Тепломассообменный аппарат Советский патент 1984 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к устройст вам для проведения совместных процессов тепло- и массообмена и может быть использовано в химической, неф техимической, нефтеперерабатывающей и других смежных отраслях промьшлен ности, в частности, на стадиях абсорбции и сушки газа в производстве серной кислоты. Известен вертикальный пленочньй теплообменник, состоящий из вертикальной теплообменной трубчатки, верхней распределительной камеры и распределительного устройства, обусловливающего пленочное стекание теплоносителя по наружным стенкам теплообменных труб, что приводит к значительному повьщгению коэффициента теплоотдачи от стенок труб к теплоносителю и, следовательно, к общей интенсификации теплообмена l. Недостатком данной конструкции аппарата является нисходящее прямоточное движение теплоносителей, что уменьшает значение движущейся силы процесса - среднюю разность температур. Наиболее близок к предлагаемому теплообменному аппарату по техничес кой сущности абсорбер с восходящим движением пленки, состоящий из пучк труб, закрепленных в трубных решетк патрубков для подвода и отвода газа и жидкости, а также патрубка для по вода охлаждающего агента, который расположен над нижней трубной решет кой, и патрубка для отвода охлаждающего агента, которьй расположен под верхней трубной решеткой. Движу щчйся снизу вверх газ увлекает.жидкость в виде пленки по внутренним поверхностям теплообменных труб в направлении своего движения. Абсорб ция в этом случае ведется при больших скоростях газа, чем достигаются высокие коэффициенты массопередачи. Охлаждающий агент, служащий для отвода тепла реакции, подается в межтрубное пространство, движется снизу вверх сплошным потоком и выводится через верхний патрубок 2j. Недостатком известной, конструкци аппарата является низкая интенсивность теплообмена, обусловленная ма лой скоростью движущегося сплошным потоком в межтрубном пространстве теплоносителя. Цель изобретения - повышение интенсивности теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента. Указанная цель достигается тем, что тепломассообменный аппарат-, включающий корпус с патрубками ввода и вывода фаз, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки, патрубок ввода охлаждающего агента, расположенный над нижней трубной решеткой, и патрубок вьтода охлаждающего агента, снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленными в межтрубном пространстве, а патрубок вывода охлаждающего агента расположен от нижней трубной рещетки на расстоянии 1/4-1/3 высоты пучка теплообменных труб между решетками. Пластины размещены по высоте отдельными блоками, при этом пластины одного блока смещены относительно пластин предащущего блока. Дополнительный патрубок ввода охлаждающего агента находящийся под верхней трубной решеткой, обусловливает пленочное стекание охлаждающего агента по наружным стенкам теплообменных труб,что приводит к значительному повьш1ению коэффициента теплоотдачи от стенок труб к охлаждающему агенту и, следовательно, к общей интенсификации теплообмена. Поток охлаждающего агента, поступающий через патрубок над нижней трубной решеткой, охлаждает ее и теплообменные трубы в нижней части, иначе тепло реакции, вьщеляющееся в этой зоне, повысит температуру решетки и стенок труб, значительно снизит коррбзионную стойкость материала, особенно в условиях агрессивных сред, и, как следствие, приведет к быстрому выходу аппарата из строя. Блоки пластин с горизонтальными гофрами, расположенные в этой зоне в межтрубном пространстве, турбулизуют и перераспределяют по сечению аппарата поток охлаждающего агента, поднимающегося снизу вверх, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Угол- поворота блоков пластин относительно друг друга зависит от размещения труб в трубных решетках. Например, при размещении

3t

труб по вершинам прамилыюго тре угольника величина угла составляет 60 (фиг. 2-4), Расположение выводного патрубка охлаждающего агента обусловлено следующими причинами: коэффициент теплоотдачи верхней части аппарата при пленочном Стекании охлаждающего агента составляет порядка 3000-6000 Вт/м. град., а нижней части 600-800 град, (с учетом турбулизации потока), что соответствует усредненным по всей высоте теплообменной поверхности значениям коэффициента теплоотдачи 1200-2500 Вт/м.град. В прототипе при движении теплоносителя сплошным потоком по межтрубному пространству значение коэффициента теплоотдачи составляет 400-600 . Поэтому увеличение высоты расположения патрубка вьшода охлаждающего агента от нижней трубной решетки более 1/3 высоты пУчка теплообменных труб ведет к уменьшению суммарного коэффициента теплоотдачи от стенок труб к охлаждающему агенту и, как следствие этого, к увеличению поверхности теплообмена и размеров аппарата в делом. Уменьшение высоты расположения вьшодного патрубка менее 1/4 высоты пучка теплообменньк труб от нижней трубной решетки ведет к уменьшению поверхности теплообмена в этой зоне и, следовательно, к уменьшению интенсивности охлаждения реакционной смеси внутри теплообменных труб, что приводит к увеличению ее температуры и снижению коррозионной стойкости материала теплообменных труб в агрессивных средах.

Таким образом уменьшение высоты h расположения патрубка вьтода охлаждающего агента менее 1/4 от высоты теплообменных труб ведет к увеличению температуры стенки со стороны кислоты, вьппе допустимой, коррозии трубок и быстрому выходу аппарата из строя. Увеличение высоты более 1/3 .нецелесообразно в связи с уменьшением усредненного коэффициента теплопередачи, что ведет к уменьшению интенсивности теплообмена в аппарате.

На фиг. 1 приведен аппарат, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 ; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - конфигурация

J4 , 4

пластин в первом по ходу движения ох-, лаждаюшего агента блоке на фиг. 6 конфигурация пластин остальных блоков, на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 5. Тепломассообменный аппарат состоит из пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2: Камера 3 снабжена патрубками 4, располоясенными соосно с трубами 1. Между верхними обрезами патрубков и нижними обрезами труб оставлены щели 5. Под нижней трубнойрашеткой расположено распределительное устройство 6. Для подвода и отвода газа, жидкости и охлаждающего

агента служат патрубки соответственно 7-13. В межтрубном пространстве установлены блоки пластин с горизонтальными гофрами 14.

Устройство работает следующим

обрзж м.

Газ через патрубок 7 поступаетв камеру 3 и через патрубки 4 попадает в трубы 1. Жидкость поступает через , патрубок 9 в камеру 3 и через щели 5

в трубы 1. Увлекаемая движущимся газом жидкость течет в виде пленки по внутренней поверхности этих труб снизу вверх. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную

решетку и выводится через патрубок 10, а газ уходит через патрубок 8. Один из потоков охлаждающего агента поступает через патрубок 12 в распределительное устройство 6, где распределяется по наружным поверхностям теплообменных труб и пленкой стекает вниз, Другой поток охлаждающего агента поступает через патрубок 11 в межтрубное пространство и движется

вверх через блоки пластин с горизонтальными гофрами 14.... I

поток охлаждающего агента поступает через патрубок 11 на первый блок пластин, заполняет его и поднимается вверх. Так как пластины пос-. ледующего блока выполнены с поворотом относительно Пластин предыдущего блока, охлаждающий агент перераспределяется по сечению.аппарата, что неключает возможность местного перегрева теплообменных трубок. Пройдя все блоки, охлаждающий агент выводится через патрубок 13.

Пластины в сечении могут иметь гофрировку многих видов. Один из них показан на фиг. 7, причем толщина листа S и величина гофрировки а

зависят от диаметра труб и их размещения в трубных решетках.

Наличие гофр при поперечном их обтекании охлаждающим агентом приводит к турбулизации потока и, как следствие этого, интенсификации процесса теплообмена , (увеличение коэффициен,та теплоотдачи со стороны охлаждающего агента с 400-600 до iSOO 800 Вт/м. град.).

Предлагае1«|1й аппарат характеризуется большей интенсивностью теплообмена по сравнению с прототипом, обладая при этом высоким коэффициентом массопередачи. Например, при указанных вьше значениях коэффициентов теплоотдачи величина коэффициента теплопередачи в предлагаемом аппарате по сравнению с прототипом увеличивается в среднем в 3 раза, что позволяет снизить капитальные затраты только на одной сернокислотной установке производительностью tOOO т в суткк на 300-450 тыс. руб.

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки, патрубок ввода охлаждающего агента, расположенный над нижней трубной решеткой, и йатрубок вывода охлаждающего агента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента, он снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленньми в межтрубном пространстве, а патру бок вьшода охлаждакяцего агента расположен от нижней трубной решетки на расстоянии 1/4-1/3 высоты пучка теплообменных труб между решетками, 2. Аппарат по п. 1, о т л и «i аю щ и и с я тем, что пластины размещены по высоте отдельными блоками, (Л при этом пластины одного блока смес относительно пластин предыдущего блока. §

: xl-Д фиг. 2 -н i/г.J ue.f.