Тепломассообменный аппарат Советский патент 1989 года по МПК B01D3/22 

(21)4365338/23-26

(22)18.01.88

(46) 15.12.89. Бюл. № 46

(71)Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа и Московский институт химического машиностроения

(72)Ю. Н. Скрынник, А. С. Мереное,

О. С. Че.хов, В. Г. Гореченков, Ю. А. Арнаутов и Г. К. Зиберт

(53)66.015.23.05(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 466025, кл. В 01 D 3/32, 1975.

(54)ТЕПЛОЛ АССООБЛАЕННЫП АППАРАТ

(57)Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, может применяться в химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатываюшей и других отраслях промышленности для аппаратов с повышенным сьемом (подводом) тепла и позволяет интенсифицировать процессы тепломассообмена за счет повышения поверхности копгакг;) (jiaa и поверхности теплообмена, а также повЬ)1и1ения равномерИзобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов в системе газ(па-р) - жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатываюшей и других отраслях промышленности для аппаратов с повышенным съемом (подводом) тепла.

Цель изобретения - интенсификация процесса тепломасообмена за счет повышения поверхности контакта фаз и поверхности теплообмена, а также повышение равномерности распределения газожидкостного слоя по полотну тарелок.

ности ри1:п|)елоления газ(жидкостно1ч) слоя по полотну тарелок. Аппарат включает корпус, по высоте которого установлены полотна контактных тарелок с отверстиями для прохода газа (пара) в виде отогнутых вверх просечек полотна и с отверстиями для слива жидкости, и размещенные над полотном теплообменные элементы в виде ряда параллельных горизонтальных труб. Отверстия для слива жидкости расположены под трубами теплообменных элементов, а пол отверстиями для слива жидкости горизонтально размешены трубы дополнительных тепло- обменных элементов. Просечки для прохода газа размешены параллельными рядами между трубами теплообменных элементов и в каждом ряду ориентированы поочередно в противоположные стороны таким образом, что расстояние / от передней кромки отверстия, образованного отгибом вверх ориентированной в сторону трубы теплообменно- го аппарата просечки, до вертикальной проекции оси данной трубы на полотно тарелки равно ,f(20+0,91a, где h - расстояние от центра трубы до полотна тарелки, м; а - угол отгиба просечки, град. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

На фиг. 1 изображен предлагаемый тепломассобменный аппарат; на фиг. 2 -- то же, вид сверху; на фиг. 3 - схема для определения оптимального расположения просечек относительно труб верхнего тепло- обменного элемента.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус I в котором расположены контактные тарелки 2. Тарелки 2 снабжены отверстиями 3 для прохода газа, выполненными в виде отогнутых вверх просечек полотна тарелки 2. и отверстиями 4 для с. ж- ва жидкости, которые могут быть выполнены

(С

(Л

СП

to

ос

ел

ее

в виде щелей с отогнутыми вниз кромками. Нал полотнами тарелок 2 установлены теплообменные элементы 5 - ряд горизонтальных параллельных труб. Под отверстиями 4 для слива жидкости размешены дополнительные теплообменные элементы 6. Отверстия 4 расположены непосредственно под трубами теплообменных элементов 5.

Отверстия 3 для прохода газа, выполненные в виде просечек, могут быть размещены параллельными рядами между трубами теплообменных элементов 5 и в каждом ряду ориентированы поочередно в противоположные стороны.

Целесообразно размещать отверстия 3 для прохода газа относительно труб тепло- обменного элемента 5 так, чтобы расстояние / от передней кромки отверстия 3. образованного отгибом вверх ориентированной в ст о- рону трубы тегглообменного элемента 5 просечки, до вертикальной проекции оси данной трубы на голотно тарелки 2 составляло

l (2()).9U

где h расстояние от центра трубы элемента 5 до полотна тарелки 2, м;

а уго.ч отгиба просечки отверстия Г5, град.

С щ льк) доказательства данного соотно- njeHHH были проведены замеры yrvia j, ,,: клона ядра ст|)уи (iipoao. iiniori 14 оси) от тма а наклона иршч чки к полотну га кмк|1. Изме|)енг1я нрогк дены для просечек с длиной 15, 25 и 35 мм. На основе обработанных экснеримента.чьных данных по.|учена корреляционная зависимостГ), связывающая ггазваннг51е параметры:

р 20 + 0.91а.

(1

На фиг. 2 ггриведена расчетная схема для определения опти.мального расположения просечек относительно труб верхнего теплообменного элемента. Близлежащая труба и 1гросечка расположены так, что ось ядра струи АС ггересекается с продольной осью трубы. ( достаточной для технических расчетов точностью можно принять, что расстояние 1/3.1 -|Д. (разница между ними составляет 2-4%) и соответственно М(жно принять, что углы LBAC и / ЙЛ С равны. Тогда из треугольника ABC следует, что рас стояние от передней кромки просечки до вертикальной проекции оси трубы на пологно тарелки равно

/ ;бГ,///,/( /(//,ф; (h BC .(2)

Учитывая выражение (1 иметь вид

/ /г/ /й:20- (),.(3(

Таким образом, целесообразно просечки относительно труб теплообменного элемента, расположенного над полотном тарелки, располагать так, чтобы расстояние от передней кромки отверстия, образованного отгибом вверх ориентированной в сторону трубы теплообменного элемента просечки, до вертикальной проекции оси данной трубы на полотно тарелки было равно /, где / вычисляется но формуле (3).

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Жидкость поступает на полотно тарелки 2 либо с распределительной тарелки (не показана), либо с выщерасположенной тарелкой.

5 Газ (пар), проходя через отверстия 3, эжек- тирует жидкость, и образовавшиеся газо- жилкостные струи направляются на трубы нерхнсг о теплообменнок) э.лемента 5. В ре- зультаге улара газожидкостной струи о трубы верхнего теилообменного эле.мента 5 происходит существенная интенсификация процесса теп.юмассообмена и сепарация основной Macct.i проконтактировавн ей жидкости. После ударя газ (пар) поступает на Бышераснг.ложегшхю тарелку, а проконтак5 тиронангпая с газо.м (паром) жидкость через огБерстия 4, расположенные неносредст- веино 11ОЛ т)убами верхнег() теплообменного -i.iieMOHia Г), ггопадает на грубы нижнего Toii.to6 iM4Hoi ;. элемег11.ч 6 rje происходит дог1олиитель 1ый теп, ообмен. Таким образо.м.

Ho. U) i Но контактной тарелки

разбивается

0

на зоны полного перемешивания, ограничен- трубами верхнег о теп.тообменного элемента 5. с осуществлением регулярного слива прокоитакгиронавглей жидкости из этих . Путем вьпголнения отверстий 4 для

5 слива жидкости в виде пгелей с отогнутыми вниз кромка.ми и подбора расстояния между но,тотном тарелки 2 и трубами нижнего тенлооб.менгюго элемента 6 достигается необходимый гидравлический затвор, пре0 ггятствующий проходу I аза (ггара) через отве)стии 4 для слива жидкости. Через зазор между полотном тарелки 2 и трубами нижнего теи,1ообменног о элемонга fi либо зазор .между грубами нижнего гег1. 1ообме)1ного эле.мента 6 и кромками отверстий 4 (в слу5 чае выгголнения последних в виде щелей с кромками, отогнутыми вниз), жидкость, об- ()а:)уя пленку в меж тарельчатом пространст- W. понадае на нижераегю-моженную та- |)елку

В результате этог О создается дополнительная противоточная зона контакта между иленкой стекающей жидкости и потоком поднимающегося газа (ггара), что ггриводит к увеличению интенсивности массообмена при минимальных затратах энергии.

гКроме того, обеспечивается равномерное

распределение газожидкостного слоя и жидкости но трубам теп.тообменных элементов в сочетании с секционированием полотна

тарелки на зоны полного перемешивания, что также увеличивает эффективность тепломассообмена.

Преимущество предлагаемого тепломас- сообменного аппарата (по сравнению с известными) заключается в интенсификации процесса тепломассообмена, так как слив проконтактировавшей жидкости организован регулярно через специальные отверстия, а не случайным образом, в результате чего достигается равномерное распределение газожидкостного слоя и жидкости по трубам теплообменных элементов, что увеличивает эффективность теплообмена. Кроме того, предлагаемая конструкция тепломассооб- менного аппарата позволяет увеличить ий- тенсивность массообмена за счет создания дополнительны.ч зон контакта между газом (паром) и жидкостью в межтарельчато.м пространстве, а также за счет секционирования полотен контактны.х тарелок трубами теплообменных элементов на зоны полного перемец ивания.

Формула изобретения

1. Тепломассообменный аппарат, вклю- чающий корпус, по высоте которого установлены полотна контактных тарелок с отверс- тия.ми для прохода газа (пара) в виде отогнутых вверх просечек полотна н отверстия- ми для слива жидкости, и размещенные над полотном теплообменные элементы в виде

0

5

0

5 где /; 0 л

ряда параллельных горизонтальных труб,отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса тепломассообмена за счет повыщения поверхности контакта фаз и поверхности теплообмена, а также повышения равномерности распределения газожидкостного слоя по полотну тарелок, отверстия для слива жидкости расположены под трубами теплообменных элементов, а под отверстиями для слива жидкости горизонтально размещены трубы дополнительных теплообменных элементов.

2..Аппарат по п. 1, ог.тчающт /с.ч п м. что просечки для прохода газа размещены параллельными рядами между трубами теп лообменных элементов и в каждом ряду ориентированы поочередно в противопо. юж- ные стороны.

3.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что просечки относительно труб теплообменного элемента, расположенного над полотном контактной тарелки, размещены таким образом, что расстояние / от передней кро.мки отверстия, образованного отгибом вверх ориен тированной в сторону трубы теплообменного элемента просечки, до вертикальной проек- пии оси данной трубы на полотно тарелки равно

r(20 + 0,91ct)

расстояние от центра трубы до по

лотна тарелки, м;

угол отгиба просечки, град.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, может применяться в химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности для аппаратов с повышенным съемом (подводом) тепла и позволяет интенсифицировать процессы тепломассообмена за счет повышения поверхности контакта фаз и поверхности теплообмена, а также повышения равномерности распределения газожидкостного слоя по полотну тарелок. Аппарат включает корпус, по высоте которого установлены полотна контактных тарелок с отверстиями для прохода газа (пара) в виде отогнутых вверх просечек полотна и с отверстиями для слива жидкости, и размещенные над полотном теплообменные элементы в виде ряда параллельных горизонтальных труб. Отверстия для слива жидкости расположены под трубами теплообменных элементов, а под отверстиями для слива жидкости горизонтально размещены трубы дополнительных теплообменных элементов. Просечки для прохода газа размещены параллельными рядами между трубами теплообменных элементов и в каждом ряду ориентированы поочередно в противоположные стороны таким образом, что расстояние L от передней кромки отверстия, образованного отгибом вверх ориентированной в сторону трубы теплообменного аппарата просечки, до вертикальной проекции оси данной трубы на полотно тарелки равно L=H/[TG/20+0,91α], где H - расстояние от центра трубы до полотна тарелки, M

α - угол отгиба просечки, град. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

.

w jrf

ет 0 Ef

T77V л

.1

n

n

n

n I I

LJ

n

n

I I uj

.1

IBCI h С