Тепломассообменное устройство с трубчатыми теплообменными модулями Российский патент 2023 года по МПК B01D3/28 

Изобретение относится к контактным устройствам, предназначенным для проведения тепло- и массообменных процессов в гетерогенных системах газ (пар) жидкость. Наиболее эффективно использовать данное устройство будет возможно в случае умеренных тепловых эффектов, сопровождающих сорбционные и хемосорбционные процессы, процессы ректификации.

Известно тепломассообменное устройство [1], включающее корпус, коллекторы для отвода и подачи теплоносителя в канал, образованный вертикально установленными контактными парами пластин, смежные пары пластин образуют газожидкостные каналы, в каждом из которых установлены перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы При этом каждая контактная пара пластин, примыкающие к ней участки газожидкостных каналов, отделенные от соседних участков теплопроводящими элементами, и фрагменты коллекторов для отвода и подачи теплоносителя, соединены в блоки, фрагменты коллекторов между блоками герметично соединены между собой, теплопроводящие элементы выполнены с продольными гофрами, а контактные пластины - с продольными или наклонными гофрами.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и является прототипом.

Устройство работает следующим образом. Теплоноситель подается в каналы для теплоносителя, образованные вертикально установленными контактными парами пластин, через штуцера. Жидкость подается в устройство сверху, газ, распределяясь в каналах, снизу. Происходит контакт фаз.

Тепломассообменное устройство-прототип характеризуется неравномерным распределением жидкости по пластинам, недостаточной степенью их смачиваемости, невозможностью перераспределения взаимодействующих жидкости и газа между каналами устройства, небольшим допускаемым рабочим давлением.

Предлагаемым решением ставится задача улучшения растекания жидкости, увеличения степени проницаемости зон устройства, увеличения допускаемого рабочего давления устройства и поверхности теплообмена.

Технический результат - повышение коэффициента теплопередачи, повышение эффективности работы и равномерности орошения.

Этот технический результат достигается тем, что в тепломассообменном устройстве, включающем цилиндрический корпус, теплообменные вертикальные модули, образующие между собой газожидкостные каналы, в каждом из которых установлены перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы, трубы для отвода и подачи теплоносителя в каналы теплообменных модулей, плоские гофрированные теплообменные пластины заменены теплообменными модулями, выполненными из вертикальных труб, соединенных коллектором-трубой в верхней и нижней его части.

В тепломассообменном устройстве, включающем корпус (обечайку), коллектор для отвода и подачи теплоносителя, пластины и установленные перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы, каналы для теплоносителя, образованные пластинами заменяются вертикальными трубчатыми теплообменными элементами. Во внутреннюю полость трубчатых модулей подается теплоноситель, он поднимается по трубкам снизу вверх Пространство между модулями образует газожидкостные каналы, в каждом из которых установлены перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы.

Такая замена позволяет улучшить орошение устройства, уменьшить неравномерность распределения жидкости по сечению устройства за счет лучшей обтекаемости. За счет уменьшения сечения модулей (трубчатые модули имеют меньшее проходное сечение для теплоносителя) увеличивается скорость движения теплоносителя, и как следствие, повышается теплоотдача с его стороны. Повышается поверхность теплоотдачи, жесткость и прочность каналов, так как трубки могут выдержать большее давление.

Предлагаемое тепломасообменное устройство приведено на чертежах: на фиг. 1 - основной вид устройства; на фиг. 2 - изометрическая проекция теплообменных модулей в сборе; на фиг. 3 - показан вид сбоку теплообменного модуля; на фиг. 4 - вид сверху устройства.

В описании и на чертежах приняты обозначения: 1 - корпус, 2 - теплообменный модуль (канал для подачи теплоносителя), 3 - трубопровод подачи/отвода теплоносителя, 4 - сетчатый теплопроводящий элемент,

Тепломассообменное устройство установлено в корпусе 1, включает трубопровод - 3 для отвода и подачи теплоносителя. Через него теплоноситель подается в каналы 2 (теплообменный модуль) (фиг. 1). Между трубчатыми теплообменными модулями, установленными вертикально, образуются газожидкостные каналы. В каждом газожидкостном канале установлены перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы 4 с гофрами, аналогичными [1].

Теплообменный модуль (2) собирается (сваркой) из отдельных труб (Фиг. 2). Теплоноситель движется в нем снизу-вверх. Теплоноситель подается в него через трубы (3), проходящие через все модули. Трубы могут иметь разъемные соединения (фланцевые, резьбовые, или через зажимы).

Гофры на теплопроводящих элементах образуют на одной стороне теплопроводящего элемента 4 сужающиеся треугольные каналы, на другой стороне каналы чередуются - то сужаются, то расширяются, аналогично [1]. Сборка тепломассообменного устройства осуществляется присоединением теплообменных модулей с трубой 3 и установкой между модулей (2) теплопроводящих элементов (4).

Устройство работает следующим образом. Газовая фаза подается сверху или снизу, распределяясь в газожидкостных каналах между трубчатыми модулями (2). Жидкая фаза подается сверху (или снизу), распределяясь по модулям и перфорированным гофрированным элементам 4. Фазы контактируют на их поверхности, где происходит массообменный процесс. Через трубу 3 в теплообменный модуль 2 подается теплоноситель (вода или пар). Таким образом, на поверхности модулей (на трубах) происходит еще и теплообменный процесс. Теплопроводящие элементы участвуют и при теплообменном процессе. Возможна работа в затопленном режиме.

Выполнение гофр в виде сужающихся треугольных каналов на одной стороне, чередующимися на другой стороне обеспечивает хорошее перемешивание жидкости, легкий переход ее от модулей к теплопроводящим элементам 4 и наоборот. Дополнительная проницаемость модулей улучшает перемешивание газовой и жидкой фазы. Обтекаемая форма в верхней и нижней части модулей позволяет потоку лучше распределяться в устройстве и не создает существенного обратного тока.

Теплопроводящие элементы 4 имеют гофры. Это позволяет элементам 4 частично заполнять пространство между трубами.

На основании выше изложенного можно сделать вывод, что предлагаемое решение соответствует критерию «новизна». Авторам не известны решения со сходными отличительными признаками, на основании чего можно сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень». А испытания на макете подтвердили промышленную применимость устройства.

1. Пат. РФ RU 141498, кл B01D 3/28, Тепломассообменное устройство / А.В. Степыкин, А.А. Сидягин; заявитель НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - опубл. Бюл №16, 2014

Изобретение относится к тепломассообменному устройству. Техническим результатом является повышение коэффициента теплопередачи, повышение эффективности работы и равномерности орошения. Технический результат достигается тепломассообменным устройством, которое включает цилиндрический корпус, теплообменные вертикальные модули, образующие между собой газожидкостные каналы, в каждом из которых установлены перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы, трубы для отвода и подачи теплоносителя в каналы теплообменных модулей. При этом теплообменные модули выполнены из вертикальных труб, соединенных коллектором-трубой в верхней и нижней его части. 4 ил.

Тепломассообменное устройство, включающее цилиндрический корпус, теплообменные вертикальные модули, образующие между собой газожидкостные каналы, в каждом из которых установлены перфорированные гофрированные теплопроводящие элементы, трубы для отвода и подачи теплоносителя в каналы теплообменных модулей, отличающееся тем, что теплообменные модули выполнены из вертикальных труб, соединенных коллектором-трубой в верхней и нижней его части.