ПЛЕНОЧНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ 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 трубчатого абсорбера. 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, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, трубу для подвода жидкости от штуцера ввода жидкости к верхней трубной решетке (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, с. 443, рис. Х1-9.).
Известная конструкция работает только при небольших расходах жидкости. При подаче в аппарат большого количества жидкости возникает сильная неравномерность распределения жидкости по теплообменным трубам, захлебывание теплообменных труб, близлежащих к трубе подвода жидкости за счет образования волны при истечении жидкости с большим напором. Таким образом, имеет место значительное снижение эффективности тепломассообмена в аппарате при больших расходах жидкости.
Известна конструкция пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата, которая наиболее близка к заявленному объекту. 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.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат, содержащий 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, борга 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.
Целью полезной модели является создание нового устройства - пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата с достижением технического результата: упрощение конструкции устройства ввода продукта (сырья).
Указанная цель достигается тем, что в пленочном трубчатом 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, согласно полезной модели в верхней камере над штуцером ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметра большего, чем наружный диаметр теплообменных труб.
На фиг. 1 показан общий вид пленочного трубчатого 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.
Пленочный трубчатый 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 пространство между вертикальным корпусом 1 и теплообменными трубами 6 подается теплоноситель через штуцер 7 подвода теплоносителя и выводится через штуцер 8 отвода теплоносителя.
Таким образом, разработанная конструкция пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата имеет более простую конструкцию устройства ввода продукта (сырья), за счет замены сложного узла подачи сырья в верхней камере аппарата на одну перфорированную пластину.