ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к оборудованию нефтеперерабатывающей, нефтехимической и смежной с ними областям промышленности, в частности к устройствам для кристаллизации в установках депарафинизации минеральных масел и обезмасливанию нефтяного гача.

Известен тепломассообменный аппарат (см. SU, А1 N 627834, 1978), содержащий несколько секций типа "труба в трубе", которые последовательно соединены между собой с помощью двойников, и шнековые скребковые валы, установленные на опорах внутри каждой секции.

Основной недостаток известного тепломассообменного аппарата заключается в том, что в процессе его работы образуются пробки из выкристаллизовавшейся твердой фазы в местах размещения опор скребковых валов, поскольку в этих местах из-за кольцевых выступов, образованными опорами, на скребковых валах отсутствуют шнековые лопасти. Известен также тепломассообменный аппарат (см SU, А1 N 1554922, 1990), содержащий теплообменную трубу, внутри которой расположен вал из упругих колец с полосовыми скребками, установленными с возможностью перемещения в радиальном направлении. Недостаток известного тепломассообменного аппарата заключается в том, что из-за большой величины силы трения между рабочими поверхностями полосковых скребков и внутренней поверхностью теплообменной трубы, необходим повышенный крутящий момент, прикладываемый к валу. В результате, возрастают не только энергозатраты, но и снижается ресурс безаварийной работы аппарата, что приводит к повышению эксплуатационных затрат.

Наиболее близким к предлагаемому тепломассообменному аппарату является устройство (см. Вихман Г.И. и др. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. М. Машиностроение, 1978, с. 201-203), содержащий разъемную составленную из отдельных соединенных между собой секций теплообменую трубу с соосно расположенный в ней на центраторах разъемным скребковым валом, снабженным опорными элементами, в которых закреплены подвижные в радиальном направлении, обращенные рабочими поверхностями к внутренней поверхности теплообменной трубы, подпружиненные полосковые скребки.

Основным недостатком этого тепломассообменного аппарата является то, что в нем не обеспечивается полная очистка полосковыми скребками внутренней поверхности составной теплообменной трубы из-за наличия центраторов, в местах установок которых образуются неочищаемые участки поверхности трубы из-за отсутствия на валу в этих местах полосковых скребков. Это является причиной образования пробок из выкристаллизовавшейся твердой фазы в местах размещения центраторов, что повышает гидравлическое сопротивление и приводит к частым остановкам процесса кристаллизации для очистки внутренней поверхности теплообменной трубы.

В основу изобретения положена задача повышения производительности тепломассообменного аппарата путем обеспечения полной очистки внутренней поверхности теплообменных труб с одновременным уменьшением гидравлического сопротивления и износа труб.

Поставленная задача решена тем, что в тепломассообменном аппарате, содержащем разъемную составленную из отдельных соединенных между собой секций теплообменную трубу с соосно расположенным в ней на центраторах разъемным скребковым валом, снабженным опорными элементами, в которых закреплены подвижные в радиальном направлении, обращенные рабочими поверхностями к внутренней поверхности теплообменной трубы, подпружиненные полосковые скребки, согласно изобретению центраторы выполнены в виде полосковых скребков и равномерно размещенных по длине скребкового вала ограничителей их радиального перемещения, при этом скребки смежных секций теплообменной трубы смещены в осевом направлении с частичным взаимным перекрытием и образуют ступечатые перекрывающие разъемную трубу по всей длине составные скребковые поверхности. Кроме того, ограничители радиального перемещения полосковых скребков могут быть выполнены в виде выступов на обращенных к скребковому валу сторонах скребков или в виде расположенных под полосковыми скребками выступов на валу, при этом зазор между выступами полосковых скребков или между скребками и выступами вала равен максимальному радиальному смещению вала относительно оси теплообменной трубы. Ограничители радиального перемещения полосковых скребков могут быть также выполнены в виде равномерно расположенных по длине вала винтовых или шнековых лопастей с выполненными на их периферии радиальными прорезями, в которых с радиальным зазором относительно концевых перемычек прорезей подвижно размещены полосковые скребки. При этом во всех вариантах выполнения тепломассообменного аппарата предпочтительно чтобы радиальный зазор между полосковыми скребками и ограничителями их радиального перемещения составлял не более
0,03(R_в R_н),
где R_в внутренний радиус теплообменной трубы;
R_н наружный радиус скребкового вала.

Такое выполнение тепломассообменного аппарата обеспечивает полное очищение внутренней поверхности труб от парафиновых отложений за счет взаимного перекрытия в осевом направлении скребков смежных секций разъемной теплообменной трубы, а также снижает вероятность поломки полосковых скребков вследствие более равномерного распределения рабочих нагрузок, воспринимаемых скребками и передаваемых ими на скребковый вал через множество ограничителей радиального перемещения (то есть промежуточных опор) полосковых скребков. Центраторы, содержащие винтовые или шнековые ограничители радиального перемещения полосковых скребков, дополнительно работают как винтовые насосы, что существенно снижает гидравлическое сопротивление аппарата и улучшает условия теплообмена.

На фиг. 1 изображен тепломассообменный аппарат с центрирующими элементами, размещенными на скребках (продольный разрез); на фиг. 2 - тепломассообменный аппарат с центрирующими элементами, закрепленными на валу и выполненными в виде выступов; на фиг. 3 тепломассообменный аппарат с центрирующими элементами, закрепленными на валу и выполненными в виде винтовых лопастей; на фиг. 4 тепломассообменный аппарат с центрирующими элементами, закрепленными на валу и выполненными в виде шнековых лопастей с прорезями; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 6 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 4.

Тепломассообменный аппарат содержит разъемную составленную из отдельных соединенных между собой секций теплообменную трубу 1, внутри которой соосно установлен скребковый вал 2 с закрепленными на нем опорными элементами 3, в которых закреплены подвижные в радиальном направлении обращенные рабочими поверхностями к внутренней поверхности теплообменной трубы 1 подпружиненные полосковые скребки 4. Центраторы скребкового вала 2 выполнены в виде подпружиненных подвижных в радиальном направлении полосковых скребков 4 и равномерно размещенных по длине скребкового вала 2 ограничителей их радиального перемещения, которые могут быть выполнены либо в виде выступов 5 на обращенной к валу поверхности скребков 4, либо в виде выступов 6, выполненных на валу 2 напротив торцевых поверхностей скребков 4, либо в виде закрепленных на валу 2 винтовых лопастей 7, в которых выполнены радиальные прорези 8, либо в виде закрепленных на валу одно- или многозаходных шнековых лопастей 9, в которых выполнены радиальные прорези 10. В прорезях 8 или 10, соответственно винтовых 7 или шнековых 9 лопастей, размещены полосковые скребки 4. Подвижность полосковых скребков 4 обусловлена наличием зазора b между ними и ограничителями их радиального перемещения (см. фиг. 1 и 2); а в вариантах выполнения (см. фиг. 3 и 4) этот зазор образован с торцами лопастей в прорезях соответственно 8 или 10. Полосковые скребки смежных секций теплообменной трубы 1 смещены в осевом направлении с частичным взаимным перекрытием и образуют внутри разъемной теплообменной трубы 1 ступечатые перекрывающие ее по всей длине составные скребковые поверхности. Кроме того, полосковые скребки 4, в каждой секции теплообменной трубы 1 установлены на одинаковом угловом расстоянии, а скребки смежных секций теплообменной трубы 1 смещены относительно друг друга в окружном направлении на угол y 360/2n, где n число полосковых скребков, размещенных на одинаковом угловом расстоянии друг от друга.

Зазор b между элементами центратора вала 2, то есть между полосковыми скребками 4 и ограничителями их радиального перемещения, которые в вариантах выполнения представляют собой или выступы 5 на скребках 4, или выступы 6 на валу 2, или прорезанные лопасти 7 или 9 составляет не более
0,3 (R_в R_н),
где
R_в- внутренний радиус теплообменной трубы;
R_н наружный радиус скребкового вала 2.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

В теплообменные трубы 1 подается углеводородное сырье, при этом тепловой напор, скорость движения и продолжительность пребывания охлаждаемого сырья в тепломассообменном аппарате выбирают из расчета обеспечения оптимальной для данного сырья скорости охлаждения. При движении в аппарате из сырья выкристаллизовываются парафиновые углеводороды, откладываясь на внутренней поверхности трубы 1. При вращении скребкового вала 2 полосковые скребки 4 очищают от отложений внутреннюю поверхность теплообменной трубы 1.

Снятая скребками 4 с поверхности трубы 1 выкристаллизованная масса удаляется из нее потоком жидкой фракции сырья. Подпружиненные полосковые скребки 4 прижимаются к внутренней поверхности теплообменной трубы 1 с усилием, передаваемым на скребки от пружин опорных элементов 3. Этим обеспечивается соосность трубы 1 и вращающегося вала, а также компенсация их несоосности на отдельных участках из-за искривлений теплообменной трубы 1 и скребкового вала 2. Расположение полосковых скребков 4 в прорезях 8 или 10 позволяет передать на скребки большее усилие, а также максимально перекрыть проходное сечение теплообменной трубы 1 винтовыми лопастями ограничителей радиального перемещения (см. фиг. 4 и 5), что позволяет дополнительно использовать их в качестве винтовых насосов. Полосковые скребки 4 при вращении вала способствуют также закручиванию потока жидкости, чем обеспечивается частичная сепарация более легких фракций (в том числе и счищенного со стенок трубы парафина) к поверхности вала 2. Это значительно увеличивает эффективность теплообмена, так как непосредственно у поверхности теплообменной трубы происходит постоянное обновление слоя жидкого нефтяного сырья, а низкотеплопроводные парафиновые фракции эффективно удаляются. После прохождения всего объема кристаллизатора рабочая смесь выводится из аппарата.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение производительности и эффективности с одновременным снижением материальных затрат при проведении процесса депарафинизации нефтяного сырья.

Тепломассообменный аппарат содержит разъемную, составленную из отдельных, соединенных между собой секций, теплообменную трубу с соосно расположенным в ней на центраторах разъемным скребковым валом, снабженным опорными элементами, в которых закреплены подвижные в радиальном направлении обращенные рабочими поверхностями к внутренней поверхности теплообменной трубы подпружиненные полосковые скребки. Новым в тепломассообменном аппарате является выполнение центраторов в виде полосковых скребков и равномерно размещенных по длине скребкового вала ограничителей их радиального перемещения, при этом полосковые скребки смежных секций теплообменной трубы смещены в осевом направлении с частичным взаимным перекрытием и образуют внутри разъемной теплообменной трубы ступенчатые, перекрывающие ее по всей длине, составные скребковые поверхности. Кроме того, ограничители радиального перемещения полосковых скребков могут быть выполнены либо в виде выступов на обращенных к скребковому валу сторонах полосковых скребков, либо в виде расположенных под полосковыми скребками выступов на валу, либо в виде равномерно расположенных по длине вала винтовых или шнековых лопастей с радиальными прорезями, соответственно, в которых с радиальным зазором относительно торцов лопастей в прорезях подвижно размещены полосковые скребки. Предпочтительно, чтобы радиальный зазор между полосковыми скребками и ограничителями их радиального перемещения составлял не более: 0,03(R_в-R_н), где R_в - внутренний радиус теплообменной трубы; R_н - наружный радиус скребкового вала. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий разъемную составленную из отдельных соединенных между собой секций теплообменную трубу с соосно расположенным в ней на центраторах разъемным скребковым валом, снабженным опорными элементами, в которых закреплены подвижные в радиальном направлении, обращенные рабочими поверхностями к внутренней поверхности теплообменной трубы, подпружиненные полосковые скребки, отличающийся тем, что полосковые скребки и равномерно размещенные по длине скребкового вала ограничители их радиального перемещения образуют центраторы, при этом полосковые скребки смежных секций теплообменной трубы смещены в осевом направлении с частичным взаимным перекрытием и образуют внутри разъемной теплообменной трубы ступенчатые перекрывающие ее по всей длине составные скребковые поверхности. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что ограничители радиального перемещения полосковых скребков выполнены в виде выступов на обращенных к скребковому валу сторонах полосковых скребков, при этом радиальный зазор между ними равен максимальному радиальному смещению вала относительно оси теплообменной трубы. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что ограничители радиального перемещения полосковых скребков выполнены в виде расположенных под ними выступов на валу, при этом зазор между выступами и обращенными к валу сторонами полосковых скребков равен максимальному радиальному смещению вала относительно оси теплообменной трубы. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что ограничители радиального перемещения полосковых скребков выполнены в виде равномерно расположенных по длине вала винтовых лопастей с радиальными прорезями, в которых с радиальным зазором относительно торцов лопастей в прорезях подвижно размещены полосковые скребки. 5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что ограничители радиального перемещения полосковых скребков выполнены в виде закрепленных по всей длине разъемного скребкового вала шнековых лопастей с радиальными прорезями, в которых с радиальным зазором относительно торцов лопастей в прорезях подвижно размещены полосковые скребки. 6. Аппарат по пп.1 4, отличающийся тем, что радиальный зазор между полосковыми скребками и ограничителями их радиального перемещения составляет не более 0,03(R_в R_н), где R_в внутренний радиус теплообменной трубы, R_н наружный радиус скребкового вала.