ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к тепломассообменным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость и может быть использована в процессе ректификации, например, для разделения водометанольной смеси, а также в других процессах переработки нефти и газа.
Полезная модель относится к устройствам для проведения совместных процессов тепло- и массообмена и может быть использовано в химической, нефтехимической нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известна конструкция пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата. Известное устройство содержит вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой, подключенные к корпусу штуцера отвода и подвода теплоносителя, штуцера ввода и вывода жидкости, выполненные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, параллельно верхней трубной решетке установленную полку, снабженную отверстиями и бортами. В отверстиях полки герметично установлены патрубки (распределители жидкости) с отверстиями для стока жидкости. Полка и верхняя трубная решетка снабжены порогами с зубчатыми верхними торцами. Для подвода жидкости на полку штуцер ввода жидкости имеет трубу (А.с. СССР №1416161 «Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат»).
К недостаткам пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата следует отнести невозможность работы при больших расходах жидкости ввиду возникновения сильной неравномерности распределения жидкости по теплообменным трубам, захлебывание теплообменных труб, близлежащих к месту подвода жидкости.
Объясняется это возникновением волны при ударе большой массы жидкости о преграду (например, плоскость полки, пороги). Эти недостатки снижают эффективность тепломассообмена в аппарате, ограничивают верхний предел диапазона нагрузок по жидкости.
Известна конструкция пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата, содержащего вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубчатых решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой; подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода и вывода жидкости, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, полку, установленную параллельно верхней трубной решетке и снабженную отверстиями и бортами, патрубки, герметично установленные в отверстиях полки, а также трубу для подвода жидкости к полке от штуцера ввода жидкости, отличающийся тем, что патрубки в отверстиях полки выполнены со сплошными стенками, причем на центральном патрубке соосно установлена камера распределения жидкости со сплошными стенками, герметично закрытая с верхнего конца и открытая с нижнего конца, борта полки выполнены с зубчатыми верхними торцами, а труба для подвода жидкости к полке подключена тангенциально к камере распределения жидкости (Патент РФ №2104755 «Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат»).
Недостатком данного пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата является сложность конструкции устройства ввода продукта, состоящего из полки, установленной параллельно верхней трубной решетке и снабженной отверстиями и бортами, патрубков, герметично установленных в отверстиях полки, а также трубы для подвода жидкости к полке от штуцера ввода жидкости, причем патрубки в отверстиях полки выполнены со сплошными стенками. На центральном патрубке соосно установлена камера распределения жидкости со сплошными стенками, герметично закрытая с верхнего конца и открытая с нижнего конца, борта полки выполнены с зубчатыми верхними торцами. Труба для подвода жидкости к полке подключена тангенциально к камере распределения жидкости.
Наиболее близким аналогом является пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой; подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата, в верхней камере над штуцером ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметра большего, чем наружный диаметр теплообменных труб (Патент РФ №189935 «Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат»).
Проблемой данной конструкции является образование застойных зон в межтрубном пространстве корпуса аппарата, которые способствуют снижению эффективности теплообменного процесса.
Целью полезной модели является создание нового устройства - пленочного тепломассообменного аппарата с достижением технического результата: повышение эффективности процесса за счет увеличения коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб.
Указанная цель достигается тем, что в пленочном тепломассообменном аппарате, содержащем вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой; подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата, в верхней камере над штуцером ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметра большего, чем наружный диаметр теплообменных труб, согласно полезной модели в межтрубном пространстве установлены перегородки.
На фиг. 1 показан общий вид пленочного тепломассообменного аппарата.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез А-А.
Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат, содержит вертикальный корпус 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 камеры, верхнюю 4 и нижнюю 5 трубные решетки, теплообменные трубы 6, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой 4, подключенные к корпусу 1 штуцер 7 подвода теплоносителя и штуцер 8 отвода теплоносителя; штуцер 9 ввода сырья и штуцер 10 вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер 11 вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере 2 аппарата. В верхней камере 2 над штуцером 9 ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб 6, расположена перфорированная пластина 12 с отверстиями диаметра большего, чем наружный диаметр теплообменных труб 6, при этом в межтрубном пространстве установлены перегородки 13.
Пленочный тепломассообменный аппарат работает следующим образом.
Сырье вводится в аппарат через штуцер 9 ввода сырья. Далее оно поступает в пространство между верхней трубной решеткой 4 и перфорированной пластиной 12 и, проходя через отверстия в перфорированной пластине 12, попадает в верхнюю камеру 2. Установка перфорированной пластины 12 в верхней камере 2 над штуцером 9 ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб 6, препятствует волнообразованию на свободной поверхности жидкости в верхней камере 2 при больших расходах сырья. Горизонтальный уровень свободной поверхности без существенных возмущений способствует равномерной подаче сырья в теплообменные трубы 6 и образованию сплошной пленки жидкой фазы на внутренней поверхности теплообменных труб 6. Далее сырье пленкой стекает по внутренней поверхности теплообменных труб 6, при этом происходит его нагрев, и испарение низкокипящего компонента смеси. Образующаяся при этом газовая фаза поднимается по теплообменным трубам 6 в верхнюю камеру 2 и выходит из аппарата через штуцер 11 вывода газовой фазы. Неиспарившиеся остатки сырья, обогащенные высококипящим компонентом смеси, в виде жидкой фазы, стекая по внутренней поверхности теплообменных труб 6, попадают в нижнюю камеру 3 и через штуцер 10 вывода жидкой фазы удаляются из аппарата.
Для подвода тепла в межтрубное пространство вертикального корпуса 1 используется теплоноситель, который подается через штуцер 7 подвода теплоносителя и выводится через штуцер 8 отвода теплоносителя.
Установленные в межтрубном пространстве в шахматном порядке перегородки 13 позволяют изменить траекторию движение потока жидкости. Это ведет к повышению скорости движения теплоносителя и, соответственно, интенсифицируют турбулизацию потока. Образовавшиеся благодаря этому вихревые потоки способствуют увеличению коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности труб.
Таким образом, разработанная конструкция пленочного тепломассообменного аппарата позволяет интенсифицировать процесс передачи теплоты, а также в полной мере использовать весь объем межтрубного пространства вертикального корпуса.