Регенератор

 

Изобретение м.б. использовано в химическом, нефтяном машиностроении , в установках разделения воздуха. Цель изобретения - повышение экономичности регенератора. Вертикальный цилиндрический корпус I содержит трубки 2, размещенные в четырех зонах по высоте. Б корпусе 1 радиально расположена перфорированная трубка

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

1б11 4 Р 28 Э 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4271202/23-06 (22) 24.04.87 (46) 23.02.89. Бнж. В 7 (72) В.Т. Гудилин, Е,Б. Слободов, В,И. Сопиков и А.И. Туманов (53) 621 ° 5?4{088.8) (56) Епифанова В.И. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения, И.: машиностроение,;19?3, т. 1, с ° 344, (54) РЕГЕНЕРАТОР (5 7) Изобретение м,б. использовано в химиче.ском, нефтяном машиностроении, в установках разделения воздуха.

Цель изобретения — повышение экономичности регенератара. Вертикальный цилиндрический корпус I содержит трубки 2, размещенные в четырех зонах по высоте. В корпусе 1 радиально расположена перфорированная трубка

14605 7Ь

12, один конец которой жестко соединен с сердечником 14, установленным в центральной части корпуса, а другой — снабжен патрубком 13, закрепленным на корпусе 1. Трубка 12 установлена в дополнительной зоне 11, размещенной между верхней и нижней зонами с витыми трубками 2. Наружный диаметр патрубка 13 меньше внутреннего диаметра перфорированной трубки

12. Отношение шага навивки трубок 2, в дополнительной зоне 11 к шагу навивки трубок 2 в верхней и нижней зонах с витыми трубками 2 равно 3-7.

Отношение площади поперечного сечения трубок 2 к площади поперечного сечения корпуса 1 равно 0,01-0,02.

Один конец патрубка; 13, размещенный

Изобретение относится к аппаратостроению и может быть использовано

B химическом, нефтяном машиностроении, преимущественно в установках разделения воздуха.

Целью изобретения является повы-, шение экономичности за счет увеличенич интенсификации теплообмена и на" дежности при эксплуатации.

EIa чертеже изображен регенератор, общий вид.

Регенератор содержит вертикально установленный. цилиндрический корпус

1 с трубками 2, заполненный насадкой

3, выполненной из базальта, патрубки

4 и 5 для подвода и отвода прямого и обратного потоков рабочих сред, патрубок 6 для подвода чистого продукта. 20

Регенератор состоит из пяти зон, расположенных на высоте корпуса 1, в верхней части корпуса 1 размещены верхняя зона 7 с прямыми трубками 2 и верхняя зоны 8 с витыми трубками 25

2 с постоянным шагом навивки, в ниж-. ней части корпуса 1 размещены нижняя . эоны 9 с витыми трубками 2 с постоянным шагом навивки н нижняя зона 10 с

:прямыми трубками 2. Между зонами 8 30 и 9 расположена дополнительная зона .

11 с увеличенным шагом навивки трубок в трубке 12, м.б. выполнен плавающим.

Зоны в корпусе м.б. выполнены с соотношениями: высота зоны 11 к высоте нижней зоны с витыми трубками 2

0,03-0,05, высота верхней эоны с прямыми трубками 2 к высоте верхней зоны с витыми трубками 0,05-02, высота верхней зоны с витыми трубками 2 к высоте нижней эоны с витыми трубками

2 1,7-1,9 и высота нижней зоны с прямыми трубками 2,5-3,2. Конструкция регенератора позволяет увеличить интенсификацию теплообмена и.надежность работы регенератора при эксплуатации, улучшить равномерность отбора части прямого потока воздуха, избежать попадания зернистого материала насадки в устройство. 2 з.п. ф-лы, I ил.

2, В дополнительной зоне 11 радиально корпусу 1 расположена по крайней мер е одна перфорированная труб ка 1 2 с плавающим патрубком 13. В корпусе

1 регеператора размещен сердечник

14, к которому прикреплена одним концом перфорированная трубка 12.

Регенератор работает следующим образом.

Через патрубок 4 в корпус !, заполненный насадкой 3, подают поток

rаза, например" воздуха (прямой поток), Через патрубки 5 и 6 в корпус 1 регенератора подают охлаждающий обратный поток, причем через патрубок 6 по трубкам 2 подают один из продуктов разделения воздуха повьппенной чистоты, например технический кислород .

В процессе прохождения прямого потока происходят его охлаждение и отложение примесей (например, паров воды и двуокиси углерода) на поверхности насадки 3 и трубок 2, после чего очищенный от примесей прямой поток направляют через патрубок 5 в-блок ректификации установки (не показано).

Часть прямого потока через патрубок

13 отводят из регенератора для улучшения условий очистки насадки 3 и поверхности трубок 2 в дополнительной зоне 11 регенератора. составляет 0,05-0,2. При соотношении более 0,2 происходит увеличение недорекуперации и снижается доля по"" лучения чистых продуктов. При соотношении менее 0,2 невозможно завести трубки 2 в трубную решетку. из.обр ет ения

1. Регенератор, содержащий вертикально установленный цилиндрический корпус с трубками, которые размещены в четырех зонах по высоте, в верхней части корпуса размещена верхняя зона с прямыми трубками и верхняя зона с витыми трубками с постоянным шагом навивки, в нижней части корпуса — соответственно нижняя зона с витыми трубками с постоянным шагом навивки и нижняя зона с прямыми трубками, сердечник, установленный в центральной части корпуса, и размещенную в корпусе насадку, выполненную иэ базальта, о т л и— чающий с я тем, что, с целью повышения экономичности эа счет увеличения интенсификации теплообмена и надежности при эксплуатации, онснабжен по крайней мере одной расположенной в корпусе радиально перфорированной трубкой, один торец которой жестко соединен с сердечником, а другой снабжен патрубком, закрепленным на корпусе, при этом перфорированная трубка установлена в дополнительной зоне, размещенной между верхней и нижней зонами с витыми трубками, при этом наружный диаметр патрубка меньше внутреннего диаметра перфорированной трубки, отношение шага навивки трубок в дополнительной зоне к шагу навивки трубок в верхней и нижней зонах с витыми трубками равно 3-7, а отношение площади поперечного сечения трубки к площади поперечного сечения корпуса равно О, 010,02.

2. Регенератор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что один конец патрубка, расположенный в перфорированной трубке, выполнен плавающим. при этом разница между внутренним радиусом трубки и наружным раДиусом патрубка меньше минимального диаметра частиц базальта.

3, Регенератор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что зоны в корпусе выполнены с соотношениями: вы5 )460576 6 шение составляет 1,7-1,9. При соотношении более 1,9 происходит значительное увеличение количества накапливающихся примесей, что приводит к забивке аппарата. При соотношений менее 1,7 дальнейшего уменьшения количества накапливающихся примесей не происходит. Формула

В дополнительной зоне 11 регене- 10 ратора установлена по крайней мере одна перфорированная трубка 12, которая для улучшения равномерности отбора части прямого потока расположена радиапьно так, что один торец трубки жестко прикреплен к сердечнику регенератора, а другой снабжен патрубком 13.

Для воэможности установки перфорированной трубки 12 в дополнительной зоне 11 отношение шага навивки трубок 2 в дополнительной зоне к шагу навивки трубок 2 в 8-й и 9-й зонах составит 3-7 в зависимости от диаметра трубок 2. Уменьшение этого 25 соотношения меньше 3 может привести к тому, что перфорированная трубка

12 не войдет в зазор между витками трубок 2, а увеличение больше 7 приведет к уменьшению поверхности теп лообмена трубок 2.

Торец перфорированной трубки 12 снабжен патрубком 13, который закреплен на корпусе 1, а торец патрубка

13, расположенный в перфорированной трубке 12, выполнен плавающим.

Причем во избежание попадания зернистого материала насадки 3 в устpofIcTBo разница между внутренним радиусом трубки 12 и наружным радиусом 40 патрубка 13 должна быть меньше минимального диаметра частиц насадки.

Кроме того, отношение площади поперечного сечения перфорированной трубки 12 к площади поперечного сече- 45 ния корпуса должно быть 0,01-0,02.

При соотношении менее 0,01 увеличится гидравлическое сопротивление патрубка f3, что ведет к увеличению энергозатрат или к уменьшению коли- 5р чества чистых сухих продуктов. При увеличении соотношения более 0,02 возрастает металлоемкость аппарата при сохранении увеличенного количества сухих продуктов. В 7-й зоне реге55 нератора трубки 2 выполнены в -виде слегка изогнутых трубок с небольшой поверхностью теплообмена. Соотношение высоты между 7-й и 8-й зонами

60576

l5

30

35 з 14

Затем осуществляется переключение потоков в регенераторе, при котором через патрубок 5 подают охлаждающий обратный поток газа, например азота.

В результате теплообмена между обратным потоком и насадкой 3 происходит нагрев обратного потока. При этом осевшие на поверхности насадки

3 и трубок 2 примеси выводятся из регенератора через патрубок "4 вместе

1 с обратным потоком.

Для обеспечения длительной работы аппарата необходимо, чтобы насадка 3 и поверхность трубок 2 полностью очищались от примесей. При неполной очистке регенератора от примесей происходят постепенное их накапливание, уменьшение проходного сечения насадкк и увеличение гидравлического сопротивления, появляется необходимость остановки аппарата и удаления примесей путем отогрева насадки до пололмтельных температур.

Для полной очистки насадки 3 и трубок 2 от примесей необходимо поддерживать определенную разность температур между прямым потоком, выходящим из патрубка 5, и обратными потоками, входящими в патрубки 5 и .6.

Например, для регенераторов воздухоразделительных установок при получении чистых продуктов до 407 эта разность составляет 3-4 С. Однако, как показали проведенные исследования, на количество примесей, остающихся в регенераторе, значительное влияние оказывают также и конструктивные параметры регенератора. садкой. Таким образом, на границе между 10-й и 9-й зонами имеет место наибольшая разность температур между потоком газа по насадке 3 и потоком газа внутри трубок 2 ° При уменьшении высоты 10-й зоны разность температур на границе между 10-й и 9-й зонами уменьшается. Однако полное исключе- . ние )О-й зоны невозможно, так как в этом случае невозможно завести трубки 2 в трубную решетку. Проведенные исследования показали, что между количеством накапливающихся примесей и соотношением высоты 9-й и 10-й зоны существует определенная зависимость и отношение высоты 9-й зоны к 10-й должно быть 2,5-3,2. При этом соотношении высот еще возможна развязка труб в трубную решетку. При соот ношении высот 9-й и 10-й зоны более

3,2 количество накапливающихся примесей остается практически постоянным.

При соотношении высот 9"й и 10-й зон менее 2,5 происходят, накаплива-, ние примесей на трубках змеевиков, увеличение гидравлического сопротивления потоков, что, следовательно, приводит к преждевременной остановке аппарата на отогрев.

В 9-й зоне происходит вымораживание двуокиси углерода на поверхности насадки 3 и трубок 2 во время прохож-.дения прямого потока. Очистка поверхности трубок 2 от этой примеси определяет продолжительность работы

I регенераторов без отогрева.

Количество примесей, остающихся в регенераторе после прохождения обДля определения влияния проведены экспериментальные работы по процессам тепло- и массообмена, происходящим в различных зонах регенератора.

В 10-й зоне регенератора через насадку 3 проходят прямые, несколько изогнутые трубки 2 до начала навивки в 9-й зоне. Поверхность теплообмена трубок 2 в этой зоне в 15-20 раз меньше, чем в 8-й и 9-й зонах, где расположены трубки 2 с постоянным шагом навивки. Поэтому обратный IIo» ток, проходящий по трубкам 2, не нагревается и имеет температуру, равную температуре потока на входе в патрубок 6.

Однако обратный поток отбросного газа, проходящий по насадке 3, нагревается за счет теплообмена с на40

Однако, как показывают более глубокие исследования, количество накапливающихся примесей при постоянной разности температур на более холод-. ном конце регенератора зависит также от изменения разности температур между потоками в тех сечениях регенера-. тора, где происходят вымораживание и возгонка этой примеси. Проведенные исследования показали, что количество примесей, остающихся в регенераторе, и разность температур между потоками газов зависят от соотношения высот 8-й и 9-й зоны. Это соотнбратного потока, в каждом конкретном аппарате зависит от разности температур между прямым и обратным потоками на более холодном конце регенерато ров, 7 ) 460576 8 соты дополнительной зоны к высоте ней эоны с витыми трубками к высоте нижней. зоны с витыми трубками 0,03- нижней зоны с витыми трубками ),70,05, высоты верхней зоны с прямыми ),9 и высоты нижней зоны с витыми трубками к высоте верхней зоны с ви-- трубками к высоте нижней эоны с прятыми трубками 0,05-0,2, высоты верх- - мыми трубками 2,5-3,2.

Составитель Н. Алексеева

Редактор Л. Гратнлло Техред M.Äèäûê Корректор С. Шекмар"

Заказ 532/49 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óàãîðîä, ул. Гагарина,101