Регенератор Советский патент 1989 года по МПК F28D7/02 

f

Изобретение относится к аппарато- строению и может, быть использовано в хи.1ическом, нефтяном машиностроении, преимущественно в установках разделения воздуха.

Целью изобретения является повы-, шение экономичности за счет увеличе- ни/т интенсификации теплообмена и надежности при эксплуатации. .Q

На чертеже изображен регенератор, обпдай вид.

Регенератор содержит вертикально установленный.цилиндрический корпус

1с трубками 2, заполнений насадкой g 3, выполненной из базальта, патрубки

4 и 5 дан подвода и отвода, прямого и обратного потоков рабочих сред, патрубок 6 для подвода чистого продукта. .„,. . 20 Регенератор состоит из пяти зон, расположенных на высоте корпуса 1, в верхней части корпуса 1 размещены верхняя зона 7 с прямыми трубками 2 . и верхняя зоны 8 с витыми трубками 25

2с постоян Еым шагом навивки, в ниж- ней части корпуса 1 размещены нижняя

30НЫ 9 с витыми трубками 2 с постоянным шагом навивки и нижняя зона 10 с

прямыми трубками 2. Между зонами 8 30 и 9 расположена дополнительная зона . 11 с увеличенным шагом навивки трубок

2. В Допол1штельной зоне 11 радиаль- но корпусу I расположена по крайней мере одна перфорированная трубка 12 с плавающим патрубком 13. В корпусе 1 регенератора размещен сердечник 14, к которого прикреплена одним концом перфорированная трубка 12.

Регенератор работает следующим образом.

Через патрубок 4 в корпус , за-- полненный насадкой 3, подают поток газа, например воздуха (прямой поток Через патрубки 5 и 6 в корпус 1 регенератора подают охлаждающий обратный поток, причем через патрубок 6 по трубкам 2 подают один из продукто раздел-ения воздуха повьшенной чистоты, например технический кислород. .В процессе прохождения прямого потока Происходят его охлажде ше и отложение примесер (например, паров воды и цвуоккск углерода) на поверхности насадки 3 и трубок 2, после чего очищенный от прим.есей прямой поток направляют через патрубок 3 в-блок ректификации установки (не показано). Часть прямого потока через патрубок 13 отводят из регенератора для yjiy4- шения условий очистки насадки 3 и поверхности трубок 2 в дополнительной зоне И регенератора.

шение составляет 1,7-1,9. При соотношении более 1,9 происходит значительное увеличение количества накапливающихся примесей, что приводит к забивке аппарата. При соотношений менее 1,7 дальнейшего уменьшения количества накапливающихся примесей не происходит.

В дополнительной зоне 11 регенератора установлена по крайней мере одна перфорированная трубка 12, котрая для улучшения равномерности отбора части прямого потока расположена радиально так, что один торец трубки жестко прикреплен к сердечнику регенератора, а другой снабжен патрубком 13.

Дпя возможности установки перфорированной трубки 12 в дополнительной зоне 1 отношение шага навивки трубок 2 в допол1штельной зоне к шагу навивки трубок 2 в 8-й и 9-й зонах составит 3-7 в зависимости от диаметра трубок 2. Уменьшение этого соотношения меньше 3 может привести к тому, что перфорированная трубка 12 не войдет в зазор между витками трубок 2, а увеличение больше 7 приведет к уменьшению поверхности теп- лообмена трубок 2.

Торец перфорированной трубки 12 снабжен патрубком 13, который закреплен на корпусе 1, а торец патрубка 13, расположенньй в перфорированной трубке 12, выполнен плавакнцим.

Причем во избежание попадания зернистого материала насадки 3 в устройство разница между внутренним радиусом трубки 12 и наружным радиусом патрубка 13 должна быть меньше минимального диаметра частиц насадки. IQjOMe того, отношение площади - поперечного сечения перфорированной трубки 12 к площади поперечного сечения корпуса должно быть 0,01-0,02. При соотношении менее 0,01 увеличится гидравлическое сопротивление патрубка 13, что ведет к увеличению энергозатрат или к уменьшению количества чистых сухих продуктов. При увеличении соотношения более О,02 возрастает 1 еталлоемкость аппарата при сохранении увеличенного количества сухих продуктов. В 7-й зоне регенератора трубки 2 выполнены в -виде слегка изогнутых трубок с небольшой поверхностью теплообмена. Соотношение высоты мезкду 7-й и 8-й зонами

14605766

составляет 0,05-0,2. При соотношении более О,2 происходит увеличение недорекуперации и снижается доля по- g лучения чистых продуктов. При соотношении менее 0,2 невозможно завести трубки 2 в трубную решетку.

Формула из.обретен и я

10

1. Регенератор, содержащий вер- тикально установлений цилиндрич с- кий корпус с трубками, которые размещены в четырех зонах по высоте, 15 в верхней части корпуса размещена верхняя зона с прямыми трубками и верхняя зона с витьми трубками с постоянным шагом навивки, в нижней части корпуса - соответственно ниж- 20 няя зона с витыми трубками с постоянным шагом навивки и нижняя зона с прямыми трубками, сердечник, установленный в центральной части корпуса, и размещенную в корпусе насадку, вы- 25 полненную из базальта, отличающий с .я тем, что, с целью повьш1ення экономичности за счет увеличения интенсификации теплообмена и надежности при эксплуатации, он- 30 снабжен по крайней мере одной расположенной в корпусе радиально перфо- рированнбй трубкой, один торец которой жестко соединен с сердечником, а другой снабжен патрубком, закреп- ленным на корпусе, при этом перфорированная трубка установлена в допол- нительной зоне, размещенной между верхней и нижней зонами с витыми Tpy6KaNm, при этом наружньй диаметр 40 патрубка меньше внутреннего диаметра перфорированной трубки, отношение шага навивки трубок в дополнительной зоне к шагу навивки трубок в верхней и нижней зонах с витыми трубками g равно 3-7, а отношение площади поперечного сечения трубки к площади поперечного сечения корпуса равно 0,01- 0,02,

2.Регенератор по п. 1, о т л и - 0 ч а ю 1ц и и с я тем, что один конец

патрубка, расположенный в перфорированной трубке, выполнен Ш1ава снцим. при этом разница между внутренним радиусом трубки и наружным раДиусом g патрубка меньше минимального диаметра частиц базальта.

3.Регенератор по п. 1, отличающийся тем, что зоны в корпусе выполнены с соотношениями: вы

Затем осуществляется переключение потоков в регенераторе, при котором через патрубок 5 подают охлазадающий обратный поток газа, например азота.

В результате теплообмена между обратным потоком и насадкой 3 происходит нагрев обратного потока. При этом осевшие на поверхности насадки 3 и трубок 2 примеси выводятся из регенератора через патрубок 4 вместе с обратным потоком.

Дпя обеспечения длительной работы аппарата необходимо, чтобы насадка 3 и поверхность трубок 2 полностью очи щались от примесей. При неполной очистке регенератора от примесей происходят постепенное их накапливание, уменьшение проходного сечения насад- кк и увеличение гидравлического со- противления, появляется необходимост оста €овки аппарата и удаления примесей путем отогрева насадки до положительных температур.

Дпя полной очистки насадки 3 и трубок 2 от примесей необходимо поддерживать опредепениую разность температур между прямым потоком, выходя- 1ЦИМ из патрубка 5, и обратными потоками, входящими в патрубки -5 и 6. Например, для регенераторов воздухо- разделительных установок при получении чистых продуктов до 40% эта разность составляет . Однак о, как показали п роведенные исследования, на количество примесей, остающихся в регенераторе, значительное влия1ше оказывают также и конструктивные параметры регенератора.

Дпя определения влияния проведены экспериментальные работы по процессам тепло- и массообмена, происходящим в различных зонах регенератора.

В 10-й зоне регенератора через насадку 3 проходят прямые, несколько изогнутые трубки 2 до начала навивки в 9-й зоне. Поверхность теплообмена трубок 2 в этой зоне в 15-20 раз меньше, чем в 8-й и 9-й зонах, где расположены трубки 2 с постоянным шагом навивки. Поэтому обратный поток, проходящий по tpy6KaM 2, не нагревается и имеет температуру, равную температуре потока на входе в патрубок 6..

Однако обратный поток отбросного газа, проходящий по насадке 3, нагревается за счет теплообмена с на10

.

15 0

25

0

садкой. Таким образом, на границе между 10-й и 9-й зонами имеет место наибольщая разность температур между потоком газа по насадке 3 и потоком газа внутри трубок 2. При уменьшении высоты 10-й зоны разность температур на границе между 10-й и 9-й зонами уменьшается. Однако полное исключе-- ние 10-й зоны невозможно, так как в этом случае невозможно завести трубки 2 в трубную решетку. Проведенные исследования показали, что .между количеством накапливакщихся примесей и соотношением высоты 9-й и 10-й зоны существует определенная зависимость и отношение высоты 9-й зоны к 10-й должно быть 2,5-3,2. При этом соотношении высот еще возможна развязка труб в трубную решетку. При соот- - ношении высот 9-й и 10-й зоны более 3,2 количество накапливающихся примесей остается практически постоянным. При соотношении высот 9-й и 10-й зон менее. 2,5 происходят, накашшва-;-- ние примесей на трубках змеевиков, увеличение гидравлического сопротивления потоков, что, следовательно, приводит к преждевременной остановке аппарата на отогрев.

В 9-й зоне происходит вымораживание двуокиси углерода на поверхности насадки 3 и трубок 2 во время прохожт дения прямого потока. Очистка поверх- 5 ности трубок 2 от этой примеси определяет продолжительность работы регенераторов без отогрев а.

Количество примесей, остающихся в регенераторе после прохождения об- 0 ратного потока, в каждом конкретном аппарате зависит от разности температур между прямым и обратным потоками на более холодном конце регенерато-р ров. 5 I

Однако, как показывают более глубокие исследования, количество накапливающихся примесей при постоянной разности температур на более холод- 0 ном конце регенератора зависит также от изменения разности температур между потоками в тех сечениях регенератора, где происходят вымораживание и возгонка этой примеси. Проведенные 5 исследования показали, что количество примесей, остающихся в регенераторе, и разность температур между потоками газов зависят от соотношения высот 8-й и 9-й зоны. Это соотнЬ 14605768

соты дополнительной зоны к высоте„ей зоны с витами трубками к высоте

нижней, зоны с виоымн трубками 0,03-нижней зоны с витыми трубками 1.7О.ОЬ, высоты верхней зоны с прямьми1,9 и высоты нижней зоны с ви-шм

трубками к высоте верхней зоны с ви- у трубками к высоте нижней зоны с пря- тьми трубками 0,05-0,2, высоты верх- „ трубками 2,5-3 2 Р«

Изобретение м.б. использовано в химическом, нефтяном машиностроении, в установках разделения воздуха. Цель изобретения - повышение экономичности регенератора. Вертикальный цилиндрический корпус I содержит трубки 2, размещенные в четырех зонах по высоте. Б корпусе 1 радиально расположена перфорированная трубка