Тепломассообменный аппарат

 

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, контактные элементы, устройства подвода и отвода тепла в нижней и верхней частях аппарата, зону подвода сырья, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет достижения равномерного градиента температур по высоте аппарата в условиях термодинамически обратимой ректификации и снижения энергозатрат, контактные элементы выполнены с переменным сечением по вертикальной оси, увеличивающимся по направлению к устройствам подвода и отвода тепла, при этом основания элементов размещены в объеме этих устройств, а вершины расположены соосно и направлены к зоне подвода сырья. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что контактные элементь выполнены из высокотеплопроводного материала. я ffцuк

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(59 В 01 D 3/32 легная лаан«ая

Хлад агент

Фе г

Ю (е

Сыр

Тепп

cumen

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3596536/23-26 (22) 26.05.83 (46) 15.06.85. Бюл. № 22 (72) Т. Г. Умергалин, К. Ф. Богатых, Р. Л. Долматов и Н. А. Самойлов (71) Уфимский нефтяной институт (53) 66.015.23.05 (088.8) (56) 1. Александров И. А.,Ректификационные и абсорбционные аппараты. Л., «Химия», 1968, с. 232 — 236.

2. Платонов В. И. Берго Б. Г. Разделение многокомпозиционных смесей. М., «Химия», 1965, с. 171 — 193 (прототип). (54) (57) 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ

АППАРАТ, включающий корпус, контактные элементы, устройства подвода и отвода

„„QlJ„„1161128 А тепла в нижней и верхней частях аппарата, зону подвода сырья, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет достижения равномерного градиента температур по высоте аппарата в условиях термодинамически обратимой ректификации и снижения энергозатрат, контактные элементы выполнены с пере- менным сечением по вертикальной оси, увеличивающимся по направлению к устройствам подвода и отвода тепла, при этом основания элементов размещены в объеме этих устройств, а вершины расположены соосно и направлены к зоне подвода сырья.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что контактные элементы выполнены из высокотеплопроводного материала.

1161128

Изобретение относится к устройствам для разделения многокомпонентных смесей методом ректификации и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической промышленности.

Известен массообменный аппарат, включающий корпус с размещенными в нем тарельчатыми контактными устройствами (1).

Аппарат имеет котносительно низкую эффективность разделения.

Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус, онтактные элементы, устройства подвода и отвода тепла в нижней и верхней частях аппарата и в промежуточной части (2) .

Аппарат работает следующим образом.

Исходная смесь подается между контактными элементами отгонкой и укрепляющей секцией аппарата. В верхнюю и нижнюю части колонны подводится избыток холода и тепла соответственно для создания рабочего орошения в аппарате. Кроме того, предусматривается промежуточный теплосъем и теплоподвод по высоте аппарата для создания требуемого градиента температур. При этом, для наиболее полного обеспечения обратимости ректификации, градиент изменения абсолютной величины теплоподвода и теплоотвода от зоны ввода исходной смеси к концам аппарата должен быть положительным.

Недостатком аппарата является необходимость монтажа дополнительной аппаратуры для подвола и отвода тепла по высоте аппарата, причем такой принцип подвода и отвода тепла дает скачкообразное изменение градиента температур, характеризуется нестабильностью, относительно низкой эффективностью. При данном способе также неизбежны относительно высокие теплрпотери.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса за счет достижения равномерного градиента температур по высоте аппарата в условиях термодинамически обратимой ректификации и снижения энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что .в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, контактные элементы, устройства подвода и отвода тепла в нижней и верхней частях аппарата, зону подвода сырья, контактные элементы выполнены с переменным сечением по вертикальной оси, увеличивающимся по направлению к устройствам подвода и отвода тепла, при этом основания элементов размещены в объеме этих устройств, а вершины расположены соосно и направлены к зоне подвода сырья.

Контактные элементы выполнены из высокотеплопроводнЬго м атериала.

На чертеже представлен тепломассообменный аппарат, разрез.

Тепломассообменный аппарат включает корпус 1 с расположенными в нем высокотеплопроводными контактными элементами 2, выполненными с переменным по высоте аппарата сечением, встроенные устройства ввода 3 и отвода 4 тепла, штуцер 5 для ввода сырья, штуцера 6, 7, 8 и 9 для ввода и вывода хладагента и теплоносителя, штуцера IO и 11.

Аппарат работает следующим образом для вывода фракций.

Исходная смесь вводится в аппарат через штуцер 5 в зону подвода сырья, 15 где разделяется на паровую и жидкую фазы. Паровая фаза направляется в верхнюю часть аппарата, причем часть ее непрерывно конденсируется на поверхности, теплопроводных контактных элементов 2, основания которых расположены в объеме устройства отвода тепла 4. Теплопроводнь!е контактные элементы 2 выполняются из металла, обладающего высоким значением коэффициента теплопроводности, например меди. Величина интснсивности теплосъема

25 в верхней части аппарата регулируется переменной величиной сечения теплопроводных контактных элементов 2. Пройдя верхнюю часть аппарата, несконденсировавшиеся пары через штуцер 10 выводятся

30 из аппарата. Жидкая фаза в зоне подвода сырья равномерно распределяется по сечению аппарата и направляется в его нижнюю часть. Здесь жидкая фаза, частично контактируя с элементами 2, по мере стекания равномерно испаряется. Таким образом, в связи с испарением и конденсацией фаз образуются встречные потоки, т. е. по . высоте аппарата протекает равномерная ректификация с заданным для данных условий разделения градиентом температур по высоте контактных элементов. Образующийся жидкий продукт разделения выводится из аппарата через штуцер 11.

Размещение теплопроводных контактных элементов остриями навстречу друг другу, точнее в направлении ввода сырья, 45 определяется особенностями термодинамически обратимой ректификации. Величина теплоподвода (теплоотвода) в любой секции колонны в направлении к зоне ввода сырья должна уменьшаться и в окрестностях ввода сырья должна быть незначительной (в зоне ввода сырья равной нулю).

Это требование достигается сужением контактных теплопроводных элементов в направлении ввода сырья, что приводит к уменьшению элементарной поверхности контактного элемента в направлении к зоне ввода сырья и, соответственно, к уменьшению теплопередачи. Известные дискретные способы подвода (отвода) тепла в окрест1161128

Составитель А. Сондор

Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Тираж 659 Подлисное

ВНИ И ПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская . наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор В. Ковтун

Заказ 3882/! 0 ностях ввода сырья неэффективны — потребная малая величина теплоподвода (теплоотвода) в этой области не оправдывает затраты на монтаж теплообменной аппаратуры и на перекачку теплоносителя через них.

Величина (расход) внутренних потоков пара и жидкости по высоте колонны термодинамически обратимой ректификации существенно меняется: на концах колонны величины потоков незначительны, а в окрестностях ввода сырья во много раз больше. Вследствие этого диаметр колонны по высоте должен меняться. Монтаж теплообменной аппаратуры еще более усугубит . проблему. В предложенной колонне постоянного диаметра монтаж направленных остриями друг к другу контактных теплообменных элементов позволяет при достаточном диаметре колонны иметь необходимое свободное сечение в зоне ввода сырья и, с другой стороны, уменьшает свободное сечение на концах колонны, что обеспечивает необходимые линейные скорости потоков.

Кроме того, соосность элементов облегчает равномерное распределение внутренних жидких потоков при их переходе с контактных элементов укрепляющей секции на контактные элементы отгонной секции.

При отсутствии соосности для осуществления процесса потребовалось бы дополнительное распределение устройства.

Однако эффект от замены теплообменных элементов (по прототипу) и достижения плавного изменения градиента теплоподвода (теплоотвода) уже в самом начале эксплуатации колонны компенсирует первоначальные затраты. Целесообразно контактные теплопроводные элементы выполнять в форме многогранной пирамиды или конуса, .что упрощает их изготовление.

В качестве теплопроводного элемента

15 может быть использована, например, медь или любой другой достаточно теплопроводный материал.

По сравнению с базовым объектом (прототип) предлагаемое устройство повышает эффективность разделения за счет достижения равномерного градиента температуры по высоте аппарата; снижает теплопотери за счет исключения устройств промежуточного и теплосъема по высоте аппарата.

Кроме того, упрощена конструкция an25 пар ата.