

25 уменьшает значение движущейся силы процесса — среднюю разность температур.

Наиболее близок к предлагаемому

30 теплообменному аппарату по техничес- кой сущности абсорбер с восходящим движением пленки, состоящий из пучка труб, закрепленных в трубных решетках, патрубков для подвода и отвода rasa и жидкости, а также патрубка для под- 35 вода охлаждающего агента, который расположен над нижней трубной решеткой, и патрубка для отвода охлаждающего агента, который расположен под верхней трубной решеткой. Движу— 40 щ.пася снизу вверх газ увлекает.жидкость в виде пленки по внутренним поверхностям теплообменных труб в направлении своего движения. Абсорбция в этом случае ведется при боль45 ших скоростях газа, чем достигаются высокие коэффициенты массопередачи.

Охлаждающий агент, служащий для отвода тепла реакции, подается в межтрубное пространство, движется снизу

50 вверх сплошным потоком и выводится нерее верхний иетрубох (2 .

Недостатком известной, конструкции аппарата является низкая интенсивность теплообмена, обусловленная ма- 55 лой скоростью движущегося сплошным потоком в межтрубном пространстве теплоносителя.

Цель изобретения — повышение интенсивности теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента.

Указанная цель достигается тем, что тепломассообменный аппарат; включающий корпус с патрубками ввода к вывода фаэ, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки, патрубок ввода охлаждающего агента, расположенный над нижней трубной решеткой, и патрубок вывода охлаждающего агента, снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленными в межтрубном пространстве, а патрубок вывода охлаждающего агента расположен от нижней трубной решетки на расстоянии 1/4-1/3 высоты пучка теплообменных труб между решетками.

Пластины размещены по высоте отдельными блоками, при этом пластины одного блока смещены относительно пластин предыдущего блока.

Дополнительный патрубок ввода охлаждающего агента находящийся под верхней трубной решеткой, обусловливает пленочное стекание охлаждающего агента по наружным стенкам теплообменных труб,что приводит к значительному повышению коэффициента теплоотдачи от стенок труб к охлаждающему агенту и, следовательно, к общей интенсификации теплообмена.

Поток охлаждающего агента, поступающий через патрубок над нижней трубной решеткой, охлаждает ее и теплообменные трубы в нижней части, иначе тепло реакции, выделяющееся в этой зоне, повысит температуру решетки и стенок труб, значительно снизит коррозионную стойкость материала, особенно в условиях агрессивных сред, и, как следствие, приведет к быстрому выходу аппарата из строя.

Блоки пластин с горизонтальными гофрами, расположенные в этой зоне в межтрубном пространстве, турбулизуют и перераспределяют по сечению аппарата поток охлаждающего агента, поднимающегося снизу вверх, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Угол поворота блоков пластин относительно друг друга зависит от размещения труб в трубных решетках. Например, при размещении

11 6 3,1 4

55 труб по вершинам правильногo треугольника величина угла составляет

60 (фиг. 2-4). Расположение выводного патрубка охлаждающего агента обусловлено следующими причинами:

5 коэффициент теплоотдачи верхней части аппарата при пленочном стекании охлаждающего агента составляет порядка. 3000-6000 Вт/м град., а нижней части 600-800 Вт/м град. 10 (с учетом турбулизации потока), что ! соответствует усредненным по всей высоте теплообменной поверхности

I значениям коэффициента теплоотдачи

1200-2500 Вт/м ° град. В прототипе при движении теплоносителя сплошным потоком по межтрубному пространству значение коэффициента теплоотдачи составляет 400-600 Вт/и град. Поэтому увеличение высоты расположения патрубка вывода охлаждающего агента от нижней трубной решетки более 1/3 высоты пучка теплообменных труб ведет к уменьшению суммарного коэффициента теплоотдачи от стенок 25 труб к охлаждающему агенту и, как следствие этого, к увеличению поверхности теплообмена и размеров аппарата в целом. Уменьшение высоты расположения выводного патрубка менее 1/4 высоты пучка теплообменных труб от нижней трубной решетки вебдет к т к уменьшению поверхности теплоомена в этой зоне и, следовательно, к уменьшению интенсивности охлаждео- 35 ния реакционной смеси внутри теплообменных труб, что приводит к увеличению ее температуры и снижению коррозионной стойкости материала теплообменных труб в агрессивных средах.

Таким образом уменьшение высоты Ь р асположения патрубка вывода охлаждающего агента менее 1/4 от высоты теплообменных труб ведет к увеличению температуры стенки со сторонь1 кислоты, выше допустимой, коррозии трубок и быстрому выходу аппарата из строя.

Увеличение высоты более 1/3 . нецелесообразно в связи с уменьшением усредненного коэффициента теплопередачи что ведет к уменьшению интенсив Ф ности теплообмена в аппарате.

На фиг. 1 приведен аппарат, общий вид; на фиг. 2 †. сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б иа фиг. 1; на фиг. 4 — сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 — конфигурация пластин н первом по ходу движения охлаждаюшего агента блоке, на фиг. 6— конфигурация пластин остальных блоков, на фиг. 7 — разрез Г-Г на фиг. 5.

Тепломассообменный аппарат состоит из .пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2. Камера 3 снабжена патрубками 4, расположенными соосно с трубами 1. Между верхними обрезами патрубков и нижними обрезами труб оставлены щели 5. Под нижней трубной. рашеткой расположено распределительное устройство 6. Для подвода и отвода газа, жидкости и охлаждающего агента служат патрубки соответственно 7-13. В межтрубном пространстве установлены блоки пластин с горизонтальными гофрами 14.

Устройство работает следующим образом.

Газ через патрубок 7 поступает в камеру 3 и через патрубки 4 попадает в трубы 1. Жидкость поступает через патрубок 9 в камеру 3 и через щели 5 в трубы 1. Увлекаемая движущимся газом жидкость течет в виде пленки по внутренней поверхности этих труб снизу вверх. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится через патрубок 10, а газ уходит через патрубок 8. Один из потоков охлаждающего агента поступает через 12 в распределительное устройство 6, где распределяется по наружным поверхностям теплообменных труб и пленкой стекает вниз. Другой поток охлаждающего агента поступает через патрубок 11 в межтрубное йространство и движется вверх через блоки пластин с горизонтальными гофрами 14.

Поток охлаждающего агента поступает через патрубок 11 на первый блок пластин, заполняет его и поднимается вверх. Так как пластины пос-. ледующего блока выполнены с поворотом относительно йластин предыдущего блока, охлаждающий агент перераспределяется по сечению. аппарата, что ис. ключает возможность местного перегрева теплообменных трубок. Пройдя все блоки, охлаждающий агент выводится через патрубок 13."

Пластины в сечении могут иметь гофрировку многих видов. Один из них показан на фиг. 7, причем толщина листа S и величина гофрировки d

11 1126314 зависят от диаметра труб и их размещения в трубных решетках. . Наличие гофр при поперечном их обтекании охлашдающим агентом приводит к турбулизации потока и, как 5 следствие этого, интенсификации процесса теплообмена,(увеличение коэффициента теплоотдачй со стороны охлашдающего агента с 400-600 до 600—

800 Вт/м -. град.) ..

Предлагаемый аппарат характеризуется большей интенсивностью теплооб- . мена по сравнению с прототипом, обладая при этом высоким коэффициентом массопередачи; Например, при указанных выше значениях коэффициентов теплоотдачи величина коэффициента теплопередачи в предлагаемом аппарате по сравнению с прототипом увеличивается в среднем в 3 раза, что позволяет снизить капитальные затраты только на одной сернокислотной установке производительностью 1 000 т в сутки на 300-450 тыс. руб.

1126314

ВНИИПИ Закаэ 8587/5

Тирам 681 Подлисное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород. ул. Проектная, 4