Конденсатор-испаритель

 

Использование: в установках разделения воздуха и конденсаторов - испарителей кожухотрубного типа с вертикальным расположением трубок. Сущность изобретения: торцы трубок имеют круглое сечение, а их средняя часть - звездообразное. Внутренняя поверхность трубок имеет гидрофобное покрытие. В межтрубное пространство поступает конденсирующий теплоноситель (жидкий кислород). Пары азота конденсируются на внутренней поверхности трубок и стекает вниз, отдавая тепло конденсации теплоносителю. 1 з. п. ф - лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а точнее - к устройствам для испарения или конденсации теплоносителей, и может быть использовано, например, в качестве конденсатора-испарителя ректификационной колонны в технике низкотемпературного разделения воздуха.

Известны теплообменники конденсаторы и испарители, в которых с целью интенсификации теплообмена используются теплообменные трубки с установленными в них вставками или внутренними ребрами.

Такие аппараты имеют низкую поверхность теплообмена, а также конструктивную сложность внутренней структуры трубок.

Более простую конструкцию и достаточно высокую эффективность при работе на хладонах имеют аппараты с теплообменными трубками, внутри которых устанавливаются простые по изготовлению продольные вставки звездообразного профиля из олеофильного материала, например из полиэтилена.

Недостатки таких аппаратов - низкая поверхность теплообмена, что снижает эффективность аппарата, и увеличенная масса аппарата, обусловленная значительной массой большого количества звездообразных вставок.

Цель изобретения - повышение эффективности аппарата и снижение его массы.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем закрепленные в трубных досках теплообменные трубки, которые выполнены с переменным по поперечному сечению профилем: торцы трубок имеют круглое сечение, а средняя часть - звездообразную форму сечения. Для уменьшения сил сцепления конденсата с внутренней поверхностью теплообменной трубки с целью улучшения отвода конденсата с ее поверхности внутренняя поверхность имеет гидрофобное покрытие.

На фиг. 1 изображен конденсатор-испаритель, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Конденсатор-испаритель состоит из корпуса 1, внутри которого размещены трубные доски 2 и 3, соединенные между собой теплообменными трубками 4. Трубная доска 2 закрыта крышкой 5 со штуцером 6 для входа теплоносителя I. Трубная доска 3 закрыта крышкой 7 с трубкой 8 выхода теплоносителя I. Нижняя часть корпуса 1 соединена с днищем 9, в котором имеется штуцер 10 для выхода теплоносителя II. Теплоноситель II входит через зазор между корпусом 1 и трубной доской 2 непосредственно из ректификационной колонны. Торцы 11 и 12 трубок 4 имеют круглое сечение и закреплены в отверстиях трубных досок 2 и 3, например, пайкой или сваркой.

Участок трубок между трубными досками имеет звездообразное сечение (фиг. 2). Количество заостренных вершин 13 звезды может быть 3 и более. На фиг. 2 показан четырехвершинный вариант звезды. Внутренняя поверхность 14 трубок 4 имеет гидрофобное покрытие.

Конденсатор-испаритель работает следующим образом (для удобства рассмотрен случай его использования в разрезной ректификационной колонне блока разделения воздуха).

В межтрубное пространство Б поступает из колонны конденсирующий теплоноситель II (жидкий кислород), а в трубное пространство через штуцер 6 подается конденсируемый теплоноситель I (пары азота). Теплоноситель I конденсируется на внутренней поверхности трубок и стекает вниз, тепло конденсации отдается теплоносителю II (кипящему в полости Б кислороду).

Образующийся внутри трубок 4 конденсат теплоносителя I (жидкий азот), под действием капиллярных сил поверхностного натяжения стягивается с выпуклой поверхности в углы заостренных вершин 13, заполняя прилежащую к углу полость В. При этом происходит утолщение слоя жидкости в углах с образованием в них ручьев жидкости, их утяжелением и стеканием вниз под действием сил гравитации, а на выпуклой части внутренней поверхности 14 трубок 4 происходит уточнение пленки конденсата и оголение стенки, что существенно улучшает условия теплообмена при конденсации. Известно, например: Алексеев В. П. и др. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок. Энергоатомиздат, 1987, с. 99-130), что образование пленки конденсата на поверхности трубок ухудшает теплообмен и чем она толще, тем значительнее ухудшаются теплообменные процессы. Гидрофобное покрытие внутренней поверхности трубок обеспечивает хорошие условия для интенсивного стекания сконденсированной жидкости в нижнюю часть аппарата. Собранный конденсат (жидкий азот) отбирается через штуцер 10.

Конденсатор-испаритель при простоте изготовления имеет более высокую поверхность теплообмена и меньшую массу. Как показывают расчеты, масса аппарата в сравнении с прототипом при одинаковой эффективности аппаратов снижается на 30-35% .

Формула изобретения

1. КОНДЕНСАТОР-ИСПАРИТЕЛЬ, содержащий корпус с установленными в нем трубными досками, которые соединены теплообменными трубками, отличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности и снижения массы, теплообменные трубки выполнены переменного поперечного сечения по высоте, торцы трубок имеют круглое сечение, а часть трубок, размещенная между трубными досками, имеет звездообразное сечение.

2. Конденсатор-испаритель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность теплообменных трубок снабжена гидрофобным покрытием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2