ТЕПЛООБМЕННЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОЖУХОТРУБНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, например, к подогревателям технологических растворов и может быть применена в алюминиевой и химической отраслях промышленности, а также в теплоэнергетике.
Широко известна в различных отраслях техники переработка большого количества растворов, содержащих накипеобразующие примеси, оседающие при нагреве растворов на поверхностях теплопередачи теплообменных аппаратов и приводящие к снижению их теплопроводности. Снижение эффективности работы таких устройств обусловило необходимость их периодических остановок для чистки и промывки, что приводит к простоям технологического оборудования и дополнительным затратам на его обслуживание.
Известен теплообменный вертикальный кожухотрубный аппарат [патент № DE 3818819, Кл. F 28 D 1/02, опубл. 14.12.1989], содержащий корпус с нижней и верхней растворными камерами, с патрубками ввода и вывода раствора в крышках корпуса и теплообменной камерой между ними. Последняя образована трубным пучком из напорных и опускных труб, закрепленных в неподвижных трубных решетках и имеет в межтрубном пространстве патрубки ввода и вывода теплоносителя. В нижней растворной камере смонтирована распределительная решетка.
Особенностью известного аппарата является то, что для предупреждения образования отложений или коррозии на теплообменной поверхности труб, в нем предусмотрено введение в поток технологического раствора очистительной абразивной среды. Для ее замкнутой циркуляции по напорным и опускным трубам и исключения ее выноса через патрубок вывода раствора, стенки верхней камеры выполнены в виде диффузора, а нижние концы опускных труб выполнены с сужением в виде дросселей. При постепенном расширении потока в диффузоре кинетическая энергия различных по удельной плотности частиц технологического раствора и более плотной очистительной среды падает с разделением их на фракции. В результате частицы очистительной среды опускаются вниз по
опускным трубам безнапорным потоком, дополнительно в дросселе теряя энергию, попадают в распределительную камеру, где снова подхватываются восходящим потоком раствора.
Недостатком устройства является то, что в переходных режимах работы аппарата за счет местных вихреобразований, связанных с отрывом потока от стенок и перераспределения скоростей по сечению потока в верхней растворной камере, происходит вынос частиц мелкозернистого материала очистительной среды вместе с раствором, снижая тем самым эффективность работы устройства.
Аналогичный и наиболее близкий к заявляемому устройству известен теплообменник [патент США №4427053, Кл. F 28 D 13/00, от 24.06.1984] вертикальный кожухотрубный. Теплообменник также содержит корпус с диффузором верхней растворной камеры, трубный пучок в трубных решетках, образующие вместе с патрубками подвода и отвода теплоносителя теплообменную камеру, распределительную решетку в нижней растворной камере и патрубки ввода и вывода раствора в крышках корпуса, (устройство принято за прототип).
В отличие от вышеприведенного особенностью этого устройства является то, что для улучшения процесса отделения частиц очистительной среды от нагретого раствора, в основании диффузора верхней растворной камеры установлены с кольцевыми зазорами тарельчатые отбойные экраны-отражатели, предназначенные для погашения энергии частиц очистительной среды и исключения выноса их в потоке нагретого раствора. Для циркуляции очистительной среды предусмотрена одна осевая опускная труба сечением превышающим сечение напорной трубы. При этом обрез нижнего торца опускной трубы размещен ниже обреза торцов напорных труб так, что частицы, попадая в зону нижней растворной камеры непосредственно над разделительной решеткой, вновь подхватываются восходящим потоком раствора и вместе с ним попадают в напорные трубы, оказывая абразивное воздействие на теплообменные поверхности.
Однако, ограничение высоты зоны сепарации экраном-отражателем по сравнению с вышерассмотренным устройством создает дополнительное сопротивление восходящему потоку раствора в напорных трубах. Раствор поднимается из-под экрана-отражателя только кольцевыми потоками по периферии и в центре трубного пучка. В результате под экраном-отражателем в напорных трубах создается подпор, снижающий скорость движения в них
восходящего потока суспензии и соответственно воздействие взвешенных частиц очистительной среды на внутренние стенки этих труб. Вместе с тем, наличие центрального отверстия в экране-отражателе уменьшает движущую силу для перемещения потока в опускной трубе и существенно замедляет движение в ней более концентрированной суспензии вниз, снижая эффективность организованной циркуляции суспензии по трубному пучку и работу аппарата в целом.
Указанные недостатки стимулировали поиск новых технических решений.
Предложенное устройство направлено на решение задачи исключения образования отложений и снижения влияния термического сопротивления загрязнения теплообменных поверхностей на эффективность теплообменного процесса за счет сохранения постоянной концентрации частиц чистящего абразивного материала в рециркуляционном контуре системы непрерывной очистки труб.
Технический результат достигается тем, что в теплообменном вертикальном кожухотрубном аппарате, содержащем корпус, встроенный в него и закрепленный в трубных решетках трубный пучок из напорных труб восходящего потока технологического раствора и опускных труб нисходящего потока очистительной среды предупреждения отложений взвешенных веществ на внутренних стенках труб, нижнюю растворную камеру с распределительной решеткой, верхнюю сепарационную камеру со средством возврата /циркуляции частиц очистительной среды и патрубки ввода и вывода раствора, подвода и отвода теплоносителя, согласно полезной модели, средство возврата очистительной среды выполнено в виде полочного каскадного отстойника с многоярусными плоскими полками, отстойник закреплен на торце выводящего патрубка, при этом нижние концы опускных труб нисходящего потока, размещенные между трубной и распределительной решетками нижней растворной камеры, отогнуты от вертикали на 60-120 градусов, а обрез их торцов выполнен со скосом под углом не более 30 градусов от вертикали с раскрытием угла в направлении восходящего потока раствора.
Технический результат выражается в том, что установленный на выводном патрубке отстойник освобождает пространство верхней растворной камеры для восходящего потока нагретого раствора, обеспечивая при этом сепарацию частиц очистительной среды как по высоте камеры, так и непосредственно в самом отстойнике. Другими словами, установка отстойника в верхней отметке камеры позволяет организовать два этапа сепарации, что в сочетании с выполнением его
с многоярусными плоскими полками позволяет практически обеспечить замкнутый контур рециркуляции без потерь очистительной среды в системе непрерывной очистки труб. В свою очередь отогнутые от вертикали на 60-120 градусов нижние концы опускных труб, в сочетании с обрезанным под углом до 30 градусов их торцом позволяют исключить критическое состояние системы (режим захлебывания), возникающее в нижнем конце трубы как результат встречного течения потока и способствовать опускному движению суспензии в этих трубах за счет понижения давления у скошенных торцов при обтекании их восходящим потоком.
Из анализа научно-технической и патентной литературы заявляемой совокупности признаков не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Пример конкретного выполнения предложенного устройства иллюстрируется чертежом, где на фиг. схематически изображен теплообменник в разрезе. Теплообменник состоит из теплообменной камеры 1 в виде трубного пучка из напорных 2 и опускных 3 труб, смонтированных в трубных решетках 4 в цилиндрическом кожухе-корпусе 5, нижней приемной растворной камеры 6 с распределительной решеткой 7 и верхней выводной сепарационной камеры 8. Камеры 6, 8 образованы нижней и верхней крышками 9, 10 кожуха-корпуса 5. Нижняя крышка 9 снабжена подводящим патрубком 11 технологического раствора, а верхняя крышка 10 - отводящим патрубком 12, на нижнем торце которого смонтирован сепарационный полочный многоярусный отстойник 13 с пакетом плоских полок 14.
Устройство работает следующим образом. Технологический раствор, склонный к образованию отложений, например, бокситовая пульпа подается через подводящий патрубок 11 в нижнюю растворную камеру, проходит через распределительную решетку 7, поднимаясь, приводит в псевдоожиженное состояние находящийся там мелкозернистый материал очистительной среды и восходящим потоком попадает в напорные трубы 2, где взвешенные зерна оказывают абразивное воздействие на их внутренние стенки. Одновременно технологический раствор подвергается термической обработке потоком теплоносителя, протекающим в межтрубной полости теплообменной камеры 1 через патрубки 15, 16. Пройдя вертикальные напорные трубы 2, нагретый технологический раствор попадает в верхнюю растворную сепарационную камеру, где, поднимаясь, по пути теряет часть оседающих частиц очистительной среды. В
отстойник 13 попадает уже частично освободившийся от очистительной среды технологический раствор, где на ярусах плоских полок 14 оседает остальная часть частиц, которые консолидированным потоком оседают вниз. Благодаря некоторому разрежению в опускных трубах за счет загнутых и скошенных обрезов их нижних торцов 17, масса очистительной среды безнапорным потоком поступает по ним в нижнюю растворную камеру, где снова подхватывается восходящим потоком бокситовой пульпы. При этом обеспечивается замкнутая система рециркуляции и за счет практически исключения потерь достигается повышенная степень сохранения концентрации очистительной среды в технологическом растворе.
Источники информации:
1. Патент Германия № DE 3818819, Кл. F 28 D 1/02, опубл. 14.12.1989.
2. Патент США №4427053, Кл. F 28 D 13/00, опубл. 24.01.1984. (прототип).