ТЕПЛООБМЕННЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ОДНОХОДОВОЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к теплообменному оборудованию и может быть использована в химической, металлургической и других отраслях промышленности, в которых применяется охлаждение или подогрев различных сред.
Одной из основных проблем при охлаждении или подогреве различных сред является недостаточная интенсивность теплообмена в теплообменниках. Причина этого состоит в невысоких скоростях охлаждаемых или подогреваемых сред в теплообменных трубках.
Известен теплообменный одноходовой вертикальный аппарат, состоящий из кожуха и приваренных к нему трубных решеток. В трубных решетках закреплен пучок труб с штуцерами входа и выхода теплоносителя. К трубным решеткам крепятся крышки со штуцерами, образующие верхнюю и нижнюю растворные камеры для входа и выхода охлаждаемого или подогреваемого раствора (см. Касаткин А.Г., Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, с.327-328). Данное устройство принято за прототип.
Известный аппарат за счет одноходового исполнения в сравнении с многоходовыми аппаратами меньше подвержен забивке и образованию накипи.
Недостатком известного аппарата является невысокая интенсивность теплообмена, обусловленная тем, что он является одноходовым, и скорости охлаждаемого или подогреваемого раствора в трубках относительно невелики.
Мероприятия по повышению интенсивности теплообмена за счет увеличения скорости при сохранении требуемой поверхности теплообмена связаны с увеличением длины теплообменных трубок, что вызывает затруднения при размещении аппарата, или выполнении аппарата многоходовым, что приводит к забивке и к усиленному образованию накипи в трубках.
Указанные недостатки стимулировали поиск новых технических решений.
Предложенное техническое решение направлено на повышение эффективности теплообмена без изменения конструкции трубного пучка и массогабаритных параметров теплообменника.
Для получения такого технического результата в теплообменном вертикальном одноходовом аппарате, содержащем кожух с трубными решетками, образующими с закрепленными в них теплообменными трубками теплообменную камеру с штуцерами подвода и отвода теплоносителя, трубные решетки соединены с нижней и верхней растворными камерами снабженными соответственно штуцером подвода исходного раствора в нижнюю растворную камеру и штуцером отвода подогретого или охлажденного раствора из верхней растворной камеры, согласно полезной модели на штуцере отвода раствора из верхней растворной камеры концентрично размещена кольцевая камера с штуцером подвода воздуха, при этом внутренняя стенка кольцевой камеры выполнена в виде стенки штуцера отвода раствора и перфорирована отверстиями диаметром 6-20 мм.
Сравнительный анализ предложенного устройства с прототипом и с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что полость штуцера отвода раствора, соединенная отверстиями определенного размера с полостью камеры подачи воздуха, обеспечивает равномерную по сечению подачу воздуха в раствор в виде мелких пузырьков с получением отводимого раствора в виде воздухорастворной смеси пониженной плотности, вытесняемой более тяжелым раствором, выходящим из трубок. При этом пузырьки воздуха существенно ускоряют движение раствора в теплообменных трубках теплообменника, что ведет к повышению эффективности теплообмена.
Это позволяет сделать вывод о нетрадиционном решении разработки устройства и не вызывает проблем реализации в современных условиях производства.
Сущность полезной модели и пример конкретного выполнения поясняются чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника в разрезе, на фиг.2 - воздушная камера на штуцере верхней растворной камеры.
Теплообменный одноходовой вертикальный аппарат содержит кожух 1, приваренные к нему верхнюю 2 и нижнюю 3 трубные решетки, в которых закреплены образующие трубный пучок теплообменные трубки 4. Межтрубное пространство, образующее теплообменную камеру 5 снабжено разнесенными по высоте штуцерами 6 и 7 подвода и отвода теплоносителя. На верхней 2 и нижней 3 трубных решетках соответственно закреплены крышки 8 и 9, образующие верхнюю 10 и нижнюю 11 растворные камеры. Нижняя растворная камера 11 снабжена штуцером 12 входа исходного раствора. Верхняя растворная камера 10 снабжена штуцером 13 отвода нагреваемого или охлаждаемого раствора. На штуцере 13 концентрично размещена камера 14 со штуцером 15 подвода воздуха. На стенке штуцера 13 образующей внутреннюю стенку камеры 14 выполнены отверстия 16 диаметром 6-20 мм. Указанные размеры отверстий 16 обеспечивают создание однородной воздухорастворной смеси и исключают проскок больших пузырей воздуха без движения раствора.
Теплообменник работает следующим образом. Нагреваемый или охлаждаемый раствор подается в нижнюю растворную камеру 11 через штуцер 12. Из камеры 11 раствор поднимается по трубкам 4, подогревается или охлаждается за счет тепла или холода теплоносителя, который подается через штуцер 6 в межтрубное пространство теплообменной камеры 5. Из трубок 4 раствор поступает в верхнюю растворную камеру 10 и выводится из нее через штуцер 13. При прохождении через этот штуцер 13 в раствор через штуцер 15 камеры 14 подается под избыточным давлением воздух. Воздух через отверстия 16 поступает в раствор и смешивается с ним. Вследствие уменьшения плотности воздухорастворной смеси повышается скорость движения раствора по трубкам. Это увеличивает интенсивность теплообмена с повышением коэффициента теплопередачи теплообменного аппарата на 20-50%.