Аппарат для проведения тепломассообменных процессов

 

Изобретение относится к конструкции аппарата для проведения тепломассообменных процессов и может найти применение в химической, нефтехимической , пищевой и других отраслях промышленности. Аппарат состоит из корпуса 1, нагревательной камеры 2 с паровой рубашкой 3, холодильника 4, охлаждаемой поверхности 5, линии подачи продукта 6, пленкоформирующего устройства 7, линий сбора конденсата 8 и сбора конечного продукта 9, линии рециркуляции 10 и вентилятора I1, Нагревательная камера выполнена в виде пучка вертикальных кольцевых тепловых труб 12,,состоящих из отдельных по высоте секций

СО)03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Ю (51) 4 B 01 D 3/00 3/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 41 68680/31-26 (22) 26,)2,86 (46) 07.08.88. Бюл. К - 29 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (?2) А,А.Долинский, А.И.Гуров и И.В.Феофилов (53) 66.015.23 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 212227, кл. В 01 D 1/22, 1966.

1 (54) АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОMACC008MEHHbK ПРОЦЕССОВ . (57) Изобретение относится к конст" рукции аппарата для проведения тепломассообменных процессов и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности. Аппарат состоит из корпуса 1, нагревательной камеры

2 с паровой рубашкой 3, холодильника 4, охлаждаемой поверхности 5, линии подачи продукта 6, пленкоформирующего устройства 7, линий сбора конденсата 8 и сбора конечного продукта 9, линии рециркуляции 10 и вентилятора 11. Нагревательная камера выполнена в виде пучка вертикальных кольцевых тепловых труб 12,,состоящих из отдельных по высоте секций

1414398

13 с различной температурой конденсации рабочей жидкости в них, а охлаждаемая поверхность выполнена в виде тепловых труб 14, расположенных концентрично внутри кольцевых тепловых труб нагревательной камеры и соединенных верхними концами с холодильником. Линия рециркуляции на входе в нагревательную камеру снабжена уравновешивающей емкостью 15 с успокоительной решеткой 16 и патрубками ввода газа 17, частично введенными в нагревательную камеру, расположенными соосно кольцевым тепловым трубам, а на выходе из нагреватель" ной камеры — патрубками сбора газа

18, расположенными над поверхностью

Изобретение относится к технике проведения тепломассообменных процессов, таких как ректификация, дистилляция,,выпаривание и т.п., и может найти применение в химической,, нефтехимической, пищевой, фармацевтической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности тепломассообмена, улучшение качества и увеличение выхода продукта, повышение надежности работы.

На фиг„1 представлен аппарат для проведения тепломассообменных процес- 15 сов, продольный разрез; на фиг. 2 " узел Х на фиг.l.

Аппарат состоит из корпуса 1,нагревательной камеры 2 с паровой рубашкой 3, холодильника 4, охлаждае- 2О мой поверхности 5, линии 6 подачи продукта, пленкоформирующего устройства 7, линии 8 и 9 сбора конденсата и конечного продукта соответственно, линии 10 рециркуляции и вен- 25 тилятора 11, Нагревательная камера

2 выполнена в виде пучка вертикальных кольцевых тепловых труб 12, состоящих из отдельных по высоте секций

13 с различной температурой конден- 30 сации рабочей жидкости в них, а охлажцаемая поверхность выполнена в виде тепловых труб 14, расположенных концентрично внутри кольцевых теплопродукта в нижней части кольцевых тепловых труб, и сборным коллектором

19. Линия подачи продукта и линии сбора конденсата и конечного продукта снабжены емкостями поддержания уровня 20, 21, 22, содержащими поплавок 23 и запорный орган 24, при этом линия подачи продукта выполнена с регулирующим вентилем 25, расположенным после емкости поддержания уровня, а линия сбора конденсата снабжена сборным коллектором 26. Каждая секция кольцевой тепловой трубы нагревательной камеры снабжена внутренними перегородками. Линия рециркуляции расположена внутри паровой рубашки.

2 э.п. ф-лы, 2 ил. вых труб 12 нагревательной камеры 2 и соединенных верхними концами с холоцильником 4.

Линия 10 рециркуляции на входе в нагревательную камеру 2 снабжена уравновешивающей емкостью 15 с успокоительной решеткой 16 и патрубками

17 ввода газа, частично введенными в нагревательную камеру 2, расположенными соосно кольцевым тепловым трубам 12, а на выходе из нагревательной камеры — патрубками 18 сбора газа, расположенными над поверхностью продукта в нижней части кольцевых тепловых труб 12, и сборным коллектором 19. Линия 6 подачи продукта и линии 8 и 9 сбора конденсата и конечного продукта снабжены емкостями

20 — 22 поддержания уровня, содержащими .поплавок 23 и запорный орган

24, при этом линия 6 подачи продукта выполнена с регулирующим вентилем

25, расположенным после емкости 20 поддержания уровня, а линия 8 сбора конденсата снабжена сборным коллектором 26.

Каждая секция кольцевой тепловой трубы 12 нагревательной камеры 2 снабжена внутренними перегородками

27, Линия 10 рециркуляции расположена внутри паровой рубашки 3.

Аппарат работает следующим образом. з 141

В верхнюю часть межтрубного пространства нагревательной камеры 2, представляющего собой паровую рубашку 3, предварительно подается влаж- ный пар, который, конденсируясь на наружных поверхностях кольцевых тепловых труб 12, разогревает их, Включают холодильник 4, с которым верхними концами соединены тепловые трубы 14 охлаждаемой поверхности 5. 3атем включают вентилятор 11, который перекачивает газ по линии 10 рецирку" ляции. После этого, открывая регулирующий вентиль 25, формируют пленку жидкости на внутренней поверхности вертикальных тепловых труб 12, эжектируя ее с помощью потоков газа, выходящих из патрубков 17 ввода газа.

Вентилем 25 регулируют расход продукта, а следовательно, толщину жидкой пленки при том же расходе газа. Количество продукта, ушеДшего в виде пленок, возмещают автоматически иэ емкости 20 поддержания уровня, Стекают я пленка продукта, попадая на го учую поверхность, нагревается и испаряется. Причем нагрев жидкой пленки осуществляют так, что сохраняется требуемое качество продукта вследствие того, что температуру горячей поверхности изменяют соответ.ственно изменяющимся температурным требованиям к качеству меняющегося продукта, Пар от испаряющейся пленки жидкости попадает в поток газа, движущегося в турбулентном режиме, а затем в результате интенсивного перемешивания в турбулентном потоке попадает на охлаждаемую поверхность

5 и конденсируется. Образовавшаяся пленка конденсата, как и пленка продукта, стекает вниз под действием сил тяжести и скоростного напора воздуха, Стекающий по тепловым трубам 14 конденсат улавливается линией 8 сбо" ра конденсата, представляющий собой конусообразные сборники для каждой тепловой трубы 12 с общим сборным коллектором 26, соединенным с емкостью 21 поддерживая уровня, Пленки продукта, стекающие по внутренним поверхностям вертикальных кольцевых тепловых труб 12, собирают в нижней части нагревательной камеры 2, а за. тем по линии 9 сбора конечного продукта через емкость 22 поддержания уровня выводят наружу.

4398

Газ в нижней части кольцевых теп1 ловых труб 12 собирают патрубками

18 сбора rasa, расположенными над поверхностью продукта, в сборный коллек- тор 19, а затем по линии 10 рециркуляции с помощью вентилятора 11 подают в верхнюю часть аппарата, где пос" редством уравновешивающей емкости 15 и успокоительной решетки 16 выравнивают распределение скоростного напо10 ра газа между патрубками 17 ввода в нагревательную камеру 2. В емкостях

21 и 22 уровень жидкости поддержи-. вают таким, чтобы исключить потерю газа через линии 8 и 9 сбора конденсата и конечного продукта и обеспечить рециркуляцию rasa в заданном направлении.

При необходимости выделения из паров отдельных его частей (например, ароматических веществ при выпаривании яблочного сока, где наряду с ароматическими веществами испаряется и вода) тепловые трубы 14 охлаждаемой поверхности 5 выполняют с нес15

25 колькими линиями 8 сбора конденсата по высоте. При этом более низкокипящие компоненты пара (ароматичесЗ0 кие вещества по сравнению с водой) испаряются быстрее и конденсируются в верхней части вертикальных кольцевых тепловых труб 12. Поэтому их собирают линией 8 сбора конденсата,расположенной в верхней части труб 12.

Аппарат позволяет повысить эффективность тепломассообмена, улучшить качество и увеличить выход продукта, повысить надежность работы, кроме

40 того, позволяет обойтись без применения различных каплеуловителей, конденсаторов и сэкономить площади, требуемые для их размещения, исключить потери продукта, а также ценных

45 веществ, содержащихся в паре, с выбрасываемым наружу потоком воздуха.

При этом уменьшаются габариты и металлоемкость аппарата на единицу готового продукта и, соответственно, 0 снижаются рабочие площади, требуемые дл размещения аппарата. При этом предотвращается загрязнение окружающей среды и улучшаются условия труда при проведении процессов, в резуль55 тате которых образуются агрессивные или вредные для человека газы или пары.

В аппарате нагрев пленки жидкости, ее обдув потоком газа и кон1414398 денсация паров совмещены,что позволяет повысить эффективность тепломассообмена, так как ло истечении некото. рого времени (или некоторой длины зо5 ны контакта) между горячей поверхностью, газовым потоком и холодной

t поверхностью. наступает равновесие, т.е, количество тепла и массы (в виде пара), передаваемое в газовый поток с пленки продукта, равно количеству тепла и массы (в виде конден,,сата), получаемому пленкой конденсата из потока газа. Отвод тепла и массы пленкой конденсата позволяет поддерживать разницы температур и ! ,концентраций пара на пленке продук1

|та и в потоке газа, а следовательно, 1 эффективность тепломассообмена максимальной на протяжении всей зо ны контакта.

Температуру нагреваемой поверх( ности поддерживают различной по длине зоны контакта и равной максимальной температуре, при которой сохра- 25 няется требуемое качество продукта, что позволяет повысить качество получаемого продукта за счет изменения температуры горячей поверхности со" ( ответственно изменяющимся температур- 3р

|ным требованиям к продукту, свойства которого и сам продукт меняются в процессе проведения тепломассообменных процессов, а также позволяет повысить эффективность тепломассо;обмена благодаря возможности формировать более тонкие пленки продукта, исключив его перегрев. Если не учитывать изменения продукта и., соответственно, изменение его максимальной 4О температуры, то либо ухудшается качество получаемого продукта с ведением процесса при наибольшем значении этой температуры, либо снижается эффективность тепломассообмена с ведением процесса при наименьшем значении температуры.

Обдув пленки жидкости потоком газа осуществляют при числе Рейнольдса

4000<Ве<22000, что позволяет повысить эффективность тепломассообмена за счет интенсивного перемешивания газового потока и выравнивания, таким образом, профилей температур и концентраций в потоке газа (за исключением пограничных слоев около пленок жидкости). В результате этого, разницы температур и концентраций в потоке газа и на пленках жидкостей сконцентрированы в пограничных слоях около пленок, что приводит к повышению эффективности тепломассообмена.

При числе Рейнольдса Re 4000 поток газа не является полностью турбулентным и полного выравнивания температур и концентраций в потоке газа не происходит, Разницы температур и концентраций в пограничных слоях около пленок в этом случае меньше, а следовательно, и эффективность тепломассообмена ниже, При числе Рейнольдса Re 22000 происходит срыв пленок, что уменьшает эффективность тепло- . массообмена, снижает надежность работы, ухудшает качество конечных продуктов.

Температуру холодной поверхности поддерживают минимально возможной, при которой конденсат сохраняет теку" честь при данном давлении, что позволяет, с одной стороны, проводить процессы тепломассообмена с максимальной эффективностью, а с другой— обеспечить надежную роботу аппаратов „

Формула изобретения

1. Аппарат для проведения тепломассообменных процессов, содержащий корпус, нагревательную камеру с паровой рубашкой, холодильник, охлаждаемую поверхность, линии подачи продукта., пленкоформирующее устройство, линии сбора конденсата и сбора конечного продукта, линии рециркуляции и вентилятор, о т л и ч о. ю— шийся тем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена, улучшения качества и увеличения выхода продукта, повышения надежности работы, нагревательная камера выполнена в виде пучка вертикальных кольцевых тепловых труб, состоящих из отдельных по высоте секций, а охлаждаемая поверхность выполнена в виде тепловых труб, расположенных концентрично внутри кольцевых тепловых труб нагревательной камеры и соединенных верхними концами с холодиль" ником, а линия рециркуляции на входе в нагревательную камеру снабжена уравновешивающей емкостью с успокоительной решеткой и патрубками ввода газа, частично введенными в нагревательную камеру, расположенными соосно кольцевым тепловьп трубам, а на

Э. Аппарат по пп.,! и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что линия рециркуляции расположена внутри па" ровой рубашки.

Составитель С.Баранова

Техред М.Ходанич

Редактор В.Петраш

Корректор М.Васильева

Заказ 3806/4

Тираж 642

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1 выходе из нагревательной камеры патрубками сбора газа, расположенными над поверхностью продукта в нижней части кольцевых тепловых труб, и сборным коллектором, линия подачи продукта и линии сбора конденсата и конечного продукта снабжены емкостями поддержания уровня, содержащими поплавок и запорный орган, при этом линия подачи продукта выполнена с регулирующим вентилем, расположенным после емкости поддержания уровня, а

414398 8 линия сбора конденсата снабжена сборным коллектором.

2. Аппарат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что каждая секция кольцевой тепловой трубы нагревательной камеры снабжена внутренними перегородками.