LV11109B - Mass and heat exchanger - Google Patents

Description

Masas un siltuma apmaiņas iekārta

Piedāvātās iekārtas uzbūves principus var izmantot dažādu masas apmaiņas procesu veikšanai, piemēram, absorbcijai, destilācijai, rekrificēšanai, frakcionēšanai.

Praksē minēto procesu veikšanai izgatavo, lieto, uzlabo un papildina kolonnu tipa iekārtas, piemēram, rektifikācijas iekārtas. To uzbūve un darbība plaši aprakstīta speciālā literatūrā [1-3].

Par piedāvātās iekārtas (Fig.3) prototipu [3] ņemta kolonnu tipa iekārta (Fig.1).

Abās ir ietvertas rektifikācijas iekārtu galvenās funkcionālās sastāvdaļas: kontaktori 1, pārteces caurules 2, siltummaiņi siltuma pievadīšanai 3 un siltummaiņi - deflegmatori 4. Taču šo sastāvdaļu izveidojums abās iekārtās būtiski atšķīrās. Svarīgākā atšķirība ir rektifikācijas iekārtas galvenās sastāvdaļas - kontaktoru - izveidojumā.

Zināmajās kolonnu iekārtās kontaktori - šķīvji ir dažādas konstrukcijas: sietveida, zvanveida, dažādu spraugu, tuneļveida. Ir pazīstami ari vertikālie virpuļtipa kontaktori, kūms gan praktiski nelieto, kaut arī tie varētu palielināt masas apmaiņas aparātu ražīgumu. Tomēr visām kolonnu šķīvju konstrukcijām piemīt šādi trūkumi:

1. Šķīvji ir jāizvieto kolonnas apvalka apaļajā šķērsgriezumā, kas ierobežo variācijas iespējas un sarežģī konstrukciju.

Kolonnu iekārtu ražīgums ir ierobežots, jo, palielinot kolonnas diametru, šķīvju lietderības koeficients samazinās.

3. Jebkuras rektifikācijas iekārtas ražīgums palielinās, ja palielina gāzveida fāzes kustības ātrumu. Kolonnu iekārtās, sasniedzot zināmu gāzveida fāzes kustības ātrumu, sākas pastiprināta šķidruma daļiņu līdzraušana, kas samazina šķīvju lietderības koeficientu.

4. Pēc fāžu savstarpējās kontaktēšanās, uz šķīvjiem izteikta fāzu nodalīšanās nenotiek - starpšķīvju telpu aizpilda putas un lidojoši pilieni. Līdz ar to uz šķīvjiem grūti, ir veikt fāzu lokālu apstrādi, piemēram, tvaika deflegmāciju.

5. Rektifikācijas procesu var veicināt, ja pašos kontaktoros realizē abu fāzu paralēlplūsmu. Uz šķīvjiem to vai izdarīt tikai ierobežoti, jo paralēlplūsmas ceļa gammu nosaka ierobežotais kolonnas caurmērs.

Piedāvātās iekārtas pamatā likts horizontālais virpuļtuneļkontaktois (Fig.2). Tas sastāv no cauruļveida tuneļa 11, kuram ir plūdlīniju formas šķērsgriezums un vaļējs sāns, garensprauslas 12, ko veido tuneļa apakšējā sieniņa kopā ar profilētu plāksni 13, kas vienlaicīgi arī norobežo šķidro un gāzveida fāzes, un pārkares 14, ko veido tuneļa augšējā sieniņa.

Šāda kontaktora konstrukcija ļauj novērst uzrādītos kolonnu iekārtu trūkumus un ierobežojumus:

1. Horizontālie virpu ļtu ne ļkontaktori ir autonomi un nesaistās ar citu ierobežojošu konstrukciju - apvalku, jo tie paši veido ari iekārtas apvalku. Konstrukcija ir vienkārša un viegli izgatavojama ar metālapstrādes standartpaņēmieniem.

2. Kontaktora efektīvā darbība līdz ar garuma palielināšanu nesamazinās, tāpēc rektifikācijas iekārtas ražīguma palielināšanai, pagarinot kontaktorus, tehnoloģisku ierobežojumu nav.

3. Kontaktora konstrukcija nodrošina pilnīgāku fāzu atdalīšanos pēc to savstarpējās kontaktēšanās. To veicina spēki, kas attīstās virpulī. Pilnīgāka fāzu nodalīšanās uzlabo procesa efektivitāti un dod iespēju apstrādāt fāzes pašos kontaktoros. Piedāvātajā iekārtā ir paredzēta sildītāju ievietošana kontaktoros lokālai un atkārtotai šķidruma sildīšanai kā ari dzesētāju ievietošana kontaktoros, lai veiktu lokālu, atkārtotu deflegmāciju. Šāda veida fāzu apstrāde dod iespēju panākt pilnīgāku masas apmaiņu.

4. Virpulī attīstītie spēki, kas palīdz šķidrumam atdalīties no gāzveida fāzes, būs jo lielāki, jo lielāks ir virpuļošanas ātrums. To, savukārt, nosaka gāzveida fāzes plūsmas ātrums, kurn palielinot, palielinās iekārtas ražīgums. Tāpēc virpuļtuneļu iekārtu ražīguma palielināšanu, palielinot gāzveida fāzes plūsmas ātrumu, ierobežo tikai hidrauliskās pretestības.

5. Horizontālo virpuļtuneļu kontaktoros ir iespējams pilnīgāk realizēt fāzu paralēlplūsmu, jo šo kontaktoru garumam nav konstruktīvu un tehnoloģisku ierobežojumu. Tas uzlabo masas apmaiņu un palielina iekārtas ražīgumu.

Atsevišķi ir jāizskata šķidruma pārplūde abās salīdzināmās rektifikācijas iekārtās no viena kontaktora uz otru.

Visās kolonnu tipa iekārtās šī pārplūde notiek no augstākās koncentrācijas pakāpes šķīvja uz blakusesošo, zemākas koncentrācijas pakāpes šķīvi pa pāiteces caurulēm. Citādi to nevar izdarīt, jo flegmu iegūst vienā deflegmatorā ar vienādu sastāvu un to ievada kolonnā vienā vietā.

Horizontālo virpuļtuneļkontaktoru iekārtās, pateicoties deflegmējošo siltuma apmaiņas virsmu ievietošanai pašos kontaktoros un sadalīšanai pa vairākiem kontaktoriem, flegmu rada vairākās pakāpēs un ar dažādu sastāvu. Tā rodas izdevība šķidro fāzi vadīt cauri blauksesošajiem zemākas koncentrācijas pakāpes kontaktoriem uz vēl zemākas koncentrācijas pakāpes kontaktoriem, tā panākot krasāku koncentrāciju starpību starp fāzēm un intensīvāku masas apmaiņu. Tādai šķidruma tālākai pārvadīšanai izmanto pagarinātas pārteces caurules.

Atšķirībā no kolonnu iekārtām, kur šķīvju izvietojums ir iespējams tikai vienam virs otra vertikāli, tuneļkontaktorus masas un siltuma apmaiņas iekārtās var novietot gan vienu virs otra, gan slīpi vai arī horizontāli blakus vienu pie otra.

Grafisko attēlu saraksts

Fig. 1 Kolonnu tipa iekārta (zināmais tehnikas līmenis)

I - šķīvji-kontaktori,

2 - šķidruma pārteces caurules,

- siltummainis siltuma pievadīšanai,

- deflegmators-siltummainis.

Fig.2 Horizontālais virpuļtuneļkontaktors (saskaņā ar izgudrojuma 10 formulas 1. punktu)

II - horizontāls tunelis ai vaļēju sānu,

- garensprausla,

- profilēta plāksne,

- pārkare.

Fig.3 Horizontālo virpuļtuneļkontaktoru tipa vertikālā iekārta (saskaņā ar izgudrojuma formulas 2.,3.,4. punktu)

- horizontālie virpuļtuneļkontaktori,

- pagarinātās pārteces caurules,

3 - siltummaiņi siltuma pievadīšanai,

- deflegmatori-siltummaiņi.

Piedāvātā iekārta atšķiras no tradicionālām ar kontaktoru uzbūvi, ar atšķirīgu flegmas plūsmas virzīšanu, ar lokālu, atkārtotu papildus siltuma pievadīšanau un lokālu, atkārtotu deflegmāciju. Šīs atšķirības apskautas atsevišķi kontaktoram. flegmas virzīšanai un lokālai fāzu apstrādei.

1. Kontaktors

Piedāvātais virpuļkontaktors atšķirībā no zināmajiem vertikālajiem kontaktoriem tiek novietots horizontāli. Kontaktora uzbūves pamatā ir horizontāls plūdlīniju formas šķērsgriezuma tunelis, kurā ievada šķidrumu. Tuneļa apakšdaļā izveidota gaien sprausla, cauri kurai šķidrumā tangenciāli ievada tvaiku. Tā izveidojas uzputota šķidruma virpulis, kurā izvērstas kontaktvirsmas dēļ notiek intensīva masas apmaina. Tvaika plūsmas ātrums var būt maksimāls. Jo tas ir lielāks, jo labāk strādā kontaktors. Līdz ar plūsmas ātruma palielināšanos palielinās arī procesu intensitāte.

Šķidruma atdalīšana no tvaika pēc to savstarpējās kontaktēšanās piedāvātajā horizontālā virpuļtuneļkontaktorā notiek virpuļa radītā centrbēdzes spēka ietekmē. Un atkal - jo lielāks ir ātrums, jo labāk tvaikašķidruma fāzes nodalās viena no otras. Arī tas uzlabo kontaktora darbības efektivitāti.

Masas apmaiņas iekārtās horizontālos virpuļtuneļkontaktorus var likt vienu virs otra, veidojot vertikālās iekārtas, kā ari slīpi vienu pie otra slīpajās iekārtās - vai vienu blakus otram - horizontālās iekārtās. Tādējādi masas apmaiņas iekārtas ar horizontāliem virpuļkontaktoriem, salīdzinot ar vertikālo kolonnu iekārtām, var ievietot ievērojami mazāka augstuma telpās.

2. Flegmas plūsmas virzīšana ar pagarinātām pārteces caurulēm

Piedāvātā flegmas plūsmas virzīšana ļauj samazināt flegmas plūsmas lielumu.

Zināmajās rektifikācijas iekārtās flegmas radīšanai jātērē lielākā daļa (ap 70%) no visa procesam vajadzīgā siltuma un dzesēšanas ūdens. Ja flegmas plūsmas lielumu varētu samazināt divas reizes, siltuma un dzesēšanas ūdens patēriņš ari samazinātos divas reizes.

Informācijas avoti

1. CTačHHKOB B.H. IīeperoHKa η ρϋΚΤΗφΗΚΒίίΗΑ οτηποβογο cnnpTa. M.: nnmeBaa npoM., 1969.

2. AHHCTpaHeHKO B.A. Ilp5IMOTO4Hbie KOHTaKTHbie VCTpOHCTBa 0paropeKTJ^HKaiiHOHHbix vcTaHOBOK. M.: JlerKaii h numeBaji npoM., 1983.

3. Karanor. MaiHHHbi, o6opynoBaHne, npnčopbi h cpencTBa aBTOMaTH3anHH jum nepepa6aTbiBaioiuHX oTpacnen ΑΠΚ. t.2, 4.6 10 HpoacKeBaa, cnnpTOBan n πηκβροΒΟΑοηηυι npoMbīnLneHHocTb. M.: Πρ0Η3Β0Αί·ΤΒβΗΗ0 - H3flaren bCKnn κομ6ηηητ Arpo ΗΙίΙΊΤ3Ι-ίΙ-ΪΤ0., 1990.

Claims (4)

1. Izgudrojuma formula

   1. Masas un siltuma apmaiņas iekārta, kurā ietilpst kontaktori rikas komplektēti pa vertikāli, šķidruma pārteces caurules 2, siltummaiņi 3 siltuma pievadīšanai un siltummaiņi 4 siltuma novadīšanai, kas atšķiras ar to, ka izmantoti horizontāli virpuļkontaktori, kas sastāv no horizontāla cauruļveida tuneļa, kuram ir plūdlīniju formu šķērsgriezums un vaļējs sāns, tangenciāla garensprausla, ko izveido tuneļa apakšējā sieniņa pārī ar profilētu plāksni, kas vienlaicīgi norobežo šķidro fāzi no gāzveida fāzes, un pārkares, ko veido tuneļa augšējā sieniņa.
2. 2. Iekārta pēc p.1, kas atšķiras ar to, ka veidojot iekārtu, horizontālos virpuļkontaktorus komplektē, novietojot tos blakus vienu otram slīpi vai horizontāli.
3. 3. Iekārta pēc p.1, kas atšķiras ar to, ka šķidruma plūsmas pārvadīšanai no kāda kontaktora uz citu kontaktoru pielieto pagarinātas pārteces caurules, kas savieno nevis blakusesošos, bet gan savstarpēji tālāk izvietotus kontaktorus.
4. 4. Iekārta pēc p.1, kas atšķiras ai to, ka siltummaiņu siltuma apmaiņas virsmas siltuma pievadīšanai un siltuma novadīšanai ir sadalītas vairākās daļās un ievietotas tieši kontaktoros.