ПЛЕНОЧНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2023 года по МПК B01D3/28 

Изобретение относится к устройствам для проведения совместных процессов тепло - и массообмена и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Предназначен для межступенчатого и концевого охлаждения (МСО) при работе компрессоров, сжимающих газовые смеси, где кроме прямого охлаждения газа происходит конденсация более «тяжёлой» фракции.

Также может применяться в условиях, схожих с процессами, протекающими при реализации МСО.

Известен пленочный тепломассообменный аппарат со спиральным оребрением труб (см. патент на полезную модель № 210642,з. 11.01.2022 г., оп. 25.04.2022 г., МПК B01D 3/28), содержащий вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой, подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата, в верхней камере над штуцером ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб, расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметра, большего, чем наружный диаметр теплообменных труб, теплообменные трубы выполнены со спиральным оребрением.

Недостаток известного пленочного тепломассообменного аппарата со спиральным оребрением труб состоит в том, что он является одноходовым, работает с насыщенными потоками и не решает поставленной задачи перед заявленным изобретением.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат (см. патент на изобретение № 2104755, з. 29.01.1996 г., оп. 20.02.1998 г., МПК B01D 53/18), содержащий вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубчатых решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой, подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода и вывода жидкости, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, полку, установленную параллельно верхней трубной решетке и снабженную отверстиями и бортами, патрубки, герметично установленные в отверстиях полки, а также трубу для подвода жидкости к полке от штуцера ввода жидкости, патрубки в отверстиях полки выполнены со сплошными стенками, причем на центральном патрубке соосно установлена камера распределения жидкости со сплошными стенками, герметично закрытая с верхнего конца и открытая с нижнего конца, борта полки выполнены с зубчатыми верхними торцами, а труба для подвода жидкости к полке подключена тангенциально к камере распределения жидкости.

Недостаток известного пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата заключается в том, что он является одноходовым, работает с насыщенными потоками и не решает поставленной задачи перед заявленным изобретением.

Задача изобретения - создание нового многофункционального компактного пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата с достижением технического результата: повышение эффективности теплоотпередачи в аппарате при работе с перегретым и насыщенным парами.

Поставленная задача решается за счет того, пленочный тепломассообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, верхнюю 3 и нижнюю 2 камеры, верхнюю 13 и нижнюю 17 трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках, а также подключенные к корпусу штуцера подвода (12) и отвода (16) теплоносителя, штуцера ввода сырья (1) и вывода жидкой фазы (5), подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы (11), подключенный к верхней камере аппарата, в межтрубном пространстве установлены горизонтальные перегородки,

дополнительно содержит верхний и нижний сепарационные объемы трубного пространства, при этом, верхний снабжен каплеотбойным устройством, а нижний, обеспечивая деление двухфазной жидкости на водный слой и углеводородный слой, снабжен насадкой, обеспечивающей увеличение пути движения двухфазной жидкости от места стекания из теплообменных труб к выходным штуцерам для отвода водного слоя и углеводородного слоя и уровнемерами водного слоя и углеводородного слоя, а трубы в трубном пространстве представляют собой многоходовую секцию, в межтрубном пространстве дополнительно установлена вертикальная перегородка.

- Наличие верхнего сепарационного объема с каплеотбойным устройством, отделяющим от парового потока остатки капельной жидкости, снижает требования к последующему сепарационному оборудованию, или исключая его необходимость.

- Использование труб в трубном пространстве в виде многоходовой секции повышает интенсивность теплообмена аппарата. Интенсифицированное охлаждение перегретого пара до состояния насыщения обеспечивает повышенную компактность аппарата.

- Наличие нижнего сепарационного объема обеспечивает деление двухфазной жидкости на водный слой и углеводородный слои посредством специальных внутренних устройств непосредственно в объеме нижней камеры трубного пространства в данном аппарате, что обеспечивает многофункциональность заявляемого пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата. Его компактность и конструкция, исключает необходимость в коалесцерах и трехфазных сепараторах или снижает требования к ним.

На рисунке показан общий вид пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата.

Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат состоит из:

1 – входной штуцер;

2 – нижняя распределительная камера;

3 – верхняя распределительная камера;

4 – сепарационный объем;

5 – штуцер для отвода водного слоя (ВС);

6 – штуцер для отвода углеводородного слоя (УВС);

7 – уровнемер водного слоя (ВС);

8 – уровнемер углеводородного слоя (УВС);

9 – верхний сепарационный объем;

10 – каплеотбойное устройство;

11 – штуцер для отвода осушенного насыщенного пара относительно «лёгкой» фракции;

12 – штуцер для подачи холодного теплоносителя (ХТ);

13 – верхняя трубная решетка;

14 – поперечные перегородки межтрубного пространства;

15 – продольная перегородка межтрубного пространства;

16 – штуцер для вывода потока тёплого теплоносителя (ТТ);

17 - нижняя трубная решетка;

18 - насадка с развитой адгезионной поверхностью.

Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Сжатый горячий газ (ГГ), выходя, например, из компрессора, подаётся во входной штуцер 1 после чего движется через нижнюю распределительную камеру 2 по теплообменным трубкам трубного пространства восходящего вверх первого хода. Затем, газ поворачивает в верхней распределительной камере 3 и опускается вниз. Ходов в первой части может быть от одного до нескольких – в зависимости от доли тепла охлаждения перегретого газа до состояния насыщенного пара.

Охладившись в левой части трубного пространства до состояния насыщения - паровой поток поступает в правую часть теплообменника, где насыщенный пар, поднимаясь по трубкам последнего хода, охлаждается и в нём происходит конденсация относительно тяжёлых компонентов парогазовой смеси. Сконденсированная плёнка «тяжёлой» жидкости стекает в сепарационный объём 4, где возможно деление двухфазной жидкости на водный слой (ВС) и углеводородный слой (УВС). Разделённые жидкости ВС и УВС отводятся балансовым избытком через штуцера 5 и 6 соответственно при контроле посредством уровнемеров 7 и 8.

Выходя из последнего хода трубного пространства пар, освобождённый от «тяжёлой» фракции поступает в верхний сепарационный объём 9, где капельная жидкость отделяется от пара и вследствие снижения скорости потока опускается обратно в последний ход трубного пучка. Для более тонкой очистки пара от капельной влаги предусматривается каплеотбойное устройство 10 с развитой поверхностью (проволокой, жалюзи, сетками, фильтрами и т.п.). После этого осушенный насыщенный пар относительно «лёгкой» фракции покидает объёмы аппарата через штуцер 11 к следующей стадии переработки или к потребителю.

Для обеспечения противоточной схемы движения холодного теплоносителя (ХТ) в кожухе относительно восходящего парового потока в трубном пространстве, обеспечивая при этом градиент температуры стенки, а также градиент концентраций паров и жидкости в плёнке, вход в межтрубное пространство осуществляется через штуцер 12, расположенный под верхней трубной решёткой 13.

Опускаясь по правой стороне межтрубного пространства ХТ огибает поперечные перегородки 14, повышающие теплоотдачу теплоносителя, при этом нагревается. Кроме того, перегородка 14 сокращает влияние прямоточных ходов на температурный напор в многоходовой схеме аппарата.

Отведя тепло конденсации «тяжёлой» фракции, теплоноситель разворачивается вокруг продольной перегородки 15 и поступает в левую часть межтрубного пространства. Здесь теплоноситель принимает тепло охлаждения перегретого пара после чего выводится через штуцер 16 потоком тёплого теплоносителя (ТТ).

В результате работы заявляемого пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата происходит:

- Интенсифицированное охлаждение перегретого пара до состояния насыщения, обеспечивающее компактность аппарата;

- Охлаждение углеводородных смесей, например, пирогаза с частичной конденсацией тяжёлых компонентов при минимальной абсорбции лёгких компонентов образовавшимся конденсатом посредством организации плёночного режима без брызгоуноса и при приемлемых плотностях орошения;

- Обеспечение первичной сепарации капельной влаги от пирогаза в объемах теплообменника, снижая требования к качеству работы последующего сепарационного оборудования или исключая его;

- Обеспечение отделение двухфазной жидкости и её разделение, что исключает необходимость в коалесцерах и трёхфазных сепараторах.

Помимо указанных технологических преимуществ заявляемое техническое решение сокращает парк необходимого оборудования, например, в установках переработки пирогаза на предприятиях получения этилена и пропилена, а также позволяет минимизировать количество газовых рецикловых потоков на ступени компрессора пирогаза или иных газовых смесей.

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов тепло- и массообмена. Пленочный тепломассообменный аппарат содержит вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, а также подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата. В межтрубном пространстве установлены горизонтальные перегородки. Также аппарат содержит верхний и нижний сепарационные объемы трубного пространства, при этом верхний снабжен каплеотбойным устройством, а нижний, обеспечивая деление двухфазной жидкости на водный слой и углеводородный слой, снабжен насадкой, обеспечивающей увеличение пути движения двухфазной жидкости от места стекания из теплообменных труб к выходным штуцерам для отвода водного слоя и углеводородного слоя, и уровнемерами водного слоя и углеводородного слоя. Трубы в трубном пространстве представляют собой многоходовую секцию. В межтрубном пространстве дополнительно установлена вертикальная перегородка. Техническим результатом является повышение эффективности теплопередачи в аппарате. 1 ил.

Пленочный тепломассообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках, а также подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата, в межтрубном пространстве установлены горизонтальные перегородки, отличающийся тем, что дополнительно содержит верхний и нижний сепарационные объемы трубного пространства, при этом верхний снабжен каплеотбойным устройством, а нижний, обеспечивая деление двухфазной жидкости на водный слой и углеводородный слой, снабжен насадкой, обеспечивающей увеличение пути движения двухфазной жидкости от места стекания из теплообменных труб к выходным штуцерам для отвода водного слоя и углеводородного слоя, и уровнемерами водного слоя и углеводородного слоя, а трубы в трубном пространстве представляют собой многоходовую секцию, в межтрубном пространстве дополнительно установлена вертикальная перегородка.