Тепло-массообменный аппарат

 

<»>982707

ОПИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Рес убпик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.11.80 (21) 3211339/23-26 (51) М.К . с присоединением заявки №вЂ”!

В 01 D 3/32.Гвеударстеенный кемнтет

СССР (23) Приоритет— (53) УДК 66.048 (088.8) Опубликовано 23.12.82. Бюллетень № 47

IN делам нзебретеннй и еткрытий

Дата опубликования описания 28.11.82 (72) Авторы изобретения

Н. П. Рябченко, П. П.,Любченков и К. Н. Ол краснодарский ордена трудового красного знамани гадйдйрсади 13 I политехнический институт ЛУрудА а (71) Заявитель (54) ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к конструкциям кожухотрубных теплообменников и может быть использовано для проведения процесса дефлегмации в пищевой и химической промыш ленностях.

Известен дефлегматор, состоящий из корпуса, внутри которого расположен змеевик, двух торцовых крышек и патрубков для подвода и отвода парового потока и флегмы (1) .

1О

Однако этот аппарат обладает низкой разделяющей способностью вследствие наличия байпаса по паровой фазе.

Наиболее близким к предложенному по конструкции и достигаемому эффекту техническим решениям является тепломассообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с торцовыми крышками, трубные решетки, установленные между корпусом и крышками„пучок теплообменных труб, закрепленный в трубных решетках, патрубок для подвода пара, тангенциально подсоединенный к корпусу, патрубки для ввода и вывода хладагента, подсоединенные к торцовым крышкам, и патрубки вывода пара и конденсата (21.

Известный аппарат обладает рядом недостатков.

Свободное сечение для прохода парового потока — величина постоянная, в то время как количество парового потока непрерывно уменьшается. Уменьшается скорость пара в дефлегматоре. Снижается интенсивность турбулентных пульсаций, а в ряде случаев (при больших флегмовых числах R, например, отборе ЭАФ в процессе получения коньячного спирта R = 100—

120) режим движения пара становится лами— нарным. Последнее приводит к тому, что при соприкосновении с теплообменными трубка-. ми пограничные слои пара полностью конденсируются, а ядро парового потока вследствие отсутствия должного турбулентного перемешивания не подвергается конден-. ации, а пограничные силы пара, соприкасающиеся с теплообменными трубками, полностью конденсируются, при этом, как известно, состав конденсата равен составу пара. Разделение смеси при больших флегмовых числах происходит только за счет массообмена между образующимся конденсатом и паровым потоком. Однако отсутствие турбулентного перемешивания и не982707

:(ег„) ()(). (цц;:е г), конструкции к массо((> ч е I ((м (. )! (. i () ) (3 а ы и н е и о 3 B() л я ют пол у(и> i: разде зяющ(. fi с(чоеобности более o)3HQH теоретической тарелки. Кроме того, в указанной конструкции имеет место байпае и неравномерное обтекание паровым потоком трубного пучка.

Вышеуказанные недостатки снижают разделяющую способность, исключают исполь:ювание его для выделения ЭАФ непосредственно из парового потока. Последнее позволило бы уменьшить энергозатраты, металлоемкость установки и уменьшить инерционность процесса получения коньячного спирта.

lO

Цельк> изобретения является интенсифик;(ция ((роцессов за счет обеспечения турбу.ц(ll цоп> движения пара и равномерного обт(нация им т(.цлообменных труб. !!() гавленная цель достигается тем, что в ге) >()vаесообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с торцовыми крышками, трубные решетки, установленные между корпусом и крышками, пучок теплообменных труб, закрепленный в трубных решетках, патрубок для подвода пара, тангенциально подсоединенный к корпусу, пат- 5 рубки для ввода и вывода. хладагента, подсоединенные к торцовым крышкам, и патрубки вывода лара и конденсата, пучок теплообменных труб расположен эксцентрично оси корпуса, образуя серповидный канал для пара, соединенный с тангенциальным патрубком для подвода пара, а патрубок вывода пара выполнен со скошенным входным концом, расположенным в центре пучка теплообменных труб и направленным навстречу потоку пара. 35

На фиг.,1 изображен аппарат, продольный разрез, общий вид; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1.

Тепломассообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с двумя трубными решетками 2 и 3, в которых закреплен 4О пучок теплообменных труб 4, торцовых крышек 5 и 6, патрубков для подвода 7 исходного парового лотока, для отвода 8 оставшейся неконденсировавшейся (части парового потока для подвода 9 охлаждаю- 45 щей воды, для отвода 10 охлаждающей воды, для отвода 11 флегмы. Патрубок 7 закреплен в корпусе 1 тангенциально. Для упрощения разборки аппарата патрубок 8 пропущен через сальниковое уплотнение 12, закрепленное в крышке 5, фланец 13 за- 50 креплен на патрубке 8 с помощью резьбового соединения. Пучок теплообменных трубок 4 размещен в цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично его оси, что исключает унос конденсата, стекающего с трубного пучка.

Аппарат работает следующим образом.

Охлаждающая вода подается через патрубок 9 и отводится через патрубок 10.

Исходный паровой поток (смесь компонентов различной летучести) поступает через патрубок 7 тангенциально к корпусу аппарата, огибает внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса, распределяясь равномерно по всему периметру трубного пучка. На периферии пучка возникает избыточное давление(по отношению к центру пучка), под давлением которого пар проходит между трубками 4 в центр пучка. Контактируя с поверхностью трубок 4, пар частично конденсируется. Конденсат, представляющий флегму, стекает по трубкам 4 вниз и отводится из аппарата через патрубок 11.

Оставшаяся несконденси1)овавшаяся часть парового потока выводится,из аппарата через п атр убо к 8.

По мере продвижения пара в аппарате уменьшается свободное сечение между теплообменными трубками 4, так как движение осуществляется от периферии к центру пучка. Это позволяет обеспечить постоянную скорость движения и сохранить турбулентный режим движения при непрерывном уменьшении массы парового потока, что создает интенсивное перемешивание ядра парового потока, а следовательно, и частичную конденсацию с участием всей массы пара.

Паровой поток перед поступлением в пучок теплообменных трубок 4 распределяется равномерно по всему кольцевому пространству между корпусом 1 аппарата и трубным пучком (за счет тангенциального его ввода в аппарат) и лишь затем проходит в .зазоры между теплообменными трубками в направлении от периферии к центру. Такая организация движения пара в тепломассообменном аппарате исключает появление байпасов и неравномерности обтекания трубного пучка.

Конденсат, стекающий с трубного пучка, пересекает поток пара в нижней части кольцевого пространства между корпусом и трубным пучком. При больших массовых расходах исходного парового потока в этом месте может возникнуть унос конденсата. Для предотвращения уноса целесообразно трубный пучок 4 устанавливать в корпусе 1 аппарата ассиметрично (фиг. 2), смещая пучок относительно оси корпуса 1 вверх. Свободное сечение нижней части кольцевого прохода между корпусом 1 и пучком трубок 4 увеличивается, следовательно, скорость парового потока уменьшается и исключается унос конденсата.

Таким образом, предложенная конструкция тепломассообменного аппарата обладает следующими преимуществами по сравнению с известной конструкцией. Во-первых, процесс дефлегмации проводится в условиях турбулентного режима движения пара, несмотря на непрерывное уменьшение его количества, во-вторых, исключено возникновение байпасов и неравномерного обтекания пучка трубок. Все это позволяет проЬ

98водить процесс дефлегмации в оптимальных условиях и увеличить его разделяющую спо.собность.

В предложенной конструкции используется новое сочетание ранее известных элементов, однако именно это сочетание обеспечивает увеличение разделяющей способности. Последнее позволяет использовать процесс. дефлегмации для выделения ЗАФ из парового потока при получении коньячного спирта, что позволит получить экономический эффект за счет уменьшения расхЬда греющего, металлоемкости установки и инерционности процесса получения коньячного спирта.

Формула изобретения !

Тепломассообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с торцовыми крышками, трубные решетки, установленные между корпусом и крышками, пучок теплообменных труб, закрепленный в труб2707

6 ныл решетках, патрубок для подвода пара, тангенциально подсоединенный к корпусу, патрубки для ввода и вывода хладагента, подсоединенные к торцовым крышкам, и патрубки вывода пара и конденсатора, отличаюи ийся тем, что, с целью интенсификации процессов за счет обеспечения турбулентного движения пара и равномерного обтекания им теплообменных труб, пучок теплообменных труб расположен эксцентрично оси корпуса, образуя серповидный канал для пара, соединенный с тангенциальным патрубком для подвода пара, а патрубок вывода пара выполнен со скошенным входным концом, расположенным в центре пучка теплообменных труб и направленным на15. встречу потоку пара.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цыганков. П. С. Брагоректификационные установки. М., «Пищевая промышленность», 1970, с. 247

2. Патент США № 2666499, кл. 261 †1, опублик; 19.01.54.

982707

А-А

Составитель А. Тарасов

Редактор В. Иванова Тех ред И. Верес Корректор А. Дзятко

Заказ 9770/8 Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4