Тепломассообменный аппарат (его варианты) Советский патент 1993 года по МПК F28C3/06 

Группа изобретений относится к теплообменной аппаратуре и может быть использована в энергетической и химической промышленности, в частности для конденсации токсичного пара.

Известон теплообменник, содержащий корпус,.частично заполненный жидким теплоносителем, установленные в корпусе газовое сопло и циркуляционные трубы, погруженные в теплоноситель.

Недостатком указанного устройства является низкая интенсивность теплообмена, обусловленная плохой циркуляцией теплоносителя.

Наиболее близким к предложенному аппарату является тепломассообменный аппарат, содержащий емкость, частично заполненную теплоносителем, pa3Me-- - --....-« щенный в емкости эжектор с приемной камерой, активным и пассивным жидкостным соплами и камерой смешения, паропровод, подключенный к активному соплу эжектора, и погруженную в теплоноситель циркуляционную трубу, выходной участок которой сообщен с жид костным соплом эжектора. Корпус, эжектора установлен над уровнем теплоносителя и при течении пара его конденсация происходит в основном на по верхности теплоносителя. Подача пара через паровое сопло приводит к возникновению разрежения на срезе сопла, и охлаждающий теплоноситель всасывается через циркуля ционную трубу и частичн.о конденсирует пар в процессе движения. .Недостатком указанного аппарата является его узкий рабочий диапазонj так как для создания необходимого разрежения требуется подвод пара под значительным давлением. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона. Указанная цель в соответствии с первым вариантом изобретения достигается тем, что в известном тепломассообменном аппарате, содержащем емкость, частично заполненную теплоносителем, размещенный в емкости эжектор с приемной камерой, активным и пассивным жидкостным соплами, и камерой смешения, паропровод, под ключенный к активному соплу эжектора и погруженную в теплоноситель циркуляционную трубу, выходной участок ко торой сообщен с жидкостным соплом эжектора, выходной участок циркуляционной трубы расположен осесимметрично в приемной камере эжектора и снабжен выпуклым насадком , бриентиро

ванным вершиной в сторону паропровода и образующим с его стенками активное сопло, а с выходным, участком-гциркуляционной трубы - пассивное жидкoctнoe сопло.

Эжектор может быть заключен с кольцевым зазором в обечайку.

В соответствии со вторым вариантом изобретения цель достигается TefV что в известном тепломассообменном

аппарате, содержащем емкость., частично заполненную теплоносителем,, паропровод, размещенный в эжектор с приемной камерой и активным профилированным соплом, укрепленным на паропроводе, и погруженную в теплоноситель циркуляционную трубу., выходной участок которой сообщен с приемной камерой эжектора,, вуходной участок . циркуляционной снабженцилиндрическим раструбом,а активное сопло . эжектора выполнено Ё видеза глушенного с торЦа цилиндра с тангенциальны- j ми отверстиями.на боковой поверхности, осесимметрично установленного в раструбе циркуляционной трубы. Цилиндр может состоять из набора дисков с радиальными выемками, образующими при сборке тангенциальные отверстия. Кроме того, при использовании нескольких эжекторовкак по первому, так и по вторбмУварианту изобретения они могут быть объединены в группы с разной глубиной погружения в теплоноситель своими активными соплами. На фиг. 1 схематично изображен тепломассообменный аппарат, представляющий собой комбинацию аппаратов по первому и второму вариантам изобретений} на фиг. 2 - эжектор, продольный разрез (первый вариант-) f на фиг. 3 - эжектор, разрез (второй вариант); на фиг. k - эжектор с цилиндром из набора дисков, разрез. Тепломассообменный аппарат по первому варианту изобретения содержит емкость 1, частично заполненную теплоносителем 2, размещенный в емкости 1 эжектор 3 с приемной камерой k, активным 5 и пассивным жидкостным 6 .соплами и камерой смешения 7, паропровод 8, подключенный к активному соплу 5 эжектора, и погруженную в 51 теплоноситель 2 циркуляционную трубу 9, выходной участок 10 которой сообщен с жидкостным соплом 6 эжектора, расположен осесимметрично в приемной камере А эжектора и снабжен выпуклым насадком 11, ориентированным вершиной в сторону-паропровода 8 и образующим с его стенками активное сопло 5, а выходным участком 10циркуляционной трубы 9 - пассивное жидкостное ;сопло 6. Эжектор 3 может быть заключен с кольцевым зазором 12 в обечайку 13. Корпус эжектора 3 может быть выполнен а виде цилиндрической трубы или же иметь расширение I за срезом выпуклого насадка 11, а торец эжектора может быть выполнен зубча;тым с зубцами 15. В поперечном сечении эжектор может быть выполнен также в виде многогранника или какой- . либо.другой фигуры. Корпус эжектора 3 может быть расположен в емкости 1 как в вертикаль.ном, так и в горизонтальном положении.. I Выпуклый насадок 11 предназначен для профилированного вдува пара в по лость эжектора 3 и может иметь любую обтекаемую боковую поверхность.. По технологическим соображениям насадок .11 в описыва емйм аппарате выполнен в виде корпуса 1б с прикрепленной со стороны его основания обечайкой 17. В об1цем случае .насадок 11 может быть выполнен, например, в виде куполообразной поверхности: Емкость 1 должна быть герметичной и может быть снабжена дополнительными теплообмен.ными поверхностями 18 и дополнительной :герметичной полостью 19, общей для всех эжекторов 3, установленных в емкости 1. Для дополнительной конденсации па ра емкость 1 и полость 19 могут быть снабжены впрыскивающими устройствами .20, связанными через насос 21 с теп:лоносителем 2 или внешним источником 22, Емкость 1 может быть сообщена с полостью 19 через клапан 23 и снабже на воздушником 2k. Тепломассробменный аппарат по втд i рому варианту изобретения содержит емкость 2S, частично заполненную теп лоносителем 26, паропровод 27, размещенный в емкости 25 эжектор 28 с приемной камерой 29 и активным профилированным соплом 30 укрепленным ;на паропроводе 27, и погруженную в теплоноситель 2б циркуляционную трубу 31 . выходной участок 32 который сообщен с приемной камерой 29 эжектора 28 и снабжен цилиндрическим раструбом 33, а активное сопло 30 эжектора 28 выполнено в виде заглушенного с торца цилиндра 3 с тангенциальными отверстиями 35 на боковой поверхности, осесимметрично- установленного в раструбе 33 циркуляционной трубы 31. Цилиндр 3 может состоять из набора дисков Зб с радиальными выемками 37, образующими при сборке тангенциальные отверстия 35. При необходимости совместной работы аппаратов по первому и второму вариантам изобретения емкости 1 и 25 могут быть совмещены, а теплоносители 2 и 2б могут представлять, единый бассейн или же разделены перегородкой 38 и отличаться друг от друга по физико-химическому составу. В качестве теплоносителей согласно изобретению используется вода. В случае совмещения емкостей 1 и 25 они могут быть снабжены общими теплообмеиными поверхностями 18, полостью 19, впрыскивающими устройствами 20, сообщающим клапаном 23 и воздушником 2. При использовании двух и более эжекторов они могут быть объединены в группы с различным количеством эжекторов в каждой из них, причем упомянутые группы отличаются друг от друга глубиной погружения в охлаждающий теплоноситель газовых сопел эжекторов,, что при повышении давления пара в полости 19 позволяет вводить эжекторы в действие дискретно,, группами, начиная с группы с наименьшей глубиной погружения газового сопла. . Работают предложенные тепломассообменные аппараты следующим образом. При появлении пара в герметичной полости 19-давление в последней возрастает и жидкость -начинает вытесняться из- сопел 5 и 30 эжекторов 3 и 28. При вытеснении воды из сопла, например сопла 30, с наименьшей глу биной погружения включается в работу соответствующая группа-эжекторов, например эжектор 28.. Пар при этом закручивается в отверстиях 35 цилиндра 3, поступает в раструб 33 и раскручивает жидкость в раструбе. В результате вращения жидкости в раструбе, а также из-за разности удельных весов

7-1

смеси в раструбе и окружающего теплоносителя через циркуляционную трубу 31 возникает циркуляция охлаждающего теплоносителя с нижней отметки емкости 25 к раструбу 33. При движении вверх в раструбе 33 пара и теплоносителя пар конденсируется, и нагретая смесь через верхний срез раструба 33 сливается на теплоноситель 26., Таким образом, отработанный нагретый теплоноситель сливается в верхнюю часть, емкости 25,- и обеспечивается постоянный подвод холодного теплоносителя к циркуляционной трубе 31t Выполнение цилиндра З в виде дисков Зб повышает технологичность и упрощает изготовление эжектора.

При дальнейшем повышении давления в полости 19 вытесняется вода из сопел, например из сопла 5, следующей по глубине погружения газовых сопел группы эжекторов, например эжектора 3. Пар через щели между зубцами 15 поступает в зазор 12-. Зубцы 15 препятствуют проходу больших объемов пара и дробят его на пузыри, соизмеримые с размером щелей между ними,, что способствует повышению надежности ап парата, так как при конденсации схлопывании пузырей возникают гидравлические удары, приводящие при не контролируемых объемах пара .в жидкое ти к разрушению элементов тепломассо обменного аппарата. Образовавшиеся пузыри пара поднимаются в зазоре 12, увлекают за собой теплоноситель- и в процессе движения, конденсируются.

В результате возникает циркуляция теплоносителя через зазор ,12 со сливом отработанной нагретой среды в верхнюю часть емкости 1. Дальнейшее повышение давления в полости 19 приводит к ускорению течения потока пара через сопло 5, в результате чего на срезе сопла 5 возникает разрежение. Жидкость из -циркуляционной тру ы 9 поступает в область разрежения

339578

и совместно с паром проходит эжектор 3 и выводится из него. Пар в процессе совместного движения с жидкос« тью конденсируется и отработанная нагретая среда сливается в верхнюю

часть емкости 1.

При наличии в эжекторе 3 расширения И происходит более глубокое режение пара за паровым соплом 5, в результате чего через циркуляционную трубу 9 увеличивается количество поступающей жидкости и наступает более интенсивная конденсация пара. В циркуляционной трубе 9 образуется движение охлаждающей жидкости с нижней отметки емкости 1 к выходному участку 10. Слив отработанной среды в вер,хг нюю часть емкости в процессе конденсации пара способствует сохранению температуры -жидкости во всей емкости 1 и обеспечивает постоянный подвод.к трубе 9 холодного теплоносителя. В процессе конденсации пара могут быть 25 при необходимости включены дополнительные теплообменные поверхности l8. По окончании процессаконденсации для удаления остаточных паров из полости 19и емкости 1 могут быть включены впрыскивающие устройства 20 и по завершении удаления паров давления в емкости 1 и полости 19 выравниваются открытием клапана 23.

Число эжекторов в каждой группе и количество групп, в которые объединены ,эжекторы в описанных устройствах, в каждом конкретном случае определяется условиями работы аппарата в целом.

Описанные тепломассообменные аппараты способствуют более полной конденсации пара , уменьшают габариты устройства и позволяют конденсиро g вать пар при более низком значении давления, что расширяет рабочий диапазон и повышает надежность устройства в целом.

.

1. Тепломассообменный аппарат, со держащий емкость, частично заполненную теплоносителем, размещенный в емкости эжектор с приемной камерой., активным и пассивным жидкостным сопла,ми и камерой смешения, газопровод, подключенный.к активному соплу эжектора И погруженную в теплоноситель циркуляционную трубу,, выходной участок которой соббщен с жидкбстным соплом эжектора, отличающийс я тем что, с целью расширения ра;6омего диапазона, выходной участок ;циркуляционной трубы расположен осесимметрично в приемной камере эжек|тора и снабжен выпуклым насадком, Iориентированным вершиной в сторону : газопровода и образующим с его стен1 ками активное сопло, а с выходным участком циркуляционной трубы - пас;сивное жидкостное сопло. 2. Аппарат по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что эжектор заключен с кольцевым зазором в обечайку. 3.Аппарат, содержащий емкость, :частично заполненную теплоносителем, газопровод, размещенный в емкости :Э)кектор с приемной камерой и актив;ным профилированным соплом, укрепленным на газопроводе, и погруженную в теплоноситель циркуляционную трубу, выходной участок которой сообщен с приемной камерой эжектора, о т ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона, выходной участок циркуляционной трубы - снабжен цилиндрическим раструбом, а :активное сопло эжектора выполнено в виде заглушенного с торца цилиндра с тангенциальными отверстиями на боковой поверхности, осесимметрично установленного в раструбе циркуляционной трубы. 4.Аппарат по п. 3, отличающийся тем,, что цилиндр СОСТО-. ОС ОС Ч О1 ит из набора дисков с радиальными выемками, образующими при сборке тан генциальные отверстия. vj 5.Аппарат по пп. 1 и 3, отличающийся тем,, что при использовании нескольких эжекторов они объединены в группы с разной глуби;ной погружения в теплоноситель своими активными соплами.