КОНДЕНСАТОР-ИСПАРИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F25B39/00 F28D9/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплообменной аппаратуре, работающей в условиях кипения и конденсации рабочих сред, и может быть использовано в установках низкотемпературного разделения воздуха.

Известен конденсатор-испаритель, содержащий корпус с размещенными в нем коллекторами, одним или несколькими пластинчато-ребристыми теплообменными элементами с каналами конденсации и кипения, коллекторы с патрубками для ввода и вывода конденсирующейся среды, при этом теплообменные элементы расположены в виде параллелограмма, устанавливаемого наклонно к горизонтали на угол 5-15^o, коллекторы размещены на поверхности кипения, площади боковых сечений ввода и вывода кипящей среды равновелики площадям сечений, занятых коллекторами, а насадка в зоне боковых сечений каналов кипения выполнена перфорированной.

Недостатком известной конструкции являются увеличение габариты аппарата, требующие увеличенного диаметра корпуса, в котором он размещен, затрудненный сбор и отдув неконденсирующихся газовых примесей из конденсирующегося потока.

Известен теплообменник, работающий в режиме конденсатора-испарителя, содержащий корпус с теплообменным пакетом, включающим каналы кипения, образующие с корпусом полость кипения, и чередующиеся с каналами кипения каналы конденсации, соединенные с патрубками входа и выхода конденсирующейся среды за пределы корпуса, при этом теплообменник снабжен гидрозатвором, пластиной, установленной между корпусом и теплообменным пакетом и брусками, разделяющими каналы кипения на верхнюю нижнюю секции: причем выход из нижней секции и вход в верхнюю расположены над перегородкой, выход из верхней секции расположен в верхней части последней, вход гидрозатвора соединен с патрубками выхода каналов конденсации, а его выход расположен над перегородкой.

Недостатком указанного теплообменника является наличие двух коллекторов с патрубками для ввода и вывода конденсирующейся среды, снижающих компактность конструкции и увеличивающих габариты и трудоемкость изготовления, отсутствие возможности обойтись одним коллектором для ввода и вывода конденсирующейся среды, не выступающим за габариты неконденсирующихся газовых примесей, ухудшающих работу аппарата.

Задача изобретения создание компактной конструкции конденсатора-испарителя с уменьшенными габаритами, металлоемкостью и трудоемкостью изготовления при обеспечении надежности гидродинамических условий работы.

Решение поставленной задачи может быть осуществлено таким образом, что конденсатор-испаритель, размещенный в корпусе ректификационной колонны, содержащий пластинчато-ребристый элемент, состоящий из теплообменной секции с чередующимися каналами кипения и конденсации, с боковыми проходными сечениями, узел подвода и отвода конденсирующейся среды, узел отвода неконденсирующегося газа, снабжен подводящей секцией пластинчато-ребристого теплообменного элемента для конденсирующейся среды, распределительным коллектором с площадью проходного сечения f, который размещен на расстоянии l от верхнего торца теплообменного элемента, узел подвода и отвода конденсирующейся среды выполнен из коллектора и патрубка и размещен на нижнем торце теплообменного элемента, узел отвода неконденсирующегося газа выполнен из коллектора и патрубка обменного элемента, боковые переходные сечения теплообменной секции выполнены размером m, а значения f, l, m, рассчитываются по формулам:
f (1,7-2,2)•10^-4F_конд,
где F_конд. поверхность теплообмена каналов конденсации,
l (130 140)•d_э,
где d_э эквивалентный диаметр канала конденсации,
m (0,2 0,5)•b,
где b ширина пластинчато-ребристого теплообменного элемента.

Предлагаемый конденсатор-испаритель конструктивно может быть выполнен таким образом, что либо подводящая секция состоит из двух частей, размещенных по обе стороны теплообменной, либо теплообменная секция состоит из двух частей, размещенных по обе стороны поводящей.

На фиг.1 изображен предлагаемый конденсатор-испаритель с сечением теплообменного элемента по каналам кипения; на фиг.2 теплообменный элемент, сечение А-А по каналам конденсации; на фиг.3 теплообменный элемент с теплообменной и подводящей секциями.

Конденсатор-испаритель, размещенный в корпусе ректификационной колонны, содержит пластинчато-ребристый теплообменный элемент 1, состоящий из теплообменной секции I с чередующимися каналами кипения 2 и конденсации 3, и подводящей II. Узел подвода и отвода конденсирующейся среды выполнен в виде коллектора 4 с патрубком 5, соединяющим колонны высокого и низкого давлений. Подвод конденсирующейся среды к каналам конденсации осуществляется через распределительный коллектор 6. Узел отвода неконденсирующихся газов выполнен в виде коллектора 7 с патрубком 8.

Конденсатор-испаритель работает следующим образом.

Пар на конденсацию из ректификационной колонны высокого давления через коллектор 4 с патрубком 5 поступает в подводящие каналы II полости конденсации, из подводящих каналов пар собирается в распределительный коллектор 6, размещенный на расстоянии l от верхнего торца теплообменного элемента 1, и далее распределяется по каналам конденсации 3. Каналы конденсации, расположенные ниже распределительного коллектора 6, работают в режиме прямотока, когда поступающий пар и образующийся конденсат движутся спутно вниз. Каналы конденсации, расположенные выше распределительного коллектора 6, работают в режиме противотока, т.е. пар на конденсацию поступает в каналы снизу вверх, а образующийся конденсат стекает вниз, проходя транзитом в нижние каналы, и далее общим потоком стекает в коллектор 4 и через патрубок 5 стекает в колонну высокого давления. Примеси неконденсирующихся газов собираются в верхней части полости конденсации и через коллектор 7 с патрубком 8 отводятся за пределы аппарата.

Жидкость в каналы кипения 2 поступает через боковые проходные сечения размером m под действием гидростатического столба жидкости в объеме между теплообменным элементом 1 и корпусом ректификационной колонны. Парожидкостная смесь в каналах кипения движется снизу вверх. На выходе из каналов кипения неиспарившаяся жидкость переливается в объем между корпусом ректификационной колонны и теплообменным элементом, а образовавшийся пар отводится в колонну низкого давления.

По аналогичной схеме работают каналы кипения в подводящей секции, расположенные над распределительным коллектором 6.

Каналы подводящей секции, расположенные над распределительным коллектором, могут быть выполнены чередующимися с каналами кипения и использованы, как в теплообменной секции.

Использование части каналов теплообменного элемента в качестве подводящих позволяет наиболее компактно оформить конструкцию аппарата и использовать общий узел для подвода и отвода конденсирующейся среды.

Увеличение соотношения l/d_э больше 140 приведет к возникновению условий захлебывания каналов конденсации в зоне выше места ввода пара на конденсацию, возникновению пульсаций и дестабилизации процесса конденсации.

Уменьшение соотношения l/d_э меньше 130 затруднит организацию процесса сбора и отдува неконденсирующегося газа из каналов конденсации, собирающихся в верхней части теплообменного элемента.

При значении величины m, меньшем 0,2b величина бокового проходного сечения для циркулирующей среды недостаточна из-за повышенного гидравлического сопротивления, что затрудняет подвод жидкости в каналы кипения.

Увеличение m больше 0,5b недопустимо, так как при этом все большая часть рабочей поверхности каналов кипения оказывается состоящей из горизонтальных каналов, из которых затруднен вывод пара и в результате ухудшены условия теплообмена.

Использование: в области теплоэнергетики, в частности в теплообменной аппаратуре, работающей в условиях кипения и конденсации рабочих сред, в также в установках низкотемпературного разделения воздуха. Сущность изобретения: конденсатор-испаритель размещен в корпусе ректификационной колонны и содержит пластинчато-ребристый теплообменный элемент 1, состоящий из теплообменной секции с чередующимися каналами 2, 3 кипения и конденсации соответственно. Подвод конденсирующейся среды осуществляется через распределительный коллектор 6. Узел подвода и отвода конденсирующейся среды выполнен в виде коллектора 4 с патрубком 5, соединяющим колонны высокого и низкого давлений. Узел отвода неконденсирующися газов выполнен в виде коллектора 7 с патрубком 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Конденсатор-испаритель, размещенный в ректификационной колонне, содержащий пластинчато-ребристый теплообменный элемент, состоящий из теплообменной секции с чередующимися каналами кипения и конденсации и с боковыми проходными сечениями, узел подвода и отвода конденсирующейся среды, отличающийся тем, что он снабжен подводящей секцией пластинчато-ребристого теплообменного элемента для конденсирующейся среды, распределительным коллектором с площадью проходного сечения f, который размещен на расстоянии l от верхнего торца теплообменного элемента, узлом отвода неконденсирующегося газа, выполненным в виде коллектора с патрубком и размещенным под верхним торцом теплообменного элемента, узел подвода и отвода конденсирующейся среды выполнен в виде коллектора с патрубком и размещен на нижнем торце теплообменного элемента, причем боковые проходные сечения теплообменной секции выполнены размером m, а значения f, l, m рассчитываются по формулам
f (1,7 2,2) 10^- 4 • F_конд,
где F_конд поверхность теплообмена каналов конденсации,
l (130 140) • d_э,
где d_э эквивалентный диаметр канала конденсации,
m (0,2 0,5) • b,
где b ширина пластинчато-ребристого теплообменного элемента. 2. Конденсатор-испаритель по п. 1, отличающийся тем, что подводящая секция состоит из двух частей, которые размещены по обе стороны теплообменной секции. 3. Конденсатор-испаритель по п. 1, отличающийся тем, что теплообменная секция состоит из двух частей, которые размещены по обе стороны подводящей секции.