JPS5933827B2 - heat and mass transfer equipment - Google Patents

heat and mass transfer equipment

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JPS5933827B2
JPS5933827B2 JP9741680A JP9741680A JPS5933827B2 JP S5933827 B2 JPS5933827 B2 JP S5933827B2 JP 9741680 A JP9741680 A JP 9741680A JP 9741680 A JP9741680 A JP 9741680A JP S5933827 B2 JPS5933827 B2 JP S5933827B2
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tube
heat
mass transfer
tubes
transfer device
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JP9741680A
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JPS5640083A (en
Inventor
ウラジミ−ル・ミハイロウイツチ・グリヤスズノフ
アレクサンドル・ピヨ−トロウイツチ・ミスチエンコ
アナトリ−・ピヨ−トロウイツチ・マガンジユク
ウラジミ−ル・ニコラエウイツチ・クラコフ
ニコライ・ドミトリエウイツチ・フオミン
ビクトリア・ピヨ−トロウナ・ポリヤコワ
ナタリア・ロベルトウナ・ロシヤン
エフゲニ−・ミハイロウイツチ・サビツキ−
ユリ−・ワシリエウイツチ・サクソノフ
ワレリ−・ミハイロウイツチ・ポポフ
アレクセイ・アンドレ−エウイツチ・パブロフ
ピヨ−トル・ウラジミロウイツチ・ゴロワノフ
アルベルト・アンドレ−エウイツチ・クラノフ
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INSUCHICHUUTO METARURUGII IMEENI AA AA BAIKO
INSUCHICHUUTO NEFUCHEHIMICHESUKAGO SHINTEEZA IMEENI EE BUI TOPUCHEWA AKADEMII NAUKU ESU ESU AARU
YUNIBERUSHITETSUTO DORUZUBUI NARODOFU IMEENI PEE RUMUMUBUI
Original Assignee
INSUCHICHUUTO METARURUGII IMEENI AA AA BAIKO
INSUCHICHUUTO NEFUCHEHIMICHESUKAGO SHINTEEZA IMEENI EE BUI TOPUCHEWA AKADEMII NAUKU ESU ESU AARU
YUNIBERUSHITETSUTO DORUZUBUI NARODOFU IMEENI PEE RUMUMUBUI
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物理化学的処理装置に関するものであり、特に
熱および物質移動装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to physicochemical processing equipment, and more particularly to heat and mass transfer equipment.

本発明による熱および物質移動装置は、液状媒質及びガ
ス状媒質を加熱するための熱交換器として、またはこの
種の媒質の冷却装置として使用する事ができる。
The heat and mass transfer device according to the invention can be used as a heat exchanger for heating liquid and gaseous media or as a cooling device for such media.

またこの装置は、パラジウム合金管を備えた場合、拡散
作用を成し、水素の高純度精製と気液混合物からの水素
の分離のために使用する事ができる。
In addition, when equipped with a palladium alloy tube, this device has a diffusion effect and can be used for high purity purification of hydrogen and separation of hydrogen from a gas-liquid mixture.

膜触媒またはその他の触媒、例えばアルミナを主成分と
する金属から成る管を備えている場合、本装置は触媒室
として作用する。
When equipped with membrane catalysts or other catalysts, for example tubes made of alumina-based metal, the device acts as a catalyst chamber.

ハウジングを含み、その内部に箔片または薄板が配置さ
れて本装置を複数室に分割し、熱/物質移動工程を実施
するためにこれらの室中に物質が送入される様にした熱
/物質移動装置は公知である(ソ連発明者証明第361
,805号、及び米国特許第3,782,077号)。
A heat/mass transfer device comprising a housing within which foil strips or sheets are arranged to divide the device into a plurality of chambers into which substances are pumped to carry out the heat/mass transfer process. Mass transfer devices are known (Soviet inventor certificate No. 361)
, 805 and U.S. Pat. No. 3,782,077).

この装置は液相水素添加を実施するために使用する事が
できない。
This equipment cannot be used to carry out liquid phase hydrogenation.

何故かならば箔片は室間の高差圧に耐える事ができない
からである。
This is because the foil pieces cannot withstand the high differential pressure between the chambers.

網状挿入物をもって箔片を補強すれば他の望ましくない
結果が生じる。
Reinforcing the foil pieces with mesh inserts has other undesirable consequences.

即ち被処理物質が分解しあるいは転化して、挿入物表面
上に副生物を生じる。
That is, the material to be treated decomposes or converts, producing by-products on the surface of the insert.

またこの技術分野においては、内部に複数の管を配置し
たハウジングを含み、拡散装置として使用される熱/物
質移動装置が公知である(米国特許第2,911,05
7号、および第3,392,510号)。
Also known in the art are heat/mass transfer devices that include a housing with a plurality of tubes disposed therein and are used as diffusion devices (U.S. Pat. No. 2,911,05
No. 7 and No. 3,392,510).

これらの管を使用する事により、管の内外スペース間の
高差圧で処理を実施する事が可能である。
By using these tubes, it is possible to carry out treatments with high differential pressures between the inner and outer spaces of the tube.

しかしながら、前記装置のハウジング中の管の配置法は
、その工程に含まれる物質流に対する管表面の適正な露
出を生じる事ができず、その結果触媒工程における物質
の損失、または滞溜区域における過熱を生じる。
However, the arrangement of the tubes in the housing of the device does not allow for proper exposure of the tube surfaces to the material flow involved in the process, resulting in loss of material in the catalytic process or overheating in the stagnation area. occurs.

この技術分野においては、パラジウム合金膜触媒を備え
た触媒室が公知である(ソ連発明者証明第292,36
1号参照)。
Catalyst chambers with palladium alloy membrane catalysts are known in this technical field (USSR Inventor Certificate No. 292, 36
(See No. 1).

この管は、膜触媒から成るU形管を収容した円筒形ハウ
ジングを有する。
The tube has a cylindrical housing containing a U-shaped tube of membrane catalyst.

これらの管の入口端と出口端はヘッダの管板に固着され
、このヘッダは仕切板を有し、また管の内部を通過する
反応物の流れを生じる。
The inlet and outlet ends of these tubes are affixed to the tubesheet of a header having a partition plate and providing a flow of reactants through the interior of the tubes.

触媒室ハウジングの底部には、他の反応物を送入するた
めの管を備え、これに対してハウジングの側壁は反応生
成物を排出するための管を備えている。
The bottom of the catalyst chamber housing is provided with pipes for introducing the other reactants, whereas the side walls of the housing are provided with pipes for discharging the reaction products.

ハウジングの中に下から物質が送入される時、これらの
物質はU形触媒管と接触し、この触媒管表面で反応し、
そこで反応生成物がハウジングから出て側管の中に流出
する。
When substances are fed into the housing from below, these substances come into contact with the U-shaped catalyst tube and react on the surface of this catalyst tube,
The reaction products then exit the housing and flow into the side tube.

しかしながら、この装置はハウジング上部に滞留区域を
有する。
However, this device has a retention area in the upper part of the housing.

物質流はこの区域で減速し、放熱反応の際には過熱する
The material flow slows down in this area and heats up during exothermic reactions.

更に、物質流が減速しまたは停止した時、過度の触媒工
程が生じ、その結果副生物の形成または有機物質の分解
とゴム状化が生じる。
Furthermore, when the material flow slows down or stops, excessive catalytic steps occur, resulting in the formation of by-products or decomposition and gumming of organic materials.

本発明は熱/物質移動装置において、ハウジングとその
内部に収容された管が、例えば拡散装置における水素分
離を改良し、また例えば触媒工程における目的生成物の
収率を増大し、また滞留区域を除去する様に構成され配
置された装置を提供する事を目的とする。
The present invention provides a heat/mass transfer device in which a housing and tubes housed therein improve hydrogen separation, e.g. in a diffusion device, and increase the yield of the desired product, e.g. in a catalytic process, and reduce retention zones. It is an object of the present invention to provide an apparatus constructed and arranged to remove.

本発明は、複数の管を内部に配置したハウジングを有し
、これらの管の内端と外端がヘッダ内部に取付けられる
様にした熱/物質移動装置において、前記ハウジングの
上部と下部は細長い中空、集中型分岐管を備え、この分
岐管の基部はハウジングに接合し、また前記の管は管群
な成して組立てらへこれらの管のヘッダは一力の分岐管
の中に配置される様にした装置を提供するにある。
The present invention provides a heat/mass transfer device having a housing in which a plurality of tubes are disposed, the inner and outer ends of these tubes being mounted inside a header, wherein the upper and lower portions of the housing are elongated. a hollow, centralized branch tube, the base of which branch tube joins the housing, and said tubes are assembled into a tube bank, the headers of these tubes being disposed within the single branch tube; The purpose of the present invention is to provide a device that allows for

本装置の構造は、滞留区域を除去し、装置の全断面積に
おける反応物流の均一な速度分布を生じ、また熱/物質
移動工程に参加する物質に対する管外側面の均一露出を
生じる。
The construction of the device eliminates stagnation areas, produces a uniform velocity distribution of reactant streams over the entire cross-sectional area of the device, and also produces uniform exposure of the outer tube surfaces to the substances participating in the heat/mass transfer process.

前記分岐管は均一な流速分布を生じる様につの状を成し
、これら分岐管内部に円錐形ヘッダが収容される様にす
る事ができる。
The branch pipes may be curved to produce a uniform flow velocity distribution, and a conical header may be housed inside the branch pipes.

また分岐管は円錐形を成す事ができる。The branch pipe can also have a conical shape.

その場合、その製造工程が簡易化されるが、同じく流速
の均一分布が得られる。
In that case, the manufacturing process is simplified, but a uniform distribution of flow rates is also obtained.

またこの装置は同一ハウジング中に配置された他の少な
くとも1つの管群を備える事ができる。
The device can also include at least one other group of tubes arranged in the same housing.

この管群の管の入口端と出口端はそれらのヘッダの中に
集合され、これらのヘッダは交互に上方分岐管と下方分
岐管の中に設置される。
The inlet and outlet ends of the tubes of this tube group are collected in their headers, which are placed alternately in the upper and lower branch tubes.

この構造は均一な流速分布と、反応物流に対する管の適
正露出とを維持する事を可能にする。
This structure makes it possible to maintain a uniform flow rate distribution and proper exposure of the tube to the reactant flow.

装置ハウジングと管群は直角立柱状に形成され、これら
の管群は管の出口穴が互い違いになる様に相互に配列さ
れる。
The device housing and the tube bank are formed in the form of a right angled column, and the tube groups are arranged with respect to each other such that the exit holes of the tubes are staggered.

これにより、装置中に管をぴったり配置する事ができ、
これによりハウジングの単位体積あたりの管の作用面積
を拡大し、また従って装置の仕事量を増大させる事がで
きる。
This allows the tube to be placed exactly in the device,
This makes it possible to increase the active area of the tube per unit volume of the housing and thus to increase the workload of the device.

ハウジングと管群はその製造を簡易化するため、円筒形
とする事ができる。
The housing and tube bank can be cylindrical to simplify their manufacture.

また、管群の中の管の入口端と出口端は円錐形の1個の
ヘッダの中に取付ける事ができる。
Also, the inlet and outlet ends of the tubes in the tube bank can be mounted in a single conical header.

これによって、管内部における反応物流の均一分布を生
じ、滞留区域を除去する事ができる。
This creates a uniform distribution of the reactant flow inside the tube and eliminates stagnation areas.

管群の管を螺旋状に相互に巻付ける事ができる。The tubes of the tube bank can be wrapped around each other in a helical manner.

これにより、管群に向う高速反応物流による管の振動を
除去し、装置全体の作動信頼度を向上させる事ができる
This eliminates the vibration of the tubes due to the high-speed reactant flow toward the tube group, making it possible to improve the operational reliability of the entire device.

管群の中の容管が螺旋形に形成され、最下の螺管が、管
群ヘッダに向って螺旋内部を通る直線部に変化し、管外
径と螺旋ピッチの比を0.2〜1.0とし、また各螺旋
状の螺管が隣接螺管間のスペースの中に嵌入される様に
管群中に管を配置する場合にも、同一効果が得られる。
The tubes in the tube group are formed in a spiral shape, and the lowest spiral tube changes into a straight section passing through the inside of the spiral toward the tube group header, and the ratio of the tube outer diameter to the helical pitch is set to 0.2~ 1.0, and the same effect can be obtained if the tubes are arranged in a tube bank such that each spiral tube fits into the space between adjacent spiral tubes.

これにより、管群内部の管の外面を反応物流に対して完
全露出する事ができる。
This allows the outer surfaces of the tubes within the tube bank to be completely exposed to the reactant flow.

管外径と螺旋ピッチとの比率に関して言えば、これは下
記の点を考慮して選定される。
As for the ratio between the tube outer diameter and the helical pitch, this is selected taking into account the following points:

もし、この比率が1.0を超えると、螺管は隣接螺管間
スペースの中に入る事ができない。
If this ratio exceeds 1.0, the spirals cannot enter into adjacent interspiral spaces.

もしこの比率が0.2以下であると、螺管は隣接螺管間
に過度に緩く嵌入し、その結果、装置の作動中に管の望
ましくない振動を生じる。
If this ratio is less than 0.2, the screws fit too loosely between adjacent screws, resulting in undesirable vibration of the tubes during operation of the device.

また、管群の中の容管が扁平な螺旋形状を有して相互に
接して配置され、容管の入口端と出口端を、扁平標線の
面に対して垂直に配置された管状ヘッダの中に取付ける
事もできる。
In addition, the containers in the tube group have a flat spiral shape and are arranged in contact with each other, and the inlet and outlet ends of the containers are connected to a tubular header arranged perpendicularly to the plane of the flat gauge line. It can also be installed inside.

この構造は管をもって装置容積を最大限度に充填する事
ができ、これによって装置の仕事量を増大し、またヘッ
ダ構造を簡易化する事ができる。
This structure allows the volume of the device to be filled to the maximum extent with the tubes, thereby increasing the workload of the device and simplifying the header structure.

管を二重扁平螺旋形に形成して、各後続螺管が先行螺管
の鏡像を成す様に相互に接して配置する事ができる。
The tubes can be formed into a double flattened helix and placed next to each other such that each successive helix is a mirror image of the preceding helix.

これは管組立技術を簡単化し、管をもって装置容積を最
大限度に充填する事を可能にする。
This simplifies the tube assembly technique and allows the tube to fill the device volume to the maximum extent possible.

管はアルキメデス螺旋形を取る事ができる。The tube can take the shape of an Archimedean spiral.

これは、管とヘッダの間の溶接継目の数を低減させ、こ
れによって装置の作動信頼度を向上させる事ができる。
This can reduce the number of weld seams between the tube and the header, thereby increasing the operational reliability of the device.

管は触媒特性を有する物質で作る事ができる。The tube can be made of a material that has catalytic properties.

これにより、種々の触媒工程を遂行するためにこの熱/
物質移動装置を使用する事が可能となる。
This allows the use of this heat/
It becomes possible to use mass transfer equipment.

例えば、ニッケルまたはパラジウムの表面触媒層を有す
る管を使用した場合、この装置中において水素添加工程
または脱水素工程を実施する事ができ、その場合、装置
の冷却または加熱は管内部に伝熱媒質を送入する事によ
って実施する事ができる。
For example, if a tube with a surface catalyst layer of nickel or palladium is used, a hydrogenation or dehydrogenation step can be carried out in this device, in which case the cooling or heating of the device is carried out using a heat transfer medium inside the tube. This can be carried out by sending .

また水素を選択的に透過する脱触媒をもって管を作る事
ができる。
In addition, a tube can be made with a decatalyst that selectively permeates hydrogen.

これは、1種または2種の触媒工程を遂行し、一方の工
程で放出された熱を吸熱工程を実施するために利用する
装置に適している。
This is suitable for devices that carry out one or two catalytic steps and use the heat released in one step to carry out an endothermic step.

またこの種の装置においては、高純度水素を得る目的で
、送入物質の分解または触媒転化も実施する事ができる
In devices of this type, it is also possible to carry out decomposition or catalytic conversion of the feed material in order to obtain high-purity hydrogen.

また管を水素透過性のパラジウム合金で作る事ができる
The tubes can also be made from hydrogen-permeable palladium alloys.

この様にして、ガス状または液状の生成物の水素富化の
ため、または水素から各種物質を精製除去するため、本
発明の熱/物質移動装置を高純度水素製造用拡散装置と
して使用する事が可能となる。
In this way, the heat/mass transfer device of the present invention can be used as a diffusion device for producing high-purity hydrogen, for enriching gaseous or liquid products with hydrogen, or for purifying and removing various substances from hydrogen. becomes possible.

以下本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to embodiments shown in the drawings.

本発明による熱及び物質移動装置はハウジング1を有し
、このハウジングは集中形分岐管2を備え、この分岐管
の大部分はハウジング1の中心部3の形状を有する。
The heat and mass transfer device according to the invention has a housing 1 which is provided with a central branch pipe 2, the main part of which has the shape of the central part 3 of the housing 1.

またこの装置は管5の管群4を有し、これらの管の両端
はヘッダ6の中に集合されている。
The device also has a tube bank 4 of tubes 5, the ends of which are collected in a header 6.

分岐管2は第1図に示す様にっの状を成し、または第2
図に示す様に円錐形を成す。
The branch pipe 2 has the shape of a square as shown in FIG.
It forms a cone shape as shown in the figure.

管群4は直角立柱状を成す事ができ、その場合ヘッダ6
は円錐形を成し、仕切板7と管板8とを備え、この管板
の中に第3図と第4図に示す様に管5が取付けられる。
The tube group 4 can form a right-angled vertical column, in which case the header 6
has a conical shape and comprises a partition plate 7 and a tube sheet 8, into which the tube 5 is mounted as shown in FIGS. 3 and 4.

この場合、装置の71ウジング1も直角立柱状を成し、
管群4はハウジング1の中にそれぞれ逆方向に配置され
、第1図と第5図に示す様に、ヘッダ6はそれぞれ上部
と下部の分岐管2の中に備えられる。
In this case, the device 71 Uging 1 also forms a right-angled column shape,
The tube groups 4 are arranged in opposite directions in the housing 1, and headers 6 are provided in the upper and lower branch tubes 2, respectively, as shown in FIGS. 1 and 5.

管5が螺旋状に相互に巻付けられた場合、管群4は円筒
形を成し、管の末端はヘッダの中に固着される(第6図
及び第7図)。
When the tubes 5 are wound around each other helically, the tube group 4 has a cylindrical shape and the ends of the tubes are fixed in the header (FIGS. 6 and 7).

6管5が螺旋9(第9図)を成す場合、管端は、導入管
11を備えた円錐ヘッダ10の管板8の中に固着される
6 If the tubes 5 form a helix 9 (FIG. 9), the tube ends are fixed in the tube sheet 8 of a conical header 10 with an inlet tube 11.

この構造の場合、管5の入口端12は導入管11によっ
て集合されるが、管の出口端13は円錐ヘッダ10によ
って集合される。
In this construction, the inlet end 12 of the tube 5 is collected by the inlet tube 11, while the outlet end 13 of the tube is collected by the conical header 10.

この場合、管群4は円筒形を有する(第8図、第9図、
第10図及び第11図)。
In this case, the tube group 4 has a cylindrical shape (Figs. 8, 9,
10 and 11).

螺旋9のピッチは、螺管の間隔14が管5の径と同等ま
たはこれより犬となる様に定められ、また管の外径と螺
旋ピッチの比は0.2〜1.0とする。
The pitch of the helix 9 is determined so that the spacing 14 between the helices is equal to or slightly larger than the diameter of the tube 5, and the ratio of the outer diameter of the tube to the helix pitch is 0.2 to 1.0.

これは、螺旋9の螺管15が隣接螺管スペース14の中
にはめ合わされるが故に(第10図及び第12図)、管
群4内部に管5をムダなく配置する事を可能にする。
This makes it possible to arrange the tubes 5 inside the tube group 4 without waste, since the helix 15 of the helix 9 fits into the adjacent helix space 14 (FIGS. 10 and 12). .

管群4が円筒形の場合、ハウジング1も円筒形を成し、
これらの管群4は・入つジング1内部において相互に逆
方向に、例えば6角形状に配置される(第1図と第13
図)。
When the tube group 4 is cylindrical, the housing 1 is also cylindrical,
These tube groups 4 are arranged in mutually opposite directions inside the inserting ring 1, for example, in a hexagonal shape (see FIGS. 1 and 13).
figure).

管5を二重扁平螺旋形16(第14図)に形成し、これ
らの螺旋を、後続螺旋17が先行螺旋に対して鏡像を成
す様に180°回転させて上下に接触配置し管群4とし
て組立てる事ができる。
The tubes 5 are formed into a double flattened helix 16 (FIG. 14), and these spirals are rotated 180° so that the succeeding spiral 17 forms a mirror image of the preceding spiral, and are placed in contact with each other one above the other, thereby forming the tube group 4. It can be assembled as

この場合、管5の入口端と出口端は、螺旋面に対して垂
直に配置された管状のヘッダ18に取付けられる(第1
5図と第16図)。
In this case, the inlet and outlet ends of the tube 5 are attached to a tubular header 18 (first
5 and 16).

管5の出口端と入口端の位置はヘッダ18の数と位置に
よって決定される。
The location of the outlet and inlet ends of tube 5 is determined by the number and location of headers 18.

即ちこれらのヘッダは180°、90°及び60°の角
度に配置する事ができ(第18図と第20図)、第17
図、第19図及び第21図はそれぞれ管群の構造と−・
ラダ18に対する管5の組立状態を示す。
That is, these headers can be placed at angles of 180°, 90° and 60° (Figs. 18 and 20);
Figures 19 and 21 respectively show the structure of the tube group and -.
The assembled state of the tube 5 to the ladder 18 is shown.

また管5は二重アルキメデス螺旋19の形状を成す事が
でき、これは上下に配置された2個の螺旋を成す(第2
2図と第23図)。
The tube 5 can also have the shape of a double Archimedean spiral 19, which consists of two spirals arranged one above the other (second
2 and 23).

これらの管5を管群4に組立てるには2個のヘッダ18
で充分である(第24図)。
To assemble these tubes 5 into tube group 4, two headers 18 are used.
is sufficient (Figure 24).

扁平螺旋状とアルキメデス螺旋状に巻かれた管5の管群
は全体として円筒形を成し、この管群を単独で(第2図
)または組合わせて(第13図)ハウジング1の中に配
置する。
The tube group of tubes 5 wound in a flat spiral shape and an Archimedean spiral shape has a cylindrical shape as a whole, and this tube group can be inserted into the housing 1 alone (FIG. 2) or in combination (FIG. 13). Deploy.

装置の内部を完全に使用する為、管群4の管5をハウジ
ング1の中心部3の中と分岐管2の中とに配置する事が
できる(第25図)。
In order to fully utilize the interior of the device, the tubes 5 of the tube bank 4 can be arranged in the central part 3 of the housing 1 and in the branch tube 2 (FIG. 25).

本発明の熱及び物質移動装置は下記の様に作動する。The heat and mass transfer device of the present invention operates as follows.

本装置において実施される熱/物質移動工程に依存して
、管5は熱交換器として作用するには装置の構造物質か
ら成り、或いは一種または数種の触媒工程を実施する触
媒室として作用するには触媒または膜触媒から成り、或
いは水素の浄化分離のために物質移動拡散室として作用
するには水素透過性パラジウム合金から成る。
Depending on the heat/mass transfer process carried out in the apparatus, the tubes 5 may consist of the structural material of the apparatus to act as a heat exchanger or as a catalytic chamber for carrying out one or several catalytic processes. or a hydrogen permeable palladium alloy to act as a mass transfer diffusion chamber for the purification and separation of hydrogen.

本装置が熱交換の為に使用される場合、分岐管2からハ
ウジング1の中に伝熱媒質が供給される。
When the device is used for heat exchange, a heat transfer medium is supplied into the housing 1 from the branch pipe 2.

加熱されるべき物質は管群4のヘッダ6を通して6管5
の中に送入される。
The substance to be heated passes through the header 6 of the tube group 4 to 6 tubes 5.
is sent into the

前記の伝熱媒質がハウジング内部を流下する際に、管5
の壁面を通して、加熱されるべき物質に熱を伝達する。
When the heat transfer medium flows down inside the housing, the tube 5
heat is transferred to the substance to be heated through the walls of the

使用済の伝熱媒質は下方分岐管2を通して装置から排出
されるが、加熱された物質は管群4のヘッダ6を通して
排出される。
The used heat transfer medium is discharged from the device through the lower branch pipe 2, while the heated material is discharged through the header 6 of the tube bank 4.

また、伝熱物質を管5の内部に送入し、また加熱される
べき物質を装置ハウジングの中に送入する事も可能であ
る。
It is also possible to introduce the heat transfer substance into the interior of the tube 5 and also the substance to be heated into the device housing.

管が触媒から成りまたは触媒で被覆されている場合、反
応物は一力の分岐管からハウジング1の中に送入される
If the tube consists of a catalyst or is coated with a catalyst, the reactants are fed into the housing 1 through a single branch tube.

反応物の流れが管5の表面と接触する際に、反応物が転
化される。
When the reactant stream contacts the surface of tube 5, the reactants are converted.

反応生成物は他方の分岐管2から排出される。The reaction product is discharged from the other branch pipe 2.

この装置を加熱しまた冷却するため、管群4のヘッダを
通して伝熱媒質がポンプ移送される。
A heat transfer medium is pumped through the header of the tube bank 4 to heat and cool the device.

本装置が熱/物質移動装置として作動するためには、膜
触媒から成る管が使用される。
In order for the device to operate as a heat/mass transfer device, tubes made of membrane catalyst are used.

例えば脱水素処理されるべき物質が上方分岐管2を通し
てハウジング1の中に送られる。
For example, the material to be dehydrogenated is conveyed into the housing 1 through the upper branch pipe 2.

また水素添加処理されるべき他の物質が管群4のヘッダ
を通して送入される。
Other substances to be hydrogenated are also introduced through the header of tube bank 4.

脱水素反応に際して、膜触媒管の外面上に水素が発生す
る。
During the dehydrogenation reaction, hydrogen is generated on the outer surface of the membrane catalyst tube.

この水素が管5の中に拡散し、管の内側面上に入り、管
内部にある物質と水素添加反応を生じる。
This hydrogen diffuses into the tube 5 and onto the inner surface of the tube, causing a hydrogenation reaction with the substances inside the tube.

脱水素反応生成物は下方分岐管2を通して排出されるの
に対して、水素添加反応生成物は管群4のヘッダを通し
て排出される。
The dehydrogenation reaction product is discharged through the lower branch pipe 2, whereas the hydrogenation reaction product is discharged through the header of the tube bank 4.

また脱水素されるべき物質を管5の内部に送入し、水素
添加されるべき物質をハウジング中に送入する事も可能
である。
It is also possible to introduce the substance to be dehydrogenated into the interior of the tube 5 and the substance to be hydrogenated into the housing.

物質移動装置として作用する装置、例えば高純度水素を
生産する装置の場合、管5はパラジウム合金(so%パ
ラジウム、20係銀)から成る。
In the case of a device acting as a mass transfer device, for example a device producing high purity hydrogen, the tube 5 consists of a palladium alloy (so% palladium, 20% silver).

水素含有混合物(例えば水性ガス)を上方分岐管2から
ハウジング1の中に送入しく管5の壁部な通過する水素
が管群4のヘッダを通して排出される。
A hydrogen-containing mixture (for example water gas) is fed into the housing 1 from the upper branch pipe 2 and the hydrogen passing through the walls of the pipes 5 is discharged through the header of the pipe bank 4.

水素が除去された混合物は下方分岐管2を通して排出さ
れる。
The mixture from which hydrogen has been removed is discharged through the lower branch pipe 2.

本発明による熱/物質移動装置の場合、管5の形状は種
々の実施態様がある。
In the case of the heat/mass transfer device according to the invention, the shape of the tube 5 has various embodiments.

これらの実施態様は総て、流体に対する管壁の能率的露
出、放熱反応における排熱効率の増進、及び管表面と反
応物との接触の改良を保証するものであって、これによ
って目標生成物の収率並びに装置の仕事量が大幅に増大
される。
All of these embodiments ensure efficient exposure of the tube wall to the fluid, enhanced heat removal efficiency in exothermic reactions, and improved contact between the tube surface and the reactants, thereby increasing the target product. The yield as well as the working capacity of the equipment is significantly increased.

管5が管群4として組立てられているが故に、故障の際
の管の取替は容易である。
Since the tubes 5 are assembled as a tube group 4, it is easy to replace the tubes in the event of a failure.

扁平螺旋形とアルキメデス螺旋形の管5を使用する事に
より4mまたはこれ以上もの長い管を使用する事が可能
になり、これによって溶接継目の数が減少され、組立技
術が簡易化さへ操作信頼度が増進される。
The use of flat helical and Archimedean helical tubes 5 makes it possible to use tubes as long as 4 m or more, which reduces the number of welded seams and simplifies assembly techniques, resulting in operational reliability. degree is increased.

更にこれらの実施態様は管表面積と装置体積との比を増
大し、装置単位体積に対する仕事量を1.5〜2倍に増
大する。
Furthermore, these embodiments increase the ratio of tube surface area to device volume, increasing the amount of work per device volume by a factor of 1.5 to 2.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるつの形分岐管を備えた熱および物
質移動装置の垂直断面図、第2図は本発明の他の実施態
様の円錐形分岐管を備えた装置の部分破断側面図、第3
図はU形管群の垂直断面図、第4図は第3図のIV−I
V横断面図、第5図は第1図の■−■横断面図、第6図
は螺旋状に相互に巻かれた管群の垂直断面図、第7図は
第6図の■−■横断面図、第8図は螺旋形管の管群を有
する装置の内部を示す側面図、第9図は第10図の管の
螺旋形状を示す図、第10図は第8図の管群の垂直断面
図、第11図は第10図のXI−)Q横断面図、第12
図は第10図の管群の水平面で取られた螺旋単回の配置
図、第13図は複数の円筒形管群を有する装置の縦断面
図、第14図は二重扁平螺旋管の平面図、第15図は第
14図の管の管群の側面図、第16図は第15図の管群
の平面図、第17図は第15図の管群のX■−X■横断
面図、第18図は二重扁平螺旋管の他の実施態様の平面
図、第19図は第18図の管の管群の平面図、第20図
は二重扁平螺旋管の他の実施態様の平面図、第21図は
第20図の管の管群の平面図、第22図は二重アルキメ
デス管の平面図、第23図は第22図のxxm−xxm
断面図、第24図は第22図の管の管群の側面図、また
第25図は本発明の装置の他の実施態様の縦断面図であ
る。 1・・・・・・ハウジング、2・・・・・・分岐管、4
・・・・・・管群、5・・・・・・管、6 y 10
t 18・・・・・・ヘッダ、11・・・・・・導入管
、16・・・・・・扁平螺旋管、19・・・・・・アル
キメデス螺旋管。
1 is a vertical sectional view of a heat and mass transfer device with a horn-shaped branch pipe according to the invention; FIG. 2 is a partially cutaway side view of a device with a conical branch pipe according to another embodiment of the invention; Third
The figure is a vertical sectional view of the U-shaped tube group, and Figure 4 is IV-I in Figure 3.
V cross-sectional view, FIG. 5 is a cross-sectional view taken from ■-■ in FIG. A cross-sectional view, FIG. 8 is a side view showing the inside of a device having a group of spiral tubes, FIG. 9 is a view showing the spiral shape of the tubes in FIG. 10, and FIG. 11 is a vertical sectional view of FIG. 10, and FIG.
The figure is a layout diagram of a single helical tube taken in the horizontal plane of the tube group in FIG. 10, FIG. 13 is a longitudinal cross-sectional view of a device having a plurality of cylindrical tube groups, and FIG. 14 is a plan view of a double flat helical tube. Figure 15 is a side view of the tube group in Figure 14, Figure 16 is a plan view of the tube group in Figure 15, and Figure 17 is an X-X cross section of the tube group in Figure 15. 18 is a plan view of another embodiment of the double flat helical tube, FIG. 19 is a plan view of a group of tubes of FIG. 18, and FIG. 20 is a plan view of another embodiment of the double flat helical tube. 21 is a plan view of the tube group of the tubes in FIG. 20, FIG. 22 is a plan view of the double Archimedean tube, and FIG. 23 is the xxm-xxm diagram in FIG.
24 is a side view of the group of tubes of FIG. 22, and FIG. 25 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the device of the invention. 1...Housing, 2...Branch pipe, 4
...Pipe group, 5 ...Pipe, 6 y 10
t 18...Header, 11...Introduction tube, 16...Flat spiral tube, 19...Archimedean spiral tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ハウジングを有し、このハウジングの内部に複数の
管を配設し、これらの管の入口端と出口端をそれぞれヘ
ッダ中に取付けるようにした熱および物質移動装置にお
いて、/\ウジング1の上部と下部に細長い、中空、集
中型分岐管2を備え、これらの分岐管の底部をハウジン
グ1に接合するとともに管5を管群4を成すように組立
て、上記ヘッダ6を一方の分岐管2の中に配設したこと
を特徴とする熱および物質移動装置。 2 分岐管2がつの状を成す事を特徴とする特許請求の
範囲第1項による熱および物質移動装置。 3 分岐管2が円錐形を成す事を特徴とする特許請求の
範囲第1項による熱および物質移動装置。 4 同一ハウジング1の中に更に少くとも1つの管群4
を備え、この管群4の管5の入口端と出口端もそれらの
ヘッダ6の中に取付けられ、これらのヘッダ6を上方お
よび下方の分岐管2の中に交互に設置したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかによる
熱および物質移動装置。 5 装置ハウジング1と管群4が直角立柱状を成し、こ
れらの管群4は、その管5の出口が互違いとなる様に相
対配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第4
項による熱および物質移動装置。 6 装置ハウジング1と管群4が円筒形を有する事を特
徴とする特許請求の範囲第1項による熱および物質移動
装置。 7 管群4の中の管5の入口端と出口端が円錐形ヘッダ
6の中に取付けられることを特徴とする特許請求の範囲
第1項による熱および物質移動装置。 8 管群4の管5が螺旋状に相互に巻付けられることを
特徴とする特許請求の範囲第1項による熱および物質移
動装置。 9 管群4の容管5が螺旋形9をなし最下位置のコイル
部分は管群4のヘッダ10に向って螺旋内部を通る直線
部に移行し、管5の外径と螺旋ピッチとの比は0.2乃
至1.0の範囲内にあり、また管5は、各コイル部分が
隣接するコイル部分のスペーースの中に嵌入するように
管群4の中に組立てられることを特徴とする特許請求の
範囲第1項乃至第4項、第6項または第7項のいずれか
による熱および物質移動装置。 10 管群4の中の容管5が偏平螺旋形16を有して、
相互に接して配置され、これらの管5の入口端と出口端
は、偏平螺旋の面に対して垂直に配置された管状ヘッダ
の中に取付けられることを特徴とする特許請求の範囲第
1項乃至第4項または第6項のいずれかによる熱および
物質移動装置。 11 管5が二重偏平螺旋16の形状を有し、各後続螺
旋が先行螺旋と鏡像を成す様に相互に接続して配置され
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項、
第6項または第10項のいずれかによる熱および物質移
動装置。 12管5がアルキメデス螺旋19の形状を有することを
特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項、第6項ま
たは第10項のいずれかによる熱および物質移動装置。 13管5が触媒特性を有する物質から成ることを特徴と
する特許請求の範囲第1項乃至第12項のいずれかによ
る熱および物質移動装置。 14管5が水素に対して選択的に透過性の膜触媒から成
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第13項
のいずれかによる熱および物質移動装置。 15管5が水素に対して透過性のパラジウム合金から成
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第14項
のいずれかによる熱および物質移動装置。
[Scope of Claims] 1. A heat and mass transfer device having a housing, in which a plurality of tubes are arranged, and the inlet and outlet ends of these tubes are respectively installed in a header, /\ Elongated, hollow, centralized branch pipes 2 are provided at the upper and lower parts of the housing 1, the bottoms of these branch pipes are joined to the housing 1, and the pipes 5 are assembled to form the pipe group 4, and the header 6 is assembled. A heat and mass transfer device characterized in that it is disposed in one of the branch pipes 2. 2. The heat and mass transfer device according to claim 1, characterized in that the branch pipe 2 is in the shape of a horn. 3. Heat and mass transfer device according to claim 1, characterized in that the branch pipe 2 has a conical shape. 4 At least one further tube group 4 in the same housing 1
The inlet and outlet ends of the tubes 5 of this tube group 4 are also installed in their headers 6, and these headers 6 are installed alternately in the upper and lower branch tubes 2. A heat and mass transfer device according to any one of claims 1 to 3. 5. The apparatus housing 1 and the tube group 4 form a right-angled vertical column, and the tube groups 4 are arranged relative to each other so that the outlets of the tubes 5 are staggered. 4
Heat and mass transfer equipment by term. 6. Heat and mass transfer device according to claim 1, characterized in that the device housing 1 and the tube bank 4 have a cylindrical shape. 7. Heat and mass transfer device according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet ends of the tubes 5 in the tube bank 4 are mounted in a conical header 6. 8. Heat and mass transfer device according to claim 1, characterized in that the tubes 5 of the tube group 4 are wound around each other in a helical manner. 9 The container tube 5 of the tube group 4 has a spiral shape 9, and the coil portion at the lowest position transitions to a straight portion passing through the inside of the spiral toward the header 10 of the tube group 4, and the outer diameter of the tube 5 and the helical pitch are The ratio is in the range 0.2 to 1.0, and the tubes 5 are characterized in that they are assembled into the tube group 4 in such a way that each coil section fits into the space of an adjacent coil section. A heat and mass transfer device according to any of claims 1-4, 6 or 7. 10 The container tube 5 in the tube group 4 has a flat helical shape 16,
Claim 1, characterized in that the inlet and outlet ends of these tubes (5), which are arranged next to each other, are installed in a tubular header which is arranged perpendicularly to the plane of the oblate spiral. A heat and mass transfer device according to any of clauses 4 to 6. 11. Claims 1 to 4, characterized in that the tube 5 has the shape of a double oblate helix 16, which are arranged in mutual connection such that each subsequent helix forms a mirror image of the preceding helix. section,
Heat and mass transfer device according to either clause 6 or 10. 12. Heat and mass transfer device according to any one of claims 1 to 4, 6 or 10, characterized in that the tube 5 has the shape of an Archimedean spiral 19. 13. Heat and mass transfer device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the tubes 5 consist of a material with catalytic properties. 14. Heat and mass transfer device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the tubes 5 consist of a membrane catalyst selectively permeable to hydrogen. 15. Heat and mass transfer device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the tube (5) is made of a palladium alloy that is permeable to hydrogen.
JP9741680A 1979-07-16 1980-07-16 heat and mass transfer equipment Expired JPS5933827B2 (en)

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SU792782101A SU911795A1 (en) 1979-07-16 1979-07-16 Catalytic reactor
SU2782101 1979-07-16
SU2782102 1979-07-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5640083A JPS5640083A (en) 1981-04-16
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JPH0264517U (en) * 1988-10-31 1990-05-15

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