ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕНИК

Полезная модель относится к тепло-массообменной технике и может быть использована для проведения процессов сорбции, перегонки, ректификации и концентрирования жидких сред в химической и пищевой промышленности.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пленочный теплообменник [А.С. №556303 по М. кл. F28D 3/04 F28F 25/02, опубл. в БИ. №16, 1977 г.], содержащий кожух с прикрепленными к нему трубными решетками, в которых закреплены трубы. К трубной решетке примыкает распределитель жидкости, выполненный в виде плиты с входным патрубком, распределительными каналами и сквозными отверстиями, имеющими со стороны трубной решетки форму усеченных конусов, а с противоположной стороны - полусферическую форму.
Недостатком пленочного теплообменника является относительно невысокая интенсивность процесса теплообмена, невозможность проведения в нем процессов тепло-массообмена в системе газ-жидкость, например, процесса абсорбции, ректификации, перегонки и т.п., и невысокое качество конечного продукта.
Техническая задача полезной модели - разработка пленочного теплообменника, позволяющего повысить интенсивность процесса тепло-массообмена и возможность проведения в нем процессов тепло-массообмена в системе газ-жидкость, например, процесса абсорбции, ректификации, перегонки и т.п., и повысить качество конечного продукта.
Техническая задача полезной модели достигается тем, что в пленочном теплообменнике, включающем кожух с патрубками и прикрепленными к нему трубными решетками, в которых закреплены трубы, и примыкающий к верхней трубной решетке распределитель жидкости, выполненный в виде плиты с входным патрубком, распределительными каналами и сообщающимися между собой сквозными отверстиями, имеющими со стороны трубной решетки форму усеченных конусов, нижние основания которых имеют диаметр, равный по величине диаметру теплообменных труб, а с противоположной стороны - полусферическую форму и примыкающую к нижней трубной решетке камеру с патрубками для отвода конечного продукта, новым является то, что кожух в верхней части снабжен камерой с патрубком для сбора и вывода паро- газовой смеси из трубного пространства пленочного теплообменника, распределитель жидкости снабжен устройством для вывода из трубного пространства пленочного теплообменника паро- газовой смеси с летучими веществами, выполненным в виде цилиндрической трубки с диаметром, меньшим диаметра сквозного отверстия в распределителе жидкости, и коническим раструбом на конце, находящемся во внутренней полости конических сквозных отверстий в плите, причем устройство закреплено в плите с возможностью его перемещения вдоль своей оси и регулирования величины зазора между внешней поверхностью конического раструба и внутренней поверхностью усеченных конусов и соединяющее трубное пространство пленочного теплообменника с верхней камерой для сбора и вывода паро- газовой смеси, при этом наружная поверхность конических раструбов снабжена пластинами, расположенными по винтовой линии, а нижняя камера снабжена патрубком для дополнительной подачи теплоносителя.
Технический результат полезной модели заключается в повышении интенсивности процесса тепло-массообмена в пленочном теплообменнике за счет проведения в нем процессов тепло-массообмена в системе газ-жидкость при непосредственном контакте сред, например, процесса абсорбции, ректификации, перегонки и т.п., и повышении качества конечного продукта.
На фиг.1 изображен пленочный теплообменник, продольный разрез, на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1.
Пленочный теплообменник содержит кожух 1 с прикрепленными к нему трубными решетками 2, в которых закреплены трубы 3. К верхней трубной решетке примыкает распределитель жидкости, выполненный в виде плиты 4 с входным штуцером 5, распределительными каналами 6 и сквозными отверстиями 7, имеющими со стороны трубной решетки форму усеченных конусов 8, а с противоположной стороны - полусферическую форму 9. В сквозных отверстиях 7 коаксиально с усеченными конусами распределителей расположены патрубки 10 с коническим раструбом на одном конце, а другим концом закрепленных в плите 4. Патрубки 10 крепятся в плите 4 с возможностью их перемещения по вертикали и возможностью регулирования зазора между наружной поверхностью раструбов патрубков 10 и внутренней поверхностью усеченных конусов распределителей жидкости. Наружная поверхность, конического раструба патрубков 10 снабжена пластинами, расположенными по винтовой линии и параллельна поверхности усеченного конуса распределителя жидкости. Устройство 10 для вывода из трубного пространства теплообменника паро- газовой смеси с летучими веществами представляет собой цилиндрическую трубу с диаметром, меньшим диаметра сквозного отверстия в распределителе жидкости 4, снабженную коническим раструбом на конце, находящимся во внутренней полости конических сквозных отверстий в плите 4, причем устройство закреплено в плите с возможностью его перемещения вдоль своей оси и регулирования величины зазора между внешней поверхностью конического раструба и внутренней поверхностью усеченных конусов, и соединяет трубное пространство теплообменника с пространством верхней камеры 11 для вывода паро- газовой смеси с летучими веществами из трубного пространства пленочного теплообменника. Верхняя камера 11 снабжена штуцером 12. Под нижней решеткой размещена камера 13 для сбора и отвода теплоносителя, через штуцер 15 и дополнительного ввода в трубное пространство теплоносителя через штуцер 14. Для входа и выхода теплоносителя в межтрубное пространство аппарата служат штуцера 16 и 17. Пленочный теплообменник работает следующим образом.
Предварительно нагретая среда под давлением через штуцер 5 поступает в распределительные каналы 6, входящие тангенциально в полусферические формы 9 и вытекает через отверстия 7.
Вытекающая из сквозного отверстия 7 среда в виде жидкого закрученного факела прижимается к стенке усеченного конуса 8 распределителя в плите 4 и в виде тонкой пленки движется по внутренней стенке трубы 3. Распределению факела на поверхности конуса 8 и на стенки труб 3 способствуют раструбы патрубков 10, наружная поверхность которых параллельна поверхности усеченных конусов 8 и плите 4 распределителя жидкости. Закручиванию вытекающего из отверстия 7 жидкого факела в значительной мере способствует наличие на наружной поверхности раструбов патрубков 10 пластин, расположенных по винтовым линиям и образующих криволинейные каналы.
Подача нагреваемой среды в пленочный теплообменник под давлением и закручивание жидкостного факела позволяют создать устойчивый тонкий равномерный жидкостный слой на поверхности труб и повысить эффективность процессов тепло- и массообмена, протекающих в жидкой пленке. За счет изменения давления в жидкой фазе на входе в теплообменник можно в широких пределах регулировать толщину пленки, скорость ее движения по поверхности труб, а, следовательно, время контакта с поверхностью нагрева, что устраняет возможность термического разложения среды и способствует повышению качества конечного продукта.
Центробежные силы, действующие на среду по нормали к поверхности труб, предотвращают срыв пленки жидкости с поверхности труб. В предлагаемом техническом решении центробежные силы создаются без вращающихся частей в аппарате, что в значительной мере упрощает работу пленочного теплообменника и его обслуживание.
Горячий теплоноситель через штуцер 16 поступает в межтрубное пространство теплообменника и отдает теплоту нагреваемой среде через поверхность теплообменных труб 3 и выводится из пленочного теплообменника через штуцер 17. Также, дополнительно осуществляется контакт в теплообменнике горячего теплоносителя непосредственно с нагреваемой средой, при этом горячий теплоноситель дополнительно через штуцер 14 поступает в трубное пространство теплообменника и отдает теплоту при непосредственном контакте со средой. Пленка жидкости, нагреваясь и взаимодействуя с поднимающимся навстречу горячим теплоносителем, например, паром, стекает в камеру 13 и далее через штуцер 15 удаляется из теплообменника. Горячий теплоноситель с летучими веществами, выделяющимися из нагреваемой жидкости через устройства 10 удаляется из трубного пространства теплообменника, поступает в камеру 11 и затем через штуцер 12 выводится из него.
Дополнительный ввод теплоносителя в трубное пространство пленочного теплообменника способствует дополнительной турбулизации пленки среды на внутренней поверхности стенки теплообменных труб, позволяющей повысить эффективность работы пленочного теплообменника.
Использование предложенного пленочного теплообменника позволяет за счет проведения процессов тепло- и массообмена в равномерно стекающей закрученной тонкой пленке увеличить интенсивность процесса на 15-30% и повысить параметры качества конечного продукта за счет более полного извлечения из жидкой фазы определенных компонентов, например, при проведении процессов дезодорации.