ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР Российский патент 1995 года по МПК F28D7/00 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в химическом машиностроении, в частности в воздухоразделительных установках, в ректификационных колоннах со встроенными конденсаторами.

Известен вертикальный конденсатор, встроенный в ректификационную колонну, в котором трубные решетки жестко связаны с корпусом и центральной трубой сердечника.

В указанном конденсаторе в трубках кипит кислород.

Однако приведенная конструкция не обеспечивает надежной заделки труб в трубные решетки при периодических кратковременных пусках и остановках. При остановках и пусках аппарат отогревается или охлаждается по трубном пространству, корпус при этом имеет температуру, отличную от температуры теплообменных труб, разница в температурах составляет примерно 50-100^о, что приводит к разному линейному расширению металла труб и корпуса и в конечном счете к отрыву труб от решетки и выходу аппарата из строя.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является вертикальный конденсатор, включающий встроенные в корпус теплообменные трубки, заделанные в трубные решетки, одна из которых выполнена подвижной, сердечник, внутреннюю оболочку и патрубки входа и выхода потоков.

Кипение криогенной жидкости происходит в межтрубном пространстве, в трубках - конденсация.

Основным недостатком этой конструкции является ограничение производительности вследствие залива трубок конденсатом, который возникает при противоточном движении пара и жидкости (явление захлебывания). Использование аппаратов такой конструкции в колоннах чистого аргона приводит к срыву режима ректификации из-за намерзания аргона на внутренней поверхности трубок конденсатора. Намерзание происходит из-за пониженной температуры стенки трубки конденсатора относительно тройной точки аргона. Намерзание на стенках трубки аргона уменьшает проходное сечение трубки, препятствует поступающему на конденсацию газу и увеличивает термическое сопротивление стенки трубки. В связи с этим происходит отключение конденсатора, а следовательно, срыв ректификации в колонне.

Конструктивно возможно изменение трубчатки с целью уменьшения вероятности намерзания и захлебывания путем увеличения термического сопротивления (путем снабжения теплообменных трубок в нижней части, например, фторопластовыми трубками), увеличения диаметра теплообменных трубок, увеличения количества труб. Во всех случаях это приводит к увеличению металлоемкости и трудоемкости конструкции.

Целью изобретения является повышение эффективности аппарата путем исключения захлебывания аппарата и замерзания трубок.

Цель достигается тем, что вертикальный конденсатор, включающий встроенные в корпус колонны теплообменные трубки, заделанные в трубные решетки, одна из которых выполнена подвижной, сердечник, внутреннюю обечайку и патрубки входа и выхода потоков, снабжен гидрозатвором, расположенным под нижней решеткой, а внутренняя обечайка наглухо заделана на трубных решетках и выполнена с отверстиями для входа и выхода потока и патрубком для слива жидкости, расположенным на уровне нижней трубной решетки и соединенным с гидрозатвором, при этом патрубок входа рабочего потока введен в сердечник на уровне ниже нижней решетки.

Для исключения захлебывания аппарата и замерзания трубок, а также для эффективности его работы в аппарате изменено направление потоков теплообменивающихся сред, т. е. конденсация осуществляется в межтрубном пространстве.

Для включения аппарата в работу введен гидрозатвор, расположенный под нижней решеткой, что исключает проскок несконденсированного газа в ректификационную колонну и обеспечивает равномерное распределение сливаемой жидкости (конденсата) на ректификационную тарелку.

Внутренняя обечайка, заделанная в трубные решетки, предусмотрена для того, чтобы полностью включить теплообменную поверхность в работу. Входящий в отверстие, расположенное в нижней части, газ входит в зазор между теплообменными трубками, конденсируется на них и сливается вниз, а несконденсированная часть (предусмотрена продувка газа) отводится через диаметрально расположенный верхний патрубок.

Патрубок для слива жидкости, расположенный на уровне нижней трубной решетки, позволяет при кратковременных отключениях ректификационной колонны полностью слить жидкость из межтрубного пространства конденсатора.

Патрубок входа рабочего потока, введенный в сердечник на уровне ниже нижней решетки, обеспечивает противоточное движение кипящей жидкости внутри труб и конденсата снаружи.

Конструктивно ввод потока через сердечник в нижний коллектор обеспечивает подачу теплого смежного потока в трубное пространство, что позволяет изменить температуру стенки труб и, как следствие, частично исключить режим намерзания за счет направления подачи потоков.

Все перечисленные конструктивные элементы способствуют ритмичной работе конденсатора, встроенного в ректификационную колонну, и исключают явления захлебывания и замерзания теплообменных трубок.

На фиг. 1 представлен общий вид конденсатора при витых трубках; на фиг. 2 - то же, для прямотрубного конденсатора.

Конденсатор включает расположенные в корпусе 1 колонны теплообменные трубки 2, заделанные в трубные решетки, верхнюю неподвижную 3 и нижнюю подвижную 4, закрытые сверху и снизу днищами 5 и 6, а с боков внутренней обечайкой 7, наглухо заделанной на решетках 3 и 4, а также сердечник 8, патрубок 9 входа рабочего потока, пропущенный в сердечник ниже нижней решетки 4, патрубок 10 выхода рабочего потока, патрубок 11 входа газа на конденсацию, патрубок 12 слива жидкости, расположенный на уровне нижней решетки 4 и соединенный с гидрозатвором 13, расположенным под нижней решеткой 4, отверстие 14 для вывода несконденсированного газа.

Конденсатор работает следующим образом.

Жидкость на кипение поступает в нижнюю часть трубчатки через патрубок 9. Часть жидкости испаряется и отводится через патрубок 10, неиспарившаяся жидкость сливается через кольцевой зазор, образованный сердечником 8 и патрубком 9, и поступает на повторное испарение.

Газ на конденсацию поступает в межтрубное пространство, ограниченное обечайкой 7, конденсируется на наружной поверхности теплообменных труб, стекает в нижнюю часть трубчатки и через гидрозатвор сливается в колонну.

Несконденсированный газ отводится через отверстие 14, а жидкость сливается на верхнюю ректификационную тарелку через патрубок 12, соединенный с гидрозатвором 13.

Использование заявленного конденсатора в верхней колонне позволяет по сравнению с существующими исключить "захлебывание" аппарата и замерзание трубок, что повышает эффективность аппарата в два раза без увеличения металлоемкости и трудоемкости изготовления конструкции.

Использование: в теплообменных аппаратах, встроенных в ректификационные колонны воздухоразделительных установок. Сущность изобретения: конденсатор содержит теплообменные трубки 2, заделанные в решетки 3, 4, внутреннюю обечайку 7 и снабжен гидрозатвором 13. Внутренняя обечайка 7 наглухо заделана на трубных решетках 3, 4 и выполнена с отверстиями 14. 2 ил.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР, включающий встроенные в корпусе колонны теплообменные трубки, заделанные в трубные решетки, одна из которых выполнена подвижной, сердечник, внутреннюю обечайку и патрубки входа и выхода потоков, отличающийся тем, что он снабжен гидрозатвором, расположенным под нижней решеткой, а внутренняя обечайка наглухо заделана на трубных решетках и выполнена с отверстиями для входа и выхода потоков и патрубком для слива жидкости, расположенным на уровне нижней трубной решетки и соединенным с гидрозатвором, при этом патрубок входа рабочего потока введен в сердечники на уровень ниже нижней решетки.