Тепло-массообменный аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01D3/32 

(54) Т.ЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

1

Изобретение относится к конструкциям кожухотрубных теплообменников и может быть использовано для проведения процесса дефлегмации в пищевой и химической промышленностях.

Известен дефлегматор, состоящий из корпуса, внутри которого расположен змеевик, двух торцовых крыщек и патрубков для подвода и отвода парового потока и флегмы 1 .

Однако этот аппарат обладает низкой разделяющей способностью вследствие наличия байпаса по паровой фазе.

Наиболее близким к предложенному по конструкции -и достигаемому эффекту техническим решениям является тепломассообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с торцовыми крыщками, трубные решетки, установленные между корпусом и крышками пучок теплообменных труб, закрепленный в трубных решетках, патрубок для подвода пара, тангенциально подсоединенный к корпусу, патрубки для ввода и вывода хладагента, подсоединенные к торцовым крышкам, и патрубки вывода пара и конденсата 2.

Известный аппарат обладает рядом недостатков.

Свободное сечение для прохода парового потока - величина постоянная, в то время как количество парового потока непрерывно уменьшается. Уменьшается скорость пара в дефлегматоре. Снижается интенсивность турбулентных пульсаций, а в ряде случаев (при больших флегмовых числах R, например, отборе ЭАФ в процес,Q се получения коньячного спирта R 100- 120) режим движения пара становится ламинарным. Последнее приводит к тому, что при соприкосновении с теплообменными трубкат ми пограничные с,1ои пара полностью конденсируются, а ядро парового потока вслед15 ствие отсутствия должного турбулентного перемешивания не подвергается конден-сации, а пограничные силы пара, соприкасающиеся с теплообменными трубками, полностью конденсируются, при этом, как из2Q вестно, состав конденсата равен составу пара. Разделение смеси при больших флегмовых числах происходит только за счет массообмена между образующимся конденсатом и паровым потоком. Однако отсутствие турбулентного перемешивания и неи.И1-Гц)1.Ч)().11НИ;:лТ) . КОНСТруКЦИИ К МаССОобмсиу .,4y i|) не позволяют получип,- разделяющей способности более одной теоретической тарелки. Кроме того, в указанной конструкции имеет место байпас и неравномерное обтекание паровым потоком трубного пучка.

Вып еуказанные недостатки снижают разделяющую способность, исключают использование его для выделения ЭАФ непосредственно из парового потока. Последпее позволило бы уменьшить энергозатраты, металлоемкость установкл и уменьшить инерционность процесса получения коньячного снирта.

Це.ПзЮ изобретения является интенсификация процессов за счет обеспечения турбул(чпнс)го движения нара и равномерного обтскляия 1сплообменных труб.

11о.,т;|влепная цель достигается тем, что в генло.у.ассообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с торцовыми крышками, трубные решетки, установленные между корпусом и крышкями, пучок теплообменных труб, закрепленный в трубных решетках, патрубок для подвода пара, тангенциально подсоединенный к корпусу, патрубки для ввода и в-ывода. хладагента, подсоединенные к торцовым крышкам, и патрубки вывода пара и конденсата, пучок теплообменных труб расположен эксцентрично оси корпуса, образуя серповидный канал для пара, соединенный с тангенциальным патрубком для подвода пара, а патрубок вывода пара выполнен со скошенным входным концом, расположенным в центре пучка теплообменных труб и направленным навстречу потоку пара.

На фиг. Л изображен аппарат, продольный разрез, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-Д на фиг. 1.

Тепломассообмейный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с двумя трубными решетками 2 и 3-, в которых закреплен пучок теплообменных труб 4, торцовых крышек 5 и 6, патрубков для подвода 7 исходного парового /потока, для отвода 8 оставшейся некондейсировавшейся i части парового потока для подвода 9 охлаждаю1цей воды, для отвода 10 охлаждающей воды, для отвода 1Г флегмы. Патрубок 7 закреплен в корпусе 1 тангенциально. Для упрощения разборки аппарата патрубок 8 пропущен через сальниковое уплотнение 12, закрепленное в крышке 5, фланец 13 закреплен на патрубке 8 с помощью резьбового соединения. Пучок теплообмейных трубок 4 размещен в цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично его оси, что исключает унос конденсата, стекающего с трубного пучка.

Аппарат работает следующим образом.

Охлаждающая вода подается через патрубок 9 и отводится через патрубок 10. Исходный паровой поток (смесь компонентов различной летучести) поступает через патрубок,7 тангенциально к корпусу аппарата, огибает внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса, распределяясь равномерно по всему периметру трубного пучка. На периферии пучка возникает избыточное давление (по отношению к центру пучка), под давлением которого пар проходит между трубками 4 в центр пучка. Контактируя с поверхностью трубок 4, пар частично

конденсируется. Конденсат, представляющий флегму, стекает по трубкам 4 вниз и отводится из аппарата через патрубок 11. Оставшаяся несконденси1 овавщаяся часть парового потока выводится .из аппарата через патрубок 8.

По мере продвижения пара в аппарате

уменьшается свободное сечение между теплообменными трубками 4, так как движение осуществляется от периферии к центру пучка. Это позволяет обеспечить постоянную скорость движения и сохранить турбулентный режим движения при непрерывном уменьшении массы парового потока, что создает интенсивное перемешивание ядра парового потока, а следовательно, и частичную конденсацию с участием всей

5 массы пара.

Паровой поток перед поступлением в пучок теплообмейных трубок 4 распределяется равномерно по всему кольцевому пространству между корпусом 1 аппарата и трубным пучком (за счет тангенциального его ввода в аппарат) и лишь затем проходит в .зазоры между теплообменными трубками в направлении от периферии к центру. Такая-организация движения пара в тепломассообменйом аппарате исключает

5 появлейие байпасов и неравномерности обтекания трубного пучка.

Конденсат, стекающий с трубного пучка, пересекает поток пара в нижней части кольцевого пространства между корпусом и трубным пучком. При больших массовых

0 расходах исходного парового потока в этом месте может возникнуть унос конденсата. Для предотвращения уноса целесообразно трубный пучок 4 устанавливать в корпусе 1 аппарата ассиметрично (фиг. 2), смещая пучок относительно оси корпуса 1 вверх. Свободное сечение нижней части кольцевого прохода между корпусом 1 и пучком трубок 4 увеличивается, следовательно, скорость парового потока уменьшается и исключается унос конденсата.

0 Таким образом, предложенная конструкция тепломаСсообменного аппарата обладает следующими преимуществами по сравнению с известной конструкцией. Во-первых, процесс дефлегмации проводится в условиях турбулентного режима движения пара, несмотря на непрерывное уменьшение его количества, во-вторых, исключено возникновение байпасов и неравномерного обтекания пучка Трубок. Все это позволяет проводить процесс дефлегмации в,оптимальных условиях и увеличить его разделяющую способность.

В предложенной конструкции используется новое сочетание ранее известных элементов, однако именно это сочетание обеспечивает увеличение разделяющей способности. Последнее позволяет использовать процесс, дефлегмации для выделения ЭАФ из парового потока при получении коньячного спирта, что позволит получить экономический эффект за счет уменьщения рас хЬда греющего, металлоемкости установки и инерционности процесса получения коньячного спирта.

Формула изобретения

i , -.

Тепломассообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с торцовыми крышками, трубные рещетки, установленные между корпусом и крыщками, пучок теплообменных труб, закрепленный в трубных решетках, патрубок для подвода пара, тангенциально подсоединенный к корпусу, патрубки для .ввода и вывода хладагента, подсоединенные к торцовым крышкам, и патрубки вывода пара и конденсатора, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов за счет обеспечения турбулентного движения пара и равномерного обтекания им теплообменных труб, пучок теплообменных труб расположен эксцентрично

оси корпуса, образуя серповидный канал для пара, соединенный с тангенциальным патрубком для подвода пара, а патрубок вывода пара выполнен со скошенным входным концом, расположенным в центре пучка теплообменных труб и направленным навстречу потоку пара.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент США № 2666499, кл. 261-114, опублик; 19.01.54.