ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B01D3/06 B01D3/24 

Изобретение относится к перерабатывающей промышленности, преимущественно к производствам разделения многокомпонентного нефтяного сырья, химического или пищевого, а именно к конструкции перерабатывающего оборудования для них, например тепломассообменных аппаратов.

Известна массообменная вертикальная колонна прямоугольного сечения для больших нагрузок по жидкости с наклонными в противоположные стороны решетками и насадком на каждой из них с противоточным движением жидкости - сверху, а газа - снизу с барботажем жидкости газом через выштампованные в решетках отверстия и сетки на нижней стороне решеток (RU 2033836, 1985). Известны также аппараты с испарением жидкости на пленочных элементах, наклонно закрепленных в ярусных ваннах на стенках колонны с шахматным расположением ванн на стенках корпуса (SU 1604387, 1988). Вертикальная компоновка упомянутых колонн, их традиционное выполнение из теплопроводного материала предопределяют низкие эксплуатационные свойства вследствие неудобства в обслуживании и больших энергозатрат на разделение сырья.

Известны также аппараты с горизонтальным корпусом и вертикальными перегородками в нем и закрепленной на дне корпуса нижней их стороной и на крышке верхней стороной каждой перегородки (RU 2053008, 1996).

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому решению является устройство с горизонтальным корпусом, имеющее секционный испаритель жидкости и конденсатор над и под перфорированными горизонтальными сетками. В каждой секции с вертикальными перегородками, закрепленными на испарителе и конденсаторе соответственно, расположена насадка, а для отвода конечных продуктов разделения и подвода исходного материала аппарат имеет штуцера ввода и вывода их (SU 674752, 1979).

Горизонтальная компоновка данного аппарата улучшает эксплуатационные свойства его. Однако выравнивание градиента температур в секциях вследствие теплопроводности материала корпуса обуславливает снижение производительности его, как и расположение испарителя с конденсатором друг над другом. Это расположение их на всех стадиях рабочего процесса обуславливает перемещение большей части исходного сырья в испарителе и конденсаторе без контактирования друг с другом, но с потреблением энергии на это перемещение.

Кроме того, что для обеспечения процесса разделения в известных аппаратах требуются большие габариты и соответственно металло- и трудоемкость изготовления, их применение обуславливает большие транспортные затраты на доставку исходного сырья к месту переработки и продукции переработки к потребителю, т.к. применяемые аппараты проектируются и изготавливаются для переработки больших масс сырья с концентрацией переработки в определенном месте.

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения металлоемкости аппарата с одновременным улучшением производительности при уменьшении энергозатрат в эксплуатации с сохранением удобства в обслуживании и обеспечением мобильности аппарата.

Сущность изобретения состоит в том, что тепломассообменный аппарат, содержащий размещенную в корпусе насадку между вертикальными перегородками и перфорированными горизонтальными элементами, средства ввода-вывода перерабатываемого материала, снабжен корпусом из нетеплопроводного материала, наклонным к горизонтали и соединенным с дефлегматором-конденсатором на верхнем конце верхним и нижним патрубками, насадка в сетчатых контейнерах расположена в секциях между съемной крышкой и двойными перегородками, вертикальными с закрепленным на одной из перегородок перфорированным распределителем в каждой секции параллельно дну корпуса, с которым обе перегородки имеют зазор нижних сторон, при этом передняя перегородка образует с крышкой зазор для сообщения перегородочного канала с секцией, верхняя сторона задней перегородки имеет уплотнение соединения с крышкой, а обе перегородки в каждой секции расположены в направляющих боковых сторон корпуса с возможностью съема их для обслуживания аппарата.

Корпус аппарата из минерального или синтетического материала на металлическом каркасе наклонен к горизонтали под углом 1-35^o.

Аппарат может иметь установленный на фундаменте или шасси испаритель /куб/ и шарнирно соединенный с ним или фундаментом /шасси/ секционный блок с дефлегматором с соединением блока с испарителем гибкими шлангами и со средствами регулирования угла наклона блока /эксцентриковым, трособлочным и т.п. /.

Выполнение корпуса из нетеплопроводного материала или с внутренней нетеплопроводной облицовкой исключает снижение градиента температур по длине аппарата и компенсацию его дополнительными энергозатратами, обуславливаемыми теплопроводностью материала корпуса, наклонное положение дна аппарата и сообщающиеся между собой секции обеспечивают самоперемещение фаз перерабатываемого сырья в технологическом процессе, компактность и мобильность аппарата.

На фиг. 1 чертежа изображен предлагаемый тепломассообменный аппарат, продольный разрез, на фиг. 2 - фрагмент тепломассообменного аппарата с шарниром на нижнем конце секционного блока и на фиг. 3 - трособлочный механизм регулирования угла наклона секционного блока.

Тепломассообменный аппарат состоит из куба 1 /фиг. 1/, секционного блока 2 прямоугольного сечения из синтетического материала на металлическом каркасе с дефлегматором-конденсатором 3 и крышкой 4. Секционный блок 2 содержит расположенные между двойными перегородками 5 и 6 насадки 7 на перфорированном распределителе 8. Перегородки 5 и 6 установлены с возможностью перемещения по направляющим на боковых стенках блока 2 с уплотнением /не показаны/, перегородка 6 имеет дополнительно уплотнение 9 ее верхней стороны с крышкой 4, а перегородка 5 имеет с ней зазор. Дно корпуса аппарата или секционного блока наклонено к горизонтали под углом 1-35^o. Каждый блок насадки 7 состоит из насадки в сеточном контейнере, имеющем габариты, обеспечивающие свободное перемещение контейнеров в секции, а корпус /секционный блок/ имеет патрубки с кранами 10, 11, 12, 13 и 14.

Аппарат может быть выполнен с секционным блоком 15, соединенным с испарителем 1 /кубом/ или шасси посредством гибких шлангов 16 и шарнира 17 /фиг. 2/, а верхний конец блока 15 при этом опирается на трос 19 с закрепленными концами на барабанах 18, имеющих рукоятку для наматывания /сматывания/ концов троса 19 на барабаны 18 для изменения угла наклона корпуса /блока/.

Работает предлагаемый тепломассообменный аппарат следующим образом.

Для запуска аппарата перерабатываемое сырье в жидкой фазе подают в куб 1 через кран 14 и включают его нагреватель /не показан/, контролируя уровень заполнения по мерной трубке /не показана/. Пары испаренного легкокипящего компонента заполняют первую секцию до установившегося в кубе 1 и первой секции уровня, определяемом давлением P₁ над нагреваемой жидкостью и весом жидкости в секции. При повышении давления над уровнем жидкости в кубе часть газа прорывается через жидкостный затвор в канале между перегородками 5-6, проходит по жидкости под распределителем 8 и через его отверстия выходит в блок насадки 7 первой секции, орошая ее, частично конденсируясь и скапливаясь над блоком 7 с давлением P₂. Барботируемый через жидкостный затвор газ последовательно заполняет праволежащие секции и дефлегматор 3, в котором газ конденсируется и стекает по дну к первой секции, последовательно заполняя жидкостью праволежащие секции до последней. При этом давление в секциях P₄, P₅, P₆ и уровень жидкости в секциях уравновешиваются как в сообщающихся сосудах. Установление /накопление/ жидкостного затвора в последней правой секции означает выход аппарата на установившийся режим, после чего открытием кранов 10, 11, 12 или 13 начинают отбор продукта соответствующей фракции и концентрации.

В установившемся режиме переработки часть пузырьков пара, не прошедших через перфорацию распределителей 8, перемещается через встречно стекающую жидкость из дефлегматора до следующего праволежащего распределителя с существенным увеличением контактирования жидкой и газовой фаз. Проходящий через блоки насадки 7 пар осуществляет дополнительный тепло- и массообмен. Устойчивость работы аппарата сохраняется при соблюдении баланса между количеством поступающего в куб сырья и отбором продуктов переработки с регулировкой кранами 10-14.

В тепломассообменном аппарате с шарнирным корпусом /блоком/ 15 для регулировки угла α наклона корпуса дефлегматорный конец его поднимают или опускают, например с помощью трособлочной системы. Для подъема корпуса /блока/ и увеличения угла наклона с помощью рукоятки наматывают закрепленный концами трос 19 на барабаны 18 /фиг. 3/ и середина его поднимается к шкивам. В требуемом положении ось барабанов фиксируется с помощью подпружиненного стопора /не показан/. Регулировка угла относительно оси шарнира 17 может производиться, например, при изменении текучести перерабатываемого сырья. Изменение расстояния между кубом 1 и блоком 15 компенсируется гибкими шлангами 16 /фиг. 2/. Аппарат может быть выполнен с жестким соединением куба с блоком секций и дефлегматором и с шарниром на кубе.

Распределители 8 корпуса могут иметь регулировку перфорации, что создает дополнительные возможности регулировки рабочего процесса.

Изобретение относится к перерабатывающей промышленности и касается конструкции тепломассообменного аппарата (ТМА) для разделения многокомпонентного сырья на фракции. ТМА решает задачу снижения металлоемкости ТМА в изготовлении и энергозатрат в эксплуатации с обеспечением удобства в обслуживании и мобильности ТМА. ТМА содержит выполненный из теплонепроводящего материала наклонный к горизонту под углом 1-35^o к горизонтали моноблок из нагревателя (Н) 1, секционного блока (СБ) 2 и дефлегматора (Д) 3 с крышкой (К) 4. В СБ 2 установлены между вертикальными двойными перегородками (ДП) 5, 6 контейнеры с насадкой (КН) 7 на перфорированных распределителях (ПР) 8. Каждая ДП имеет зазоры верхней стороны передней перегородки П с К4, между П 5 и 6, нижних их сторон с дном СБ, а также уплотнение 9 верхней стороны П 6 с К4 и обеих П с направляющими боковин СБ 2 с возможностью перемещения по ним при обслуживании. Каждый КН 7 выполнен из сетчатого коробка с насадкой в нем и с возможностью перемещения между ДП при монтаже и обслуживании. ТМА может выполняться с моноблоком, шарнирно закрепленным на фундаменте или шасси, с шарниром на нижнем конце СБ и закрепленным на СБ 1 и с соединением Н с СБ гибкими шлангами и с трособлочным средством регулирования угла наклона СБ на дефлегматорном конце его. Изобретение может применяться для ректификации, крекинга или адсорбции нефтяного, химического или пищевого сырья. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус прямоугольного сечения с установленными в нем вертикальными перегородками, испаритель и конденсатор, насадку между перегородками и перфорированные элементы, штуцера ввода перерабатываемого сырья и вывода продуктов переработки, отличающийся тем, что выполненный из нетеплопроводящего материала корпус наклонен к горизонтали, имеет двойные перегородки с контейнерами насадки между ними и перфорированными распределителями, закрепленными на первой перегородке, при этом между каждой перегородкой в паре имеется канал, сообщающий секции между собой посредством зазора верхней стороны первой перегородки в паре с крышкой, а также зазора нижних сторон перегородок с дном корпуса, дефлегматор расположен на верхнем конце корпуса и соединен с ним верхним и нижним патрубками, боковые стенки корпуса имеют направляющие для перегородок с уплотнением и возможностью перемещения по ним перегородок при монтаже и обслуживании. 2. Тепломассообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что выполненный из минерального или синтетического материала корпус на металлическом каркасе или снабженный внутренней облицовкой из этих материалов наклонен к горизонтали под углом 1-35^o к горизонтали. 3. Тепломассообменный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что один конец корпуса или часть аппарата закреплен шарнирно на фундаменте или шасси, при этом шарнирные его части соединены с жестко закрепленными узлами его гибкими шлангами, а противоположный шарниру конец аппарата снабжен средством регулирования угла наклона корпуса к горизонтали эксцентриковым, трособлочным или другой известной конструкции.