ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к технике теплообмена и может быть использована в целлюлозной промышленности, глиноземном производстве, пищевой промышленности и т.п.
Известен греющий автоклав - см. Н.И.Еремин и др. «Процессы и аппараты глиноземного производства», М., «Металлургия», 1980, стр.149, рис.51, представляющий собой вертикальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищем и крышкой, полый внутри. Аппарат снабжен загрузочным штуцером и разгрузочной трубой, установленными в крышке. При этом разгрузочная труба проходит через весь автоклав до днища, чтобы в нижней его части не скапливался осадок - он отсасывается в трубу. Кроме того, автоклав снабжен раструбом с отверстиями на патрубке подачи греющего пара, установленном в горловине днища.
Недостатком автоклава является то, что нагрев пульпы производится при неорганизованном контакте ее с паром, что часто приводит к проскоку последнего в верхнюю часть автоклава с образованием паровой «подушки», уменьшающей объем пульпы в автоклав, или даже выдавливанию пульпы из него. Это усложняет процесс управления (эксплуатации) всей автоклавной батареи, в которую входит данный греющий автоклав, т.е. снижает эффективность работы автоклавной батареи (установки).
В качестве прототипа выбран теплообменник смешения - см. А.Н.Плановский, В.М.Рамм, С.З.Коган. «Процессы и аппараты химической, технологии», М., «Химия», 1968, стр.507, используемый в качестве противоточного конденсатора выпарных батарей. Он представляет собой полый сосуд с помещенными внутри полками с отверстиями для улучшения контакта пара и нагреваемой среды.
К недостаткам такого аппарата следует отнести плохо организованный контакт раствора и пара, а также возможность забивки отверстий при нагреве кристаллизующихся растворов и пульп, что нарушает работу аппарата, приводя к низкой эксплуатационной надежности.
Задачей полезной модели является устранение недостатков вышеприведенных аппаратов - аналога и прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности работы предлагаемого теплообменника при эксплуатационной надежности и эффективном теплообмене.
Технический результат достигается тем, что теплообмену в данном теплообменнике придается организованный характер, когда поток пара и раствора (пульпы) разбиваются на отдельные, приблизительно, равные части. Контакт пара с нагреваемой средой - раствором или пульпой осуществляется в наиболее эффективном для теплообмена пленочном течении нагреваемой среды по стенкам труб сверху вниз.
Пар в трубах поднимается вверх внутри полой внутренней части труб, при этом соблюдается наиболее эффективный для теплообмена принцип противотока. За счет тонкой пленки истечения нагреваемой среды по внутренней поверхности труб удается организовать теплообмен при низком недогреве - разности температур между паром и раствором.
Для создания пленочного движения нагреваемой среды по трубам сверху вниз над верхней трубной решеткой установлено распределительное устройство - дырчатый лист.
Для создания эффективного движения греющего пара снизу вверх внутри труб верхняя часть корпуса (над трубной решеткой) соединена трубопроводом с нижней частью корпуса (под трубной решеткой) или с патрубком отвода нагретой среды.
Разрез общего вида предлагаемого теплообменника представлен на фиг.1; на фиг.1-1 дан вид сверху в сечении А-А на положение отверстий в распределительном устройстве данного аппарата относительно положения труб, по которым противотоком движутся теплоноситель и нагреваемая среда; на фиг.1-2 показан вариант установки трубопровода отвода пара и неконденсирующихся газов в нижнюю часть теплообменника.
Предлагаемый теплообменник состоит: 1 - цилиндрический корпус, 2 - трубы теплообменника, 3 - верхняя трубная решетка; 4 - нижняя трубная решетка; 5 - распределительное устройство; 6 - отверстия в распределительном устройстве; 7 - патрубок для подвода пара; 8 - патрубок для подвода нагреваемой среды; 9 - патрубок для отвода нагреваемой среды; 10 - соединительный трубопровод; 11 - патрубок для отвода пара и неконденсирующихся газов.
Аппарат работает следующим образом: пульпа через патрубок (8) поступает в верхнюю часть корпуса (1) на распределительное устройство (5), установленное строго горизонтально, как и трубная решетка (3), чтобы струи нагреваемой среды, проходя через отверстия (6), растекались равномерно по решетке (3) и, совместно с конденсирующимся паром, распределялись по трубам (2). Таким образом создаются условия для равномерного перемешивания нагреваемой и греющей сред.
Образование пленочного истечения нагреваемой среды достигается путем ее попадания в трубы (2) через распределительное устройство (5) с отверстиями (6). После распределительного устройства нагреваемую среду направляют на поверхность верхней трубной решетки (3), где она равномерно распределяется по всем направлениям и стекает по трубам (2) в виде тонкой пленки.
Противотоком нагреваемой среде по этим же трубам (2), но только в центральной (осевой) их части движется пар, поступающий в нижнюю часть корпуса (1) под трубную решетку (4) через патрубок (7).
При организованном контакте пара с нагреваемой средой потоки пара и нагреваемой среды разбиваются по трубам приблизительно в одинаковом соотношении, что обеспечивает весьма эффективный теплообмен. Для достижения еще большей эффективности теплообмена необходима «тяга» пара вверх, т.е. необходим «проскоковый» пар, что достигается соединением верхней части корпуса (1) с его нижней частью посредством трубопровода (10) и патрубка (11). При этом обеспечивают удаление и неконденсирующихся газов.
Надо сказать, что небольшая часть неконденсирующегося пара в трубах (2), пройдя через трубопровод (10), конденсируется при контакте с пульпой. Вариант отсоса пара из верхней части корпуса (1) более эффективен, т.к. действует эффект инжекции.
Таким образом, данный теплообменник по конструкции не более сложный, чем широко применяемые в химической технологии низкоэффективные и ненадежные в эксплуатации теплообменники смешения или поверхностные теплообменники.
Заметим, что при наличии низкоэффективных рекуперативных теплообменников их не сложно реконструировать по предложенному техническому решению.
Предложенная конструкция теплообменника смешения должна работать более эффективно, как с точки зрения теплообмена, так и с точки зрения эксплуатации и может быть использована в целлюлозной промышленности, глиноземном производстве, пищевой промышленности и т.п.