RU2457415C2 - Heat exchange unit - Google Patents
Heat exchange unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457415C2 RU2457415C2 RU2009149767/06A RU2009149767A RU2457415C2 RU 2457415 C2 RU2457415 C2 RU 2457415C2 RU 2009149767/06 A RU2009149767/06 A RU 2009149767/06A RU 2009149767 A RU2009149767 A RU 2009149767A RU 2457415 C2 RU2457415 C2 RU 2457415C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- axis
- pipe
- heat
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
втИзобретение относится к теплоэнергетике, к теплообменной аппаратуре и может быть применено в энергетической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, при осуществлении гетерогенно-каталитического окисления, дегидрирования и других процессов.The invention relates to a power system, to a heat exchange apparatus, and can be applied in the energy, chemical, petrochemical, and other industries, when carrying out heterogeneous catalytic oxidation, dehydrogenation, and other processes.
Известен кожухотрубный теплообменный аппарат, содержащий кожух цилиндрической формы, трубы с трубными решетками, поперечные решетки и перегородки винтообразной формы в межтрубном пространстве, днища и патрубки входа и выхода потоков, (авт.свид. СССР №345336, МПК F28D 7/16, опубл. 1970 г.). Теплообменник сложный в изготовлении и обладает большой металлоемкостью.Known shell-and-tube heat exchanger containing a casing of cylindrical shape, pipes with tube sheets, transverse lattices and screw-shaped partitions in the annulus, bottoms and nozzles of the inlet and outlet of flows, (autosv. USSR No. 345336, IPC F28D 7/16, publ. 1970). The heat exchanger is difficult to manufacture and has a large metal consumption.
Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий винтообразно закрученные теплообменные трубы овального профиля. При циркуляции теплообменивающихся сред в трубах и в межтрубном пространстве поддерживаются закрученные потоки посредством закрученной конструкции труб (а.с. СССР №840662, МПК F28D 7/00, F28F 1/06, опубл. 1979 г.). Данный теплообменник может быть использован в ограниченных случаях, так как при больших скоростях потоков возможно усиление вибрации, ремонт и очистка труб достаточно проблематичны.Known shell-and-tube heat exchanger containing helically twisted oval-shaped heat transfer tubes. During the circulation of heat-exchanging media in pipes and in the annular space, swirl flows are maintained by means of a swirl design of pipes (AS USSR No. 840662, IPC F28D 7/00, F28F 1/06, published in 1979). This heat exchanger can be used in limited cases, since at high flow rates it is possible to increase vibration, repair and cleaning of pipes are quite problematic.
Известен реактор для каталитической очистки газообразных выбросов, содержащий в цилиндрическом корпусе ряд устройств, в том числе трубчатый теплообменник, трубы которого выполнены наклонными и расположены по круговому периметру корпуса, а также закреплены в трубных досках, отделяющих полости корпуса для очищаемого и очищенного газовых потоков. Газы, проходя через трубы, затем между трубами, должны подвергаться закручиванию из-за наклона труб, усиливая теплообмен между исходным и нагретым потоками (патент РФ 2299089, МПК B01D 53/86, F23G 7/06, опубл. 2005 г.). Недостатками являются неравномерные скорости в центральном и периферийном участках аппарата, а также нерациональное использование рабочего объема.A known reactor for the catalytic purification of gaseous emissions, containing a number of devices in a cylindrical body, including a tubular heat exchanger, the pipes of which are made inclined and located along the circumferential perimeter of the body, and are also fixed in pipe boards separating the body cavities for the cleaned and purified gas flows. Gases passing through the pipes, then between the pipes, must be twisted due to the inclination of the pipes, increasing the heat exchange between the initial and heated flows (RF patent 2299089, IPC B01D 53/86,
Известен теплообменный аппарат, наиболее близкий к заявляемому изобретению, который содержит корпус в виде усеченного конуса с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, перегородки, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены трубы в форме усеченных конусов под углом к центральной оси аппарата, а также одну центральную трубу, ось которой совпадает с осью аппарата (патент РФ №2372572, МПК F28D 15/00, опубл. 2009 г.).Known heat exchanger closest to the claimed invention, which contains a housing in the form of a truncated cone with bottoms, nozzles for the input and output of coolants in the pipe and annular spaces, partitions, tube sheets, in the openings of which pipes in the form of truncated cones are fixed at an angle to the central axis apparatus, as well as one Central pipe, the axis of which coincides with the axis of the apparatus (RF patent No. 2372572, IPC F28D 15/00, publ. 2009).
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении интенсивности теплообмена при уменьшении металлоемкости, сопротивления потоку в межтрубном пространстве и упрощении конструкции.The technical result, which the invention is directed to, is to increase the heat transfer rate while reducing the metal consumption, flow resistance in the annulus and simplifying the design.
Технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус в форме усеченного конуса с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены по концентрическим окружностям наклонно к оси аппарата трубы в форме усеченных конусов, вертикальную центральную трубу для расположения термопар, новым является то, что трубы в форме усеченного конуса выполнены с одновременным наклоном относительно оси аппарата и в направлении вокруг оси аппарата.The technical result is achieved by the fact that in a heat exchanger containing a truncated cone-shaped body with bottoms, coolant inlet and outlet pipes into the pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which are mounted along concentric circles obliquely to the pipe apparatus axis in the form of truncated cones, vertical central tube for the location of thermocouples, new is that the pipes in the shape of a truncated cone are made with a simultaneous inclination relative to the axis of the apparatus and in the direction around the axis a Paraty.
Трубы в форме усеченного конуса наклонены в направлении вокруг оси аппарата путем смещения концов по окружностям их размещения, при этом углы наклона труб составляют 0,5-50,0 градусов.The pipes in the form of a truncated cone are inclined in the direction around the axis of the apparatus by displacing the ends along the circumferences of their placement, while the angle of inclination of the pipes is 0.5-50.0 degrees.
Отверстия в трубных решетках выполнены под усеченные конусы одинаковой высоты сомкнутыми малыми вершинами.The holes in the tube sheets are made under truncated cones of the same height with closed small tops.
На фиг.1 представлен разрез теплообменного аппарата с наклонными трубами; на фиг.2 - вид по поперечному сечению А-А; на фиг.3 - узел I (выполнение отверстий в трубных решетках).Figure 1 presents a section of a heat exchanger with inclined pipes; figure 2 is a view in cross section aa; figure 3 - node I (making holes in the tube sheets).
Теплообменный аппарат (фиг.1) содержит корпус 1 в форме усеченного конуса с днищами 2 и 3, патрубки 4 и 5 ввода и вывода теплоносителя трубного пространства, патрубки 6 и 7 соответственно ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, трубные решетки 8 и 9, в отверстиях которых закреплены трубы в форме усеченного конуса 10 и 11. В центральной вертикальной трубе 11 в кожухе расположены термопары 12. Трубы 10 расположены под углом к центральной оси корпуса 1, расширяются в направлении его расширения, при этом угол наклона труб 10, расположенных ближе к центральной оси корпуса меньше углов наклонов труб 10, расположенных на периферии. Наклоны труб 10, полученные смещением концов труб 10 по окружностям их размещения на решетках 8 и 9, существенно больше наклона относительно оси аппарата. Величина углов дополнительных наклонов труб 10 составляет 0,5÷50 градусов. Смещению труб 10 могут быть подвергнуты как верхние, так и нижние концы, а также одновременно, но в противоположные направления. Форма корпуса 1 и труб 10, представляющая собой усеченные конусы, а также наличие наклона относительно оси аппарата позволяют добиться дополнительного наклона труб 10 в направлении вокруг оси аппарата на достаточно большие углы относительно секущих плоскостей, проходящих через трубы 10 в радиальном направлении. В результате, не меняя расстояния между трубами 10, достигают оптимального их расположения для протока теплоносителей в закрученном режиме в трубном и межтрубном пространствах. В целях упрощения сборки, отверстия в трубных решетках 8 и 9 выполнены под усеченные конусы одинаковой высоты сомкнутыми малыми вершинами. Корпус аппарата 1, трубный пучок и трубы 10 и 11, имеющие форму усеченного конуса, наличие наклонов труб 10 одновременно относительно оси аппарата и в направлении вокруг оси аппарата в совокупности позволили пропускать теплоносители в режиме закрученных потоков более равномерно во всем объеме межтрубного пространства. При этом увеличивается интенсивность теплообмена без применения дополнительных устройств - интенсификаторов, а также уменьшается высота трубного пучка по сравнению с высотой пучка в аппарате-прототипе, и следовательно, уменьшается объем межтрубного пространства, что позволяет увеличить расход теплоносителя.The heat exchanger (figure 1) contains a housing 1 in the form of a truncated cone with
Теплообменный аппарат работает следующим образом. При организации работы аппарата прямотоком, теплоноситель трубного пространства поступает через патрубок 4 и днище большого диаметра 2 в трубы 10 и 11 (фиг.1), затем, проходя в виде закрученного потока по этим трубам 10 и 11, отдавая или принимая тепло через стенки от теплоносителя межтрубного пространства, выходит через днище малого диаметра 3 и патрубок 5 из аппарата. Теплоноситель межтрубного пространства поступает в аппарат через патрубок 6, проходя в виде закрученного потока, отдает или принимает тепло через стенки труб 10 и 11 и выходит через патрубок 7.The heat exchanger operates as follows. When organizing the operation of the apparatus by direct flow, the coolant of the pipe space enters through the
По мере продвижения теплоносителей в область малых диаметров корпуса 1 и труб 10 и 11, разность температур между теплоносителями постепенно уменьшается; в то же время потоки сужаются, следовательно, скорости потоков увеличиваются. Это компенсирует уменьшающуюся интенсивность теплообмена, вызываемую уменьшением разности температур. В результате интенсивность теплообмена остается более постоянной на всей теплообменной поверхности. Одновременно, существенное отклонение от прямолинейного движения потока в трубах 10, вызванное изменениями углов атак на внутренние стенки, из-за наклонов труб 10, усиливает теплопередачу и приближает к значениям, достигаемым при использовании дополнительных устройств-интенсификаторов. Если высокая интенсивность теплообмена вблизи входа теплоносителей определялась высокой температурной разностью, то вблизи выхода - высокими скоростями потоков. В закрученном потоке теплоносителя меньше разность температур в радиальном направлении между центральным и пристенным участками труб 10, что весьма важно при низких теплопроводностях загруженного материала и потока. В заполненных высокопористыми ячеистыми материалами или твердыми катализаторами трубах 10 и 11 меньше вероятность неравномерного износа, накопления загрязнений и образования каналов наименьшего сопротивления.As the coolants move into the region of small diameters of the housing 1 and
При использовании теплообменного аппарата в качестве реактора экзотермического процесса реакционная смесь начальной высокой концентрации реагирующих веществ подвергается через стенки труб 10 и 11 воздействию свежего теплоносителя межтрубного пространства, а также большему количеству катализатора на единице пути. Интенсивная реакция, сопровождаемая интенсивным тепловыделением, протекает в зоне интенсивной теплопередачи, вызванной большой разностью температур. При поступлении в область сужений реакционная масса в трубном пространстве обедняется реагирующими компонентами, скорость реакции уменьшается, тепловыделение должно было бы уменьшаться. Однако в этой области скорости теплоносителей увеличиваются, благоприятствуя сдвигу равновесия в сторону образования целевых продуктов, частота столкновений с частицами катализатора также увеличивается, уменьшенный диаметр труб способствует быстрой передаче тепла реакции. Вследствие этих факторов интенсивность реакции и тепловыделение остаются высокими, интенсивность теплообмена не снижается. В итоге происходит более полное и равномерное протекание процесса в аппарате. Более того, увеличение скорости реакционной массы вблизи выхода из аппарата позволяет избежать распада некоторой части целевого продукта, который усиливается при долгом пребывании в реакционной зоне. Ориентировочные расчеты показали увеличение выхода целевого продукта на 3,0-5,0% за счет оптимизации теплосъема.When using a heat exchanger as an exothermic process reactor, the reaction mixture of an initial high concentration of reacting substances is exposed through the walls of
В случае организации теплообмена прямотоком, теплоноситель трубного пространства поступает через патрубок 5 и днище 3 в трубы 10 и 11; при прохождении по трубам 10 и 11 происходит теплообмен с теплоносителем межтрубного пространства, затем через днище 2 и патрубок 4 выходит из аппарата. Теплоноситель межтрубного пространства поступает через патрубок 7, проходит, закручиваясь и обмениваясь теплом с теплоносителем трубного пространства, между трубами 10 и 11 и выходит через патрубок 6 из аппарата. В процессах каталитического превращения углеводородов в начальный период реакции реакционная смесь богата сырьем, интенсивность реакции и теплопоглощение высоки. Подача свежего теплоносителя в область высоких скоростей обеих теплоносителей (в область входа сырья), а также закрученность потоков компенсируют начальное теплопоглощение. По мере продвижения реакционной смеси вдоль аппарата она обедняется сырьем, при этом поглощение тепла уменьшается. Постепенно начинает влиять увеличение катализаторной массы в единице длины труб 10 и 11. Образование целевых продуктов остается на прежнем уровне. Использование предлагаемого аппарата в качестве реактора дегидрирования по этой схеме позволяет избежать затухания реакции и увеличивать выход целевых продуктов на 5-7 процентов, а также несколько снизить начальную температуру нагревающего теплоносителя.In the case of organizing direct-flow heat exchange, the coolant of the tube space enters through
При организации теплообмена противотоком нагревающийся поток поступает через патрубок 5 и днище 3 в трубы 10 и 11 и выходит через днище 2 и патрубок 4. Нагревающий поток поступает через патрубок 6, проходя между трубами 10 и 11, выходит через патрубок 7. Данная схема предпочтительна в случае использования аппарата в качестве испарителя или кипятильника. В этом случае испаряющийся теплоноситель проходит по трубам 10 и 11, а испаряющий - по межтрубному пространству. По мере приближения этого потока в область расширений, он нагревается до кипения за счет все более увеличивающегося повышения теплосодержания испаряющего теплоносителя и пути прохождения. У выхода из трубок общая площадь испарения или кипения увеличивается за счет расширения труб 10 и 11. Следовательно, процесс парообразования и теплообмена происходит более интенсивно. Дополнительное тепло, необходимое для парообразования, компенсируется начальной высокой температурой испаряющего теплоносителя и закрученных потоков.When organizing counterflow heat exchange, the heating stream enters through the
Начальное соприкосновение теплоносителя в межтрубном пространстве с поверхностями периферийных труб 10 происходит под углом гораздо меньшим 90 градусов. Поток быстрее и с меньшим сопротивлением по сравнению с сопротивлением в аппарате-прототипе, распределяется в объеме около входа и выхода, что позволяет избежать местных перегревов. Это в сочетании с закручиванием потока обеспечивает более равномерную его плотность, стабильную турбулентность и уменьшение сопротивления.The initial contact of the coolant in the annulus with the surfaces of the
Уменьшение высоты трубного пучка позволяет уменьшить объем межтрубного пространства, что приводит к увеличению объемного расхода теплоносителя при неизменном начальном расходе в межтрубном пространстве и способствует более интенсивному теплообмену и осуществлению высокотемпературных процессов, кроме того, уменьшаются габариты теплообменного аппарата и, следовательно, металлоемкость.Reducing the height of the tube bundle allows to reduce the volume of the annular space, which leads to an increase in the volumetric flow rate of the coolant with a constant initial flow rate in the annular space and contributes to more intensive heat transfer and the implementation of high-temperature processes, in addition, the dimensions of the heat exchanger and, therefore, metal consumption are reduced.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149767/06A RU2457415C2 (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Heat exchange unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149767/06A RU2457415C2 (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Heat exchange unit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009149767A RU2009149767A (en) | 2011-07-10 |
RU2457415C2 true RU2457415C2 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=44740105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009149767/06A RU2457415C2 (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Heat exchange unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2457415C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU183747U1 (en) * | 2018-03-12 | 2018-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет", ФГБОУ ВО "АГТУ" | Heat exchanger |
RU2785973C2 (en) * | 2020-12-16 | 2022-12-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Heat exchange device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1048622A (en) * | 1962-05-11 | 1966-11-16 | Pierre Leclercq | Improvements in heat-exchangers |
SU840662A1 (en) * | 1979-08-23 | 1981-06-23 | Предприятие П/Я Г-4461 | Shell-and-tube heat exchanger |
RU2299089C1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Reactor for catalytic purification of the gaseous outbursts |
RU2372572C2 (en) * | 2007-11-26 | 2009-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Heat-exchange apparatus (versions) |
-
2009
- 2009-12-31 RU RU2009149767/06A patent/RU2457415C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1048622A (en) * | 1962-05-11 | 1966-11-16 | Pierre Leclercq | Improvements in heat-exchangers |
SU840662A1 (en) * | 1979-08-23 | 1981-06-23 | Предприятие П/Я Г-4461 | Shell-and-tube heat exchanger |
RU2299089C1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Reactor for catalytic purification of the gaseous outbursts |
RU2372572C2 (en) * | 2007-11-26 | 2009-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Heat-exchange apparatus (versions) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU183747U1 (en) * | 2018-03-12 | 2018-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет", ФГБОУ ВО "АГТУ" | Heat exchanger |
RU2785973C2 (en) * | 2020-12-16 | 2022-12-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Heat exchange device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009149767A (en) | 2011-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4651889B2 (en) | Isothermal reactor for exothermic or endothermic heterogeneous reactions | |
RU2234975C2 (en) | Radial-flow through reactor and method for processing of liquid reactant flow | |
KR870000086B1 (en) | Reactor | |
TWI626988B (en) | Shell and tube oxidation reactor with improved resistance to fouling | |
KR101826589B1 (en) | Multi-Stage Multi-Tube Shell-and-Tube Reactor | |
RU2638217C1 (en) | Compact reactor for producing synthetic hydrocarbons in fisher-tropsh process, method of activating fisher-tropsh catheter, and method of implementing fisher-tropsh synthesis in compact version with its use | |
RU2372572C2 (en) | Heat-exchange apparatus (versions) | |
CN103990420A (en) | Multitubular fixed bed reactor and application thereof | |
JP2002233747A (en) | Reactor for non-uniform exothermic or endothermic reaction | |
RU2457415C2 (en) | Heat exchange unit | |
JPS60106527A (en) | Double pipe reactor for exothermic reaction | |
WO2020225093A1 (en) | High pressure strippers for use in urea plants | |
JP2012521960A (en) | Steam reformer with passive heat flux control element | |
RU2075020C1 (en) | Apparatus for heat exchange and diffusion processes | |
RU101162U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE | |
CN104959084B (en) | A kind of paste state bed reactor | |
RU2332246C1 (en) | Film-type enthalpy exchanger | |
CN211754821U (en) | Self-heating type fixed bed reactor and system | |
RU85221U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) | |
US11667728B1 (en) | Reactor and processes for endothermic reactions at high temperatures | |
RU2462287C1 (en) | Desublimator | |
RU66974U1 (en) | CATALYTIC SYSTEM FOR IMPLEMENTATION OF HEAT STRENGTHENED HETEROGENEOUS REACTIONS | |
CN115321480B (en) | Adiabatic temperature-control type shift converter and water gas shift process | |
RU2588617C1 (en) | Method for exothermic and endothermic catalytic processes for partial conversion of hydrocarbons and reactor set therefor | |
RU106140U1 (en) | SHELL-TUBE REACTOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170101 |