RU2065555C1 - Теплообменная установка - Google Patents

Теплообменная установка Download PDF

Info

Publication number
RU2065555C1
RU2065555C1 SU884356775A SU4356775A RU2065555C1 RU 2065555 C1 RU2065555 C1 RU 2065555C1 SU 884356775 A SU884356775 A SU 884356775A SU 4356775 A SU4356775 A SU 4356775A RU 2065555 C1 RU2065555 C1 RU 2065555C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipes
rows
tube bundle
tube
housing
Prior art date
Application number
SU884356775A
Other languages
English (en)
Inventor
Рэй Хант Гарольд
Original Assignee
Филлипс Петролеум Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Филлипс Петролеум Компани filed Critical Филлипс Петролеум Компани
Application granted granted Critical
Publication of RU2065555C1 publication Critical patent/RU2065555C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F28F13/125Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/24Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes inside the vessel
    • 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
    • F28D7/10Heat-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 arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12Heat-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 arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0132Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by slats, tie-rods, articulated or expandable rods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00Heat exchange
    • Y10S165/318Heat exchange with driven agitator
    • Y10S165/32Fully rotary agitator
    • Y10S165/325Blade sections mounted along rotating shaft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00Heat exchange
    • Y10S165/355Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
    • Y10S165/40Shell enclosed conduit assembly
    • Y10S165/401Shell enclosed conduit assembly including tube support or shell-side flow director
    • Y10S165/416Extending transverse of shell, e.g. fin, baffle
    • Y10S165/423Bar
    • Y10S165/425Bar having ends connected to ring element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Load-Engaging Elements For Cranes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Fixing For Electrophotography (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: повышение эффективности крепления параллельных труб в трубном пучке и теплообмена в резервуаре с перемешиваемой средой обеспечивается тем, что в теплообменной установке, содержащей трубный пучок 20 из вертикальных труб 10, установленных параллельными рядами 22 с образованием в трубном пучке 20 проходов 24, 26, 28 и 30, и два набора опорных средств, разнесенных друг от друга по высоте пучка 20, последние выполнены в виде стержней 34, закрепленных в бандажах 32. При этом проходы 28 расположены под углом (+α) рядов 22 труб 10, проходы 30 - под углом (-α) , проходы 26 - под (+β), проходы 24 - по углoм (-β), где a 10-26 град., b 40-80 град. и b > α. Стержни 34 размещены в проходах 28 и 30. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для крепления большого числа труб в теплообменной установке с перемешиваемой средой.
Теплообмен требуется для многих реакций химического превращения как для удаления тепла реакции, так и для обеспечения теплом, необходимым для поддержания требуемого химического превращения. Трубные пучки, т.е. пучки из параллельных труб, являются эффективными средствами, обеспечивающими взаимодействие большой поверхности теплообмена с реакционной жидкостью. Проблема, существующая с трубными пучками, заключается в необходимости обеспечивать надлежащую опору для индивидуальных труб с тем, чтобы трубы сохраняли свою конструкционную целостность перед лицом действующих больших перемешивающих и вибрационных усилий, а также температурных напряжений. Такие усилия особенно воздействуют на индивидуальные трубы трубного пучка, в которых жидкость, проходящая через теплообменную поверхность, направлена большей частью перпендикулярно к длине труб. Поэтому существует постоянная необходимость в создании соответствующих средств для поддержания индивидуальных труб трубного пучка, подверженных воздействию больших напряжений в процессе работы, например, как это имеет место в резервуаре с перемешиваемой средой.
Известна теплообменная установка, содержащая множество параллельных теплообменных труб, образующих трубный пучок с продольной осью и установленных в нем в виде множества параллельных рядов с образованием между трубами первого, второго, третьего и четвертого множества равномерных прямолинейных проходов, направленных в каждом из множества под заданным углом относительно рядов труб, и два набора опорных средств, разнесенных друг от друга вдоль продольной оси трубного пучка (1).
Недостатками известной теплообменной установки являются достаточно низкая надежность опорных средств, поддерживающих трубы в трубном пучке, и невысокая эффективность теплообмена при использовании перемешиваемой межтрубной среды.
Целью настоящего изобретения является создание эффективных Опорных средств для поддержания индивидуальных параллельных труб в трубном пучке.
Другой целью настоящего изобретения является создание резервуара с перемешиваемой средой, имеющего высокоэффективные средства теплообмена.
Поставленная цель достигается тем, что в теплообменной установке, содержащей множество параллельных теплообменных труб, образующих трубный пучок с продольной осью и установленных в нем в виде множества параллельных рядов с образованием между трубами первого, второго, третьего и четвертого множества равномерных и прямолинейных проходов, направленных в каждом из множеств под заданным углом относительно рядов труб, и два набора опорных средств, разнесенных друг от друга вдоль продольной оси трубного пучка, проходы первого, второго, третьего и четвертого множеств расположены относительно рядов труб соответственно под углами (+α) (-α),, (+β) и -β, где α = 10-60°, β = 40-80° и β > α При этом трубный пучок снабжен первым и вторым бандажами, охватывающими его снаружи, а опорные средства каждого набора выполнены в виде множества стержней, закрепленных в бандажах и размещенных в первом и втором множествах проходов, причем каждый стержень имеет диаметр, достаточный для контактирования с трубами, определяющими пределы каждого соответствующего прохода, а каждая труба установлена с примыканием, по крайней мере, к одному стержню из каждого набора.
В предпочтительном варианте исполнения трубы соседних рядов расположены на расстоянии между их центрами, по крайней мере, равном их удвоенному наружному диаметру.
Трубы соседних рядов и соседние трубы в каждом ряду могут быть расположены на расстояниях между их центрами, равных соответственно от 2D до 4D и от 1,5D до 2,5D, где D наружный диаметр трубы, причем первое расстояние больше второго.
При этом установка может быть снабжена стяжками, соединяющими бандажи и расположенными по винтовой траектории вокруг периферийных труб пучка.
Каждый стержень может иметь диаметр в пределах 0,5D-D, где D наружный диаметр трубы.
Установка в предпочтительном варианте снабжена корпусом, окружающим трубный пучок и который имеет продольную ось, расположенную параллельно оси трубного пучка и на расстоянии от нее, а трубный пучок установлен в корпусе между продольной осью и внутренней поверхностью последнего.
Корпус имеет, преимущественно, цилиндрическую внутреннюю поверхность, ряды труб расположены вдоль хорд по поперечному сечению корпуса, а внутренний диаметр последнего составляет, по крайней мере, 2,5 длины рядов труб.
Установка может быть снабжена множеством дополнительных трубных пучков, размещенных по окружности вдоль внутренней поверхности корпуса, и мешалкой для поперечного направления потока жидкости через трубные пучки, закрепленной вдоль оси корпуса, причем внутренний диаметр последнего в 2,5-5 раз больше длины рядов труб.
При этом каждый трубный пучок образован на 2-20 и, в частности, из 3-10 рядов труб.
Кроме того, установка может быть снабжена первой и второй распорками, размещенными поперечно рядам труб и соединяющими первый и второй бандажи с преимущественно цилиндрической внутренней поверхностью корпуса.
Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 продольное сечение трубного пучка, воплощающего ряд особенностей настоящего изобретения; фиг.2 и 3 виды в поперечном сечении устройства, представленного на фиг.1, если смотреть в направлении стрелок; фиг. 4 поперечное сечение части трубного пучка, если смотреть в направлении стрелок на фиг.1; фиг.5 иллюстрированное изображение части установки, представленной на фиг.1; фиг.6 иллюстрированное изображение с частичным сечением устройства, часть деталей которого не показана, отражающее ряд особенностей настоящего изобретения, которые будут использоваться в данном предпочтительном варианте.
На фиг.1 показано множество параллельных труб 10, образующих трубный пучок 20, имеющий продольную ось, параллельную трубам 10. Как показано на фиг. 2 и 3, трубы 10 образуют множество параллельных трубных рядов 22. Равномерные прямолинейные проходы 24, 26, 28 и 30 образованы в трубном пучке под углом к трубным рядам 22. Трубы установлены так, что в трубном пучке 20 образуется первое множество проходов 28 под углом порядка (+α) относительно направления трубных рядов 22 и второе множество проходов 30 под углом (-α) относительно направления трубных рядов 22. Имеется также третье множество проходов 26, идущих под углом (+β) относительно трубных рядов 22, и четвертое множество проходов 24, идущих под углом (-β) относительно того же направления. Угол α колеблется в диапазоне от 10o до 60o, а угол b в диапазоне от 40o до 80o, причем угол b больше, чем угол a.
В соответствии с конструкцией настоящего изобретения трубы пучка поддерживается стержневыми перегородками, которые состоят из бандажа или кольца и множества стержней, прикрепленных к нему. Как показано на фиг.2, первый бандаж 32 охватывает наружную часть трубного пучка 20. Первое множество стержней 34 крепится к первому бандажу 32 и располагается в первом множестве проходов 28. Стрежни 34 первого множества стержней имеют достаточный диаметр, чтобы контактировать с трубами 10, определяющими границы каждого прохода 28 из первого их множества, и каждая труба 10 из трубного пучка 20 контактирует, по крайней мере, с одним стрежнем 34 из первого их множества. Как показано на фиг.3, второй бандаж 36 удален в продольном направлении от первого бандажа 32 относительно продольной оси трубного пучка 20 (см. фиг.1) и охватывает наружные границы этого пучка. Второе множество стержней 38 крепится ко второму бандажу 36 и располагается во втором множестве проходов 30. Каждый стержень 38 второго множества стержней 38 также имеет достаточный диаметр, чтобы контактировать с трубами 10, образующими границы каждого прохода из второго множества проходов 30. Каждая труба 10 пучка 20 контактирует, по крайней мере, с одним стержнем 38 из второго множества этих стержней.
При практическом воплощении настоящего изобретения предпочтительно, чтобы в трубном пучке 20 не было бы стержней, проходящих вдоль третьего множества проходов 24 и четвертого множества проходов 26. За счет установки дополнительных стержней, располагающихся под углом, близким к 90o, относительно друг друга, достигается усиление конструктивной жесткости трубного пучка. Таким образом, предпочтительно, чтобы угол между первым и вторым множеством проходов, в которых располагаются стержни, колебался от 60o до 120o.
Расстояние между трубами может выражаться через наружный диаметр D труб 10 пучка 20. Вообще же расстояние, по крайней мере, в 2D будет разделять трубные ряды 22 при измерении от центра до центра труб 10. Обычно расстояние между соседними трубными рядами 22 будет колебаться в пределах от 2D до 4D. Соседние трубы одного ряда обычно располагаются на расстоянии порядка от 1,5D до 2,5D при замере от центра до центра трубы. Расстояние, разделяющее трубные ряды 22, будет в основном больше, чем расстояние, разделяющее соседние трубы 10 в одном ряду. Кроме того, при создании трубного пучка настоящего изобретения предпочтительно, чтобы трубы укладывались с треугольным шагом с тем, чтобы жидкость, протекающая поперек через трубный пучок, направлялась через трубы, а не через проходы, что привело бы к худшему теплообмену.
Как показано на фиг. 1, каждый ряд 22 труб 10 соединен с впускным 3 и выпускным 7 коллекторами. Впускной коллектор 3 может располагаться под противоположным концом трубных рядов 22, чем выпускной коллектор 7, если это требуется, например, для очистки. Впускной патрубок 1 для жидкости проходит через боковую стенку 40 резервуара для обеспечения подачи жидкости во впускной коллектор 3. Выпускной патрубок 1 проходит через стенку 40 резервуаpа и служит для удаления жидкости, находящейся в выпускном коллекторе 7, т.е. из резервуара. Стояки 42 соединяют впускной коллектор 3 с коллектором 5 разветвленных труб, на котором устанавливается ряд 22 из труб 10. Стояк 44 соединяет коллектор 5 с впускным коллектором 7.
Как показано на фиг.4, перегородка 46 делит коллектор 5 разветвленных труб на впускную 48 и выпускную 50 камеры. Стояк 42 соединяет впускную камеру 48 с впускным коллектором 3. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения каждая из труб 10 содержит байонетный трубный узел 52, который крепится к коллектору 5 разветвленных труб. Трубный узел 52 содержит первую внутреннюю трубу 54 (байонетную) и вторую наружную трубу 56 (оболочковую), концентрично установленную вокруг внутренней трубы 54. Первый конец внутренней трубы 54 проходит через перегородку 46. Второй конец 58 внутренней трубы 54 располагается на расстоянии от конечной крышки 60 наружной трубы 56. Наружная труба 56 соединена с отверстием в боковой стенке коллектора 5 разветвленных труб, тем самым образуя траекторию потока от впускной камеры 48 через внутреннюю трубу 54 ко второму концу байонетного трубного узла 52 и от второго конца байонетной трубы через канал 62, образованный между внутренней трубой 54 и наружной трубой 56, в выпускную камеру 50 коллектора 5. Из выпускной камеры 50 жидкость по стояку 44 поступает в выпускной коллектор 7 и удаляется из установки через патрубок 11.
Трубный пучок настоящего изобретения предпочтительно используется для процесса, включающего теплообмен с жидкостью, перемешиваемой в резервуаре. Жидкость в этом случае проходит через трубный пучок и направляется между трубами в параллельных рядах параллельных труб. Перемешивание осуществляется предпочтительно с помощью мешалки 64, установленной на оси корпуса 66 (см. фиг. 6). Множество трубных пучков предпочтительно устанавливается вокруг внутренней поверхности корпуса между его продольной осью и внутренней поверхностью. Трубные ряды 22 предпочтительно укладываются вдоль хорд, проходящих через в основном цилиндрическую часть боковой стенки резервуара. В основном от 2 до 20 рядов труб образуют каждый трубный пучок, а трубы в соседних рядах смещены так, что они укладываются с треугольным шагом. Предпочтительно, каждый трубный пучок состоит из 3-10 рядов труб. Индивидуальные трубы снабжены радиальными опорами из двух стержневых перегородок, как будет описано ниже, каждая из которых содержит достаточное количество стержней, чтобы каждая труба в трубном пучке поддерживалась с двух сторон с помощью каждой стержневой перегородки и две стержневые перегородки вместе поддерживают все четыре стороны каждой трубы, тем самым обеспечивая радиальную опору.
В предпочтительной конструкции настоящего изобретения первая распорка 70 располагается поперек трубному пучку 20 относительно рядов 22 труб 10 и соединяет первый бандаж 32 с внутренней поверхностью корпуса 40 (см. фиг.2). Вторая распорка 72 аналогично проходит от трубного пучка 20 поперек трубных рядов 2 и соединяет второй бандаж 36 с внутренней поверхностью корпуса 40 (см. фиг.3). Дополнительные распорки 74 и/или 75 соединяют, по крайней мере, один из бандажей 32 или 36 с внутренней поверхностью корпуса. Распорки 74 и 75 располагаются от пучка 20 в основном параллельно направлению трубных рядов 22. Для придания большей жесткости трубному пучку 20 может предусматриваться большое число стяжек 78, соединяющих первый 32 и второй 36 бандажи. В предпочтительной конструкции стяжки 78 располагаются по винтовой траектории, проходящей вокруг периферийных труб пучка, придавая тем самым пучку большую сопротивляемость к скручиванию.
Когда трубный пучок должен использоваться в бродильне для производства дрожжей или бактерий, желательно, чтобы конструкция была достаточно открытой для обеспечения тщательной очистки между рядами. Таким образом, желательным является широкое пространство между индивидуальными трубами трубного пучка. Для поддержания широко расположенных труб требуются опорные стержни относительно большого размера. Кроме того, желательно также располагать стержни под косыми углами в трубном пучке, в результате чего повышенный диаметр стержня, обусловленный большим расстоянием между трубными рядами, сводится до минимума. Таким образом, там, где расстояние между соседними трубами одного ряда составляет от 1,5D до 2,5D, где D наружный диаметр трубы, то расстояние между соседними рядами труб составляет от 2D до 4D, а диаметр стержня колеблется в диапазоне от 0,5D до D.
На фиг.6 представлена предпочтительная конструкция настоящего изобретения применительно к бродильне.
Как показано на фиг.6, резервуар 160 снабжен валом 130, который вращается с помощью приводных средств 139. На валу 130 закреплены две крыльчатки 156 и 158. Последние состоят из дисков 152 и 154 соответственно, на которых закреплено большое число лопаток 151 и 153 соответственно. Для специалиста будет понятно, что может использоваться большое число крыльчаток в зависимости от высоты и ширины резервуара и размеров теплообменных средств и т.п. Как показано на фиг.6, предпочтительно, чтобы самая нижняя крыльчатка располагалась в непосредственной близости от разбрызгивателя 149 с целью облегчения передачи кислорода в бродильную жидкость. Под выражением "в непосредственной близости" подразумевается, что самая нижняя крыльчатка и разбрызгиватель располагаются на расстоянии друг от друга, составляющем от 1/3 до 1/10 диаметра крыльчатки.
Дополнительные крыльчатки могут устанавливаться в различных положениях на валу 130. Для облегчения монтажа большого числа крыльчаток на перемешивающем валу 130, крыльчатки равномерно располагаются вдоль вала, при этом самая верхняя крыльчатка размещается на высоте, составляющей 60% высоты резервуара, как показано на фиг.6 для крыльчатки 158.
Основные размеры резервуара 160 предпочтительно выбираются такими, чтобы соотношение длины к диаметру колебалось в диапазоне от 0,1 до 10:1. Предпочтительно соотношение длины к диаметру находится в диапазоне около 0,3 до 5: 1, при этом наиболее предпочтительным является соотношение длины к диаметру около 1 до 4:1 для бродильного режима.
Теплообменная установка работает следующим образом.
Теплообменная среда подается в параллельные трубы 140 через впускные средства 142, как показано на фиг.6. Теплообменная среда, проходя через впуск 142, распределяется через трубу 171 в коллекторы 172 и в трубы 140. После прохождения теплообменной среды через трубу 140, она собирается из коллектора 172 по трубе 173 и удаляется через впускные средства 144. В резервуаре настоящего изобретения используются, по крайней мере, два экрана, каждый из которых содержит первые впускные и первые выпускные средства (обозначенные соответственно 142 и 144) и параллельные трубы 140. Как показано на фиг.6, каждый экран содержит пучок из параллельных трубных рядов. Трубы 140 в каждом экране обычно составляют 25-90% длины прямолинейной части резервуара, не включая куполообразные головки.
В зависимости от размера трубных пучков, числа труб в пучке и т.п. может применяться различное число трубных пучков. Может применяться до 30 пучков на резервуар, однако предпочтительным является от 4 до 24 пучков на резервуар.
В качестве одной из альтернатив, трубные пучки могут собираться в штабели, состоящие из большого числа пучков, каждый из которых короче, чем общая длина собранных трубных пучков в бродильном резервуаре. Благодаря сборке пучков в штабельные ряды из коротких сегментов с общей длиной, равной 25-90% от общей длины прямолинейной части резервуара, обеспечивается возможность использования более коротких труб, которые более стойкие к вибрациям и тепловым напряжениям во время процесса превращения, проходящего в резервуаре. До 10 трубных пучков, которые занимают в общей сложности 25-90% прямолинейной длины бродильного резервуара, могут штабелироваться для обеспечения требуемых теплоемкости и охлаждения.
Лопатки 151 могут устанавливаться на диске 152 различным образом, например, лопатки 151 устанавливаются перпендикулярно плоскости диска и на радиальной проекции вертикальной оси диска, или же лопатки 151 могут устанавливаться на диске 152 под некоторым углом к оси диска. Кроме того, могут применяться конструкции крыльчаток, отличные от представленной здесь, например, могут использоваться крыльчатки осевого потока винты типа морских гребных винтов и т.д.
Верхний предел диаметра крыльчатки определяется внутренним диаметром трубных пучков, образующих теплообменные средства для бродильни. Диаметр крыльчатки, который приближается к верхнему пределу, будет обеспечивать максимальное число перемешиваний на крыльчатку. Предпочтительно, чтобы диаметр крыльчатки был не меньше 10% от общего внутреннего диаметра резервуара, и обычно он не превышает 50% от общего внутреннего диаметра резервуара. Предпочтительно диаметр крыльчатки составляет 25-35% от общего внутреннего диаметра резервуара.
Как показано на фиг.6, бродильный резервуар 160 снабжен также первыми впускными 146 и вторыми выпускными 147 средствами, а также впускными средствами 145 для газа. Хотя резервуар 160 показан с двумя впускными средствами 146 и 147, все подаваемое в бродильню может вводиться через одни впускные средства или через большое число впускных средств, при этом различные подаваемые компоненты вводятся раздельно. Например, для многих бродильных процессов желательно вводить питательную среду, углерод и источник энергии в виде раздельно подаваемых потоков, в результате чего резервуар показан на фиг. 6 как предпочтительная конструкция настоящего изобретения, снабженная двумя раздельными впускными средствами 146 и 147. Хотя впускные средства 146 и 147 показаны снабженными одним выпускным отверстием каждое, однако более диспергированный ввод подачи может достигаться при использовании впускных средств, снабженных большим числом выпускных отверстий. Кроме того, впускные отверстия обычно выполняются в различных местах вокруг бродильного резервуара, чаще всего их размещение диктуется технической выгодностью.
Впускные средства 145 используются для подачи в бродильный резервуар кислорода и необязательно источника азота. Газ, подаваемый через впускные средства, 145, поступает в бродильный резервуар через разбрызгиватель 149. Последний располагается симметрично в бродильном резервуаре относительно его продольной оси и на его боковой поверхности выполнено большое число отверстий. Диаметр разбрызгивателя предпочтительно не превышает диаметр самой нижней крыльчатки, под которой в непосредственной близости от нее располагается лицевая сторона разбрызгивателя.
Способ введения газа, плюс установка крыльчатки 156 в непосредственной близости от разбрызгивателя 149, а также положение трубных пучков, все это обеспечивает высокий уровень передачи кислорода, обеспечиваемый бродильной установкой настоящего изобретения. Бродильный резервуар настоящего изобретения обеспечивает скорость массообмена кислорода порядка 300 ммоль/O2/o/ ч. Кроме того, бродильный резервуар настоящего изобретения обладает достаточной теплоотводящей способностью, чтобы отводить большое количество тепла, выделяющегося при брожении как результат высокого содержания кислорода, который становится доступным для бродильного бульона. Таким образом, с помощью бродильной установки, выполненной в соответствии с настоящим изобретениям, обеспечивается отвод тепла порядка 36 ккал/л/ч.
Бродильный резервуар 160 снабжен также средствами для удаления бродила, т. е. отверстием 148. Когда процесс брожения осуществляется непрерывно, то непрерывное или периодическое удаление бродила может осуществляться через отверстие 148, тогда как подача свежей питательной среды производится через впускные средства 146, 147 и 145.
Бродильный резервуар 160 предпочтительно снабжается также, по крайней мере, одними средствами для дегазирующей пены, например, пеноразрушителем, или из узла элементов 162, 164 и 166, показанных на фиг.6. Конусы 162 установлены на валу 164, который вращается с помощью приводных средств 166. Взаимодействие пенистого фермента с вращающимися конусами 162 приводит к разрушению пены и вынуждает жидкость возвращаться обратно в основную часть бродильного резервуара, а высвободившийся из пены газ удаляется из бродильни через магистраль 168. Несмотря на то, что, по крайней мере, один пеноразрушитель используется в бродильном резервуаре настоящего изобретения, достаточная пеноразрушающая производительность для обработки количества пены, отличающееся от данного бродильного процесса, может обеспечиваться соответствующим числом пеноразрушителей, установленных вокруг куполообразной части бродильного резервуара.
Водный аэробный процесс брожения требует молекулярного кислорода, который обеспечивается с помощью содержащего молекулярный кислород газа, как то воздуха, богатого кислородом воздуха, или даже по существу чистым молекулярным кислородом с тем, чтобы поддержать фермент при кислородном парциальном давлении, которое является эффективным в обеспечении роста видов микроорганизмов или в биохимически превращающейся подложки. За счет использования насыщенной кислородом углеводородной подложки, требования к общему количеству кислорода для роста или превращения подложки из микроорганизма может быть уменьшено, если используется парафин.
Давление, использующееся на этапе микробного брожения, может колебаться в широком диапазоне. Обычно давления колеблются в диапазоне от 0 до 10,55 кг/см2, в данном случае, предпочтительно от 0 до 4,22 кг/см2, но более предпочтительно от 2,46 до 2,81 кг/cм2, что касается равновесия оборудования и производственных затрат от достигаемой кислородной растворимости. Давления, большие, чем атмосферные, являются предпочтительными в том плане, что такие давления способствуют увеличению концентрации растворенного кислорода в водяном ферменте, который в свою очередь помогает увеличению скоростей клеточного роста. Одновременно это является противовесом в том плане, что большие давления увеличивают стоимость оборудования и эксплуатационные расходы. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Claims (10)

1. Теплообменная установка, содержащая множество параллельных теплообменных труб, образующих трубный пучок с продольной осью и установленных в нем в виде множества параллельных рядов с образованием между трубами первого, второго, третьего и четвертого множеств равномерных и прямолинейных проходов, направленных в каждом из множеств под заданным углом относительно рядов труб, и два набора опорных средств, разнесенных друг от друга вдоль продольной оси трубного пучка, отличающаяся тем, что проходы первого, второго, третьего и четвертого множеств расположены относительно рядов труб соответственно под углами (+α),(-α),(+β) и (-β), где α 10-60°, b 40-80° и b>α, при этом трубный пучок снабжен первым и вторым бандажами, охватывающими его снаружи, а опорные средства каждого набора выполнены в виде множества стержней, закрепленных в бандажах и размещенных в первом и втором множествах проходов, причем каждый стержень имеет диаметр, достаточный для контактирования с трубами, определяющими пределы каждого соответствующего прохода, а каждая труба установлена с примыканием по крайней мере к одному стержню из каждого набора.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что трубы соседних рядов расположены на расстоянии между их центрами по крайней мере равном их удвоенному наружному диаметру.
3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что трубы соседних рядов и соседние трубы в каждом ряду расположены на расстояниях между их центрами, равных соответственно от 2 D до 4 D и от 1,5 D до 2,5 D, где D наружный диаметр трубы, причем первое расстояние больше второго.
4. Установка по пп. 1-3, отличающаяся тем, что она снабжена стяжками, соединяющими бандажи и расположенными по винтовой траектории вокруг периферийных труб пучка.
5. Установка по пп. 1-4, отличающаяся тем, что каждый стержень имеет диаметр в пределах 0,5 D D, где D наружный диаметр труб.
6. Установка по пп. 1-5, отличающаяся тем, что она снабжена корпусом, окружающим трубный пучок, причем корпус имеет продольную ось, расположенную параллельно оси трубного пучка и на расстоянии от нее, а трубный пучок установлен в корпусе между продольной осью и внутренней поверхностью последнего.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что корпус имеет преимущественно цилиндрическую внутреннюю поверхность, ряды труб расположены вдоль хорд по поперечному сечению полости корпуса, а внутренний диаметр последнего составляет по крайней мере 2,5 длины рядов труб.
8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она снабжена множеством дополнительных трубных пучков, размещенных по окружности вдоль внутренней поверхности корпуса, и мешалкой для поперечного направления потока жидкости через трубные пучки, закрепленной вдоль оси корпуса, причем внутренний диаметр последнего в 2,5 5 раз больше длины рядов труб.
9. Установка по пп.1-8, отличающаяся тем, что каждый трубный пучок образован из 2 20 и, в частности, из 3 10 рядов труб.
10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена первой и второй распорками, размещенными поперечно рядам труб и соединяющими первый и второй бандажи с преимущественно цилиндрической внутренней поверхностью корпуса.
SU884356775A 1987-11-09 1988-11-04 Теплообменная установка RU2065555C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US118822 1987-11-09
US07/118,822 US4823866A (en) 1987-11-09 1987-11-09 Tube support for heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2065555C1 true RU2065555C1 (ru) 1996-08-20

Family

ID=22380949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884356775A RU2065555C1 (ru) 1987-11-09 1988-11-04 Теплообменная установка

Country Status (15)

Country Link
US (2) US4823866A (ru)
EP (1) EP0315928B1 (ru)
JP (1) JP2682676B2 (ru)
AT (1) ATE86381T1 (ru)
AU (1) AU593430B2 (ru)
CA (1) CA1290632C (ru)
CZ (1) CZ287638B6 (ru)
DD (1) DD297871A5 (ru)
DE (1) DE3878834T2 (ru)
DK (1) DK170239B1 (ru)
ES (1) ES2038271T3 (ru)
HU (1) HU210597B (ru)
NO (1) NO170602C (ru)
RU (1) RU2065555C1 (ru)
SK (1) SK280794B6 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209000U1 (ru) * 2021-10-13 2022-01-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» Поперечно обтекаемый пучок из труб, представляющих в сечении трилистник, для теплообменников

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5050669A (en) * 1990-09-26 1991-09-24 York International Corporation Tube support
GB0106308D0 (en) * 2001-03-14 2001-05-02 Kvaerner Process Tech Ltd Apparatus
KR100409243B1 (ko) * 2001-05-23 2003-12-18 한국원자력연구소 원자력발전소 증기발생기의 대각선형 전열관 지지격자판
US20090242181A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Exxonmobil Research And Engineering Company Law Department Reduced vibration tube bundle support device
EP2409104B1 (en) * 2009-03-17 2015-11-11 Dow Global Technologies LLC Method of heat exchange
US20100303684A1 (en) * 2009-05-04 2010-12-02 Kelvin John Hendrie Reactor comprising cooling modules
WO2015048013A1 (en) * 2013-09-24 2015-04-02 Zoneflow Reactor Technologies, LLC Heat exchanger
US11287196B2 (en) * 2019-05-31 2022-03-29 Lummus Technology Llc Helically baffled heat exchanger

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB422571A (en) * 1933-07-12 1935-01-14 Edward John Howlett Improvements relating to multitubular heat exchangers for heating and/or cooling water or other fluids
US2573161A (en) * 1947-12-12 1951-10-30 Trane Co Heat exchanger
US2764476A (en) * 1952-04-03 1956-09-25 Frick Company Inc Reaction tank and thermo-regulator system
US2973944A (en) * 1955-02-10 1961-03-07 Frick Co Heat transfer apparatus
FR1401292A (fr) * 1964-04-20 1965-06-04 Grenobloise Etude Appl Perfectionnements aux échangeurs de chaleur à écoulement axial
US3708142A (en) * 1971-01-11 1973-01-02 Phillips Petroleum Co Tube supports
JPS5023773U (ru) * 1973-03-28 1975-03-17
ES440412A1 (es) * 1974-08-29 1977-07-01 Hoechst Ag Reactor para polimerizaciones, con refrigerador de tubos de aletas y mezclador axial.
US4136736A (en) * 1976-04-29 1979-01-30 Phillips Petroleum Company Baffle
CA1067483A (en) * 1976-04-29 1979-12-04 Phillips Petroleum Company Baffle
US4127165A (en) * 1976-07-06 1978-11-28 Phillips Petroleum Company Angular rod baffle
JPS5421579A (en) * 1977-07-20 1979-02-17 Fuji Electric Co Ltd Restriking voltage waveeform adjusting circuit
FR2430588A1 (fr) * 1978-07-06 1980-02-01 Sulzer Ag Faisceau de tubes a structure helicoidale muni d'un dispositif antivibratoire, pour echangeurs thermiques
US4413394A (en) * 1979-11-29 1983-11-08 Phillips Petroleum Company Method of constructing a tube bundle
US4311187A (en) * 1979-11-29 1982-01-19 Phillips Petroleum Company Vortex generators
US4398595A (en) * 1979-11-29 1983-08-16 Phillips Petroleum Company Vortex generators
US4490896A (en) * 1980-04-28 1985-01-01 Phillips Petroleum Company Baffle
US4429739A (en) * 1980-08-29 1984-02-07 Phillips Petroleum Company Heat exchanger
US4697637A (en) * 1981-12-02 1987-10-06 Phillips Petroleum Company Tube support and flow director
US4595161A (en) * 1983-06-01 1986-06-17 Williams George J Tube bundle support
US4637455A (en) * 1984-09-28 1987-01-20 Combustion Engineering, Inc. Support rack for tubes immersed in a fluidized bed
DE3528499C1 (de) * 1985-08-08 1987-03-12 Konvekta Gmbh Waermetauscher-Einrichtung mit Waermetauscher-Rohren und blechfoermigen Lamellen
US4670397A (en) * 1986-02-05 1987-06-02 Phillips Petroleum Company Fermentation apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 4025143, кл. F 28 F 13/12, 1977. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209000U1 (ru) * 2021-10-13 2022-01-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» Поперечно обтекаемый пучок из труб, представляющих в сечении трилистник, для теплообменников

Also Published As

Publication number Publication date
DE3878834T2 (de) 1993-06-09
SK734488A3 (en) 2000-07-11
JP2682676B2 (ja) 1997-11-26
ATE86381T1 (de) 1993-03-15
DK622388D0 (da) 1988-11-08
DD297871A5 (de) 1992-01-23
NO884997D0 (no) 1988-11-09
HUT51758A (en) 1990-05-28
SK280794B6 (sk) 2000-07-11
CZ734488A3 (cs) 1999-07-14
JPH01159592A (ja) 1989-06-22
EP0315928B1 (en) 1993-03-03
DE3878834D1 (de) 1993-04-08
NO170602B (no) 1992-07-27
AU593430B2 (en) 1990-02-08
CA1290632C (en) 1991-10-15
EP0315928A3 (en) 1989-07-19
AU2436488A (en) 1989-06-08
CZ287638B6 (cs) 2001-01-17
DK622388A (da) 1989-05-10
EP0315928A2 (en) 1989-05-17
HU210597B (en) 1995-05-29
NO884997L (no) 1989-05-10
US4871016A (en) 1989-10-03
NO170602C (no) 1992-11-04
US4823866A (en) 1989-04-25
ES2038271T3 (es) 1993-07-16
DK170239B1 (da) 1995-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2011944C1 (ru) Теплообменная установка и способ ее работы
RU2065555C1 (ru) Теплообменная установка
CS217968B2 (en) Reactor for oxydation of the alkylaromate in the liquid phase under utilization of tha gs containing the oxygen
CA1179790A (en) Integral flow circulator for fluid bed reactor
CN102413916A (zh) 等温管式反应器
FI104470B (fi) Reaktori
US7273593B2 (en) Reactor having a heat exchange medium circulation
CN109482129A (zh) 一种多线串行反应系统
CN1078247C (zh) 一种带有折流元件的生物反应器
DK168895B1 (da) Varmevekslingsapparat samt anvendelse af et sådant apparat i en fermenteringsproces.
SU1440911A1 (ru) Дрожжерастильный аппарат
JPS6254052B2 (ru)
SU908792A1 (ru) Устройство дл аэрации и перемешивани жидкости в ферментерах
SU1500665A1 (ru) Аппарат для выращивания микро· организмов £5/)
SU729239A1 (ru) Установка дл выращивани микроорганизмов
SU1541247A1 (ru) Аппарат дл выращивани микроорганизмов
CN116139800A (zh) 一种中心推进式多相环流反应器
SU1726505A1 (ru) Аппарат дл выращивани микроорганизмов
SU654678A1 (ru) Аппарат дл выращивани микроорганизмов
JPS6279773A (ja) 気泡塔