RU2511815C1

RU2511815C1 - Heat exchanger reactor

Info

Publication number: RU2511815C1
Application number: RU2012153609/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Гуреев; Юрий Федорович Гортышов; Михаил Викторович Гуреев; Лут Бурганович Низамиев; Риннат Галеевич Нуруллин; Иван Федорович Калачев; Сэркан Абузарович Танрыверди
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Татарский центр катализа Эрэфэн" (ЗАО "ТЦК Эрэфэн")
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-04-10

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: heat exchanger reactor includes a shell (1) in the form of a flattened cone with bottoms (2) and (3), heat carrier input and output pipes (4) and (5) for the tube space, and heat carrier input and output pipes (6) and (7) for the shell space. One bottom, namely bottom (2), features a concavity (8) (if seen from below the bottom) in the centre. The shell (1) features a heat effect compensator (9). A thin-wall hollow cone (10) for flow distribution through small (11) and large (12) orifices is mounted in one bottom, namely bottom (3).

EFFECT: enhanced efficiency of heat exchanger due to even distribution of flow speed through the whole volume, and reduced dimensions.

6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в энергетике, нефтехимической и других отраслях промышленности, в частности в процессах, протекающих с большими тепловыми эффектами.The invention relates to the field of heat engineering and can be used in energy, petrochemical and other industries, in particular in processes that occur with large thermal effects.

Известно входное устройство для тангенциально подаваемой в аппарат текучей среды, где оно выполнено в виде диффузора. Диффузор уменьшает входную скорость текучей среды. Однако он выполнен изгибом, поэтому среда приобретает вращательное движение внутри аппарата в виде вихревого потока. При этом вихревой поток, имея большую скорость в периферийной области аппарата, в центральной части замедляется, особенно вертикальная составляющая скорости. Поэтому в целях максимально равномерного распределения потока внутри аппарата, предусмотрен отклоняющий элемент. Он расположен ниже по течению от диффузора и отклоняет вихревой поток в направлении к центральной части аппарата. В результате достигается достаточно хорошее распределение потока внутри аппарата (Патент RU 2445997, B01D 3/30, B04C 5/04 опубл. 27.03.2012).An input device is known for a fluid tangentially supplied to the apparatus, where it is made in the form of a diffuser. The diffuser reduces the fluid inlet velocity. However, it is made by bending, so the medium acquires a rotational motion inside the apparatus in the form of a vortex flow. In this case, the vortex flow, having a high speed in the peripheral region of the apparatus, slows down in the central part, especially the vertical component of the velocity. Therefore, in order to maximize the uniform distribution of the flow inside the apparatus, a deflecting element is provided. It is located downstream of the diffuser and deflects the vortex flow towards the central part of the apparatus. The result is a fairly good distribution of the flow inside the apparatus (Patent RU 2445997, B01D 3/30, B04C 5/04 publ. 03/27/2012).

Данное входное устройство занимает большой внутренний объем аппарата, сложно по конструкции, а также увеличивает общую массу аппарата и сопротивление потоку.This input device occupies a large internal volume of the apparatus, is difficult in design, and also increases the total mass of the apparatus and flow resistance.

Известен реактор, имеющий собственный аппарат смешивания с зоной быстрого теплоотвода. Смесительный аппарат состоит из вихревой камеры, грубой распределительной схемы и собственно распределительного устройства. В вихревую камеру подают реагирующую жидкость и теплоотводящую жидкость, где они полностью перемешиваются в вихревом потоке. Смесь двух жидкостей выходит из вихревой камеры в грубую распределительную схему, где смесь распределяется радиально посредством камер, расположенных в виде лучей, исходящих из центра. Затем смесь через разбрызгивательную тарелку поступает в тарелку с барботажными колпачками. После этого смесь поступает в катализаторный слой. Предлагаются другие варианты расположения элементов смесительного и распределительного устройств (Патент US 006098965A, опубл. 8.08.2000 F280D 21/00, B01F 3/00).Known reactor having its own mixing apparatus with a zone of rapid heat removal. The mixing apparatus consists of a vortex chamber, a rough distribution circuit and the distribution device itself. In the vortex chamber, a reacting liquid and a heat-removing liquid are supplied, where they are completely mixed in the vortex stream. The mixture of two liquids leaves the vortex chamber into a rough distribution circuit, where the mixture is distributed radially by means of chambers arranged in the form of rays emanating from the center. Then the mixture through a spray plate enters the plate with bubble caps. After this, the mixture enters the catalyst layer. Other options for the location of the elements of the mixing and distribution devices (Patent US 006098965A, publ. 8.08.2000 F280D 21/00, B01F 3/00).

Реактор с предлагаемым аппаратом смешивания с зоной быстрого теплоотвода может применяться только для определенного значения расходов рабочих сред, так как вихревая камера при больших расходах может оказать неприемлемое сопротивление, а колпачковые тарелки перестали бы работать. В грубой распределительной системе в длинных камерах радиального распределения, а также на отражателях могут произойти обратные процессы, а именно некоторые разделения, особенно газожидкостных и парожидкостных смесей. Нарастание эффективности смешивания и распределения не установлено, особенно при одновременном применении вихревой камеры и тарелчатых устройств, а также грубой распределительной системы. Смесительный аппарат в целом обладает большой металлоемкостью и низкой универсальностью.A reactor with the proposed mixing apparatus with a zone of rapid heat removal can be used only for a certain value of the flow rate of the working medium, since the vortex chamber at high flow rates can provide unacceptable resistance, and the cap plates would stop working. In a coarse distribution system in long chambers of radial distribution, as well as on reflectors, reverse processes can occur, namely some separation, especially gas-liquid and vapor-liquid mixtures. The increase in mixing and distribution efficiency has not been established, especially with the simultaneous use of a vortex chamber and disk-shaped devices, as well as a rough distribution system. The mixing apparatus as a whole has a large metal consumption and low versatility.

Известен кожухотрубный аппарат, используемый в качестве реактора для проведения гетерогенно-каталитических экзотермических реакций. Поток реагирующей смеси поступает в трубное пространство сверху через тангенциальный ввод, расположенный на вершине верхнего днища. Реакционная масса, проходя через трубки с катализатором, выходит через нижний тангенциально расположенный патрубок. Для съема выделяющегося тепла реакции в межтрубное пространство подают теплоноситель. Он поступает снизу через тангенциальный ввод и специальное распределительное кольцо, расположенное внутри в нижней части реактора. Выход теплоносителя происходит через верхний патрубок. Конструкция верхнего выходного устройства аналогично конструкции входного. Таким образом, в межтрубном пространстве достигают довольно равномерное омывание внешних поверхностей труб (Kirk, Otmer, Encylopedia of Chemical Technology, New York, 1965). Known shell-and-tube apparatus used as a reactor for conducting heterogeneous catalytic exothermic reactions. The flow of the reacting mixture enters the pipe space from above through a tangential inlet located on top of the upper bottom. The reaction mass passing through the catalyst tubes exits through the lower tangentially located nozzle. To remove the generated reaction heat, a coolant is fed into the annulus. It enters from below through a tangential inlet and a special distribution ring located inside the bottom of the reactor. The heat carrier exit through the upper pipe. The design of the upper output device is similar to the design of the input. Thus, in the annulus achieve a fairly uniform washing of the outer surfaces of the pipes (Kirk, Otmer, Encylopedia of Chemical Technology, New York, 1965).

Недостатком реактора является неравномерное поступление реакционной смеси в трубки. Тангенциальный ввод вызывает преимущественно круговое движение потока в верхнем днище, оформленное внутренней конфигурацией днища и поверхностью трубной решетки. Средняя плотная часть потока плохо рассеивается и, скользя по трубной решетке, покрывает лишь определенную часть трубок. В другую часть трубок поступают участки потока, обладающие меньшими плотностями и скоростями. Поток несколько задерживается в днище. Разные линейные скорости в трубках особенно заметны при больших массовых и объемных скоростях.The disadvantage of the reactor is the uneven flow of the reaction mixture into the tubes. The tangential input causes mainly circular motion of the flow in the upper bottom, formed by the internal configuration of the bottom and the surface of the tube sheet. The middle dense part of the flow is poorly dispersed and, sliding along the tube sheet, covers only a certain part of the tubes. In another part of the tubes, flow sections with lower densities and velocities arrive. The flow is somewhat delayed at the bottom. Different linear velocities in the tubes are especially noticeable at high mass and volume velocities.

Наиболее близок к заявляемому изобретению теплообменник-реактор, который содержит корпус в виде усеченного конуса с вогнутой в направлении к его вертикальной оси поверхностью с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей трубного и межтрубного пространств. Внутри корпуса расположен трубный пучок, который состоит из по меньшей мере двух рядов конусообразных труб, закрепленных концами в отверстиях решеток по концентрическим окружностям. Трубы расположены с наклоном одновременно в двух направлениях: с наклоном к вертикальной оси корпуса и с дополнительным наклоном, выполненным путем смещения концов в окружном направлении, то есть по дугам окружностей размещение их в трубных решетках. Эти наклоны противоположны в смежных рядах труб. При этом углы наклонов выполнены в пределах 0,5-50,0 градусов от вертикальной плоскости, проходящей через вертикальную ось корпуса. При таком выполнении отпадает необходимость усиливать входные параметры теплоносителя, что позволяет экономить тепловую и электрическую энергии. (Патент RU 2451889, МПК F28D 7/08, опубл. 25. 05. 2012).Closest to the claimed invention is a heat exchanger-reactor, which comprises a body in the form of a truncated cone with a bottom with a concave surface toward its vertical axis, bottoms for introducing and discharging coolants of the pipe and annular spaces. Inside the housing is a tube bundle, which consists of at least two rows of cone-shaped pipes, fixed with ends in the holes of the gratings along concentric circles. The pipes are inclined simultaneously in two directions: with an inclination to the vertical axis of the body and with an additional inclination made by shifting the ends in the circumferential direction, that is, along the arcs of circles, placing them in the tube sheets. These slopes are opposite in adjacent rows of pipes. In this case, the slope angles are made in the range of 0.5-50.0 degrees from the vertical plane passing through the vertical axis of the housing. With this embodiment, there is no need to strengthen the input parameters of the coolant, which saves thermal and electrical energy. (Patent RU 2451889, IPC F28D 7/08, publ. 25. 05. 2012).

Недостатком данного теплообменника-реактора по изобретению является недостаточная равномерность подачи теплоносителей в трубном и межтрубном пространствах. Часть поступившего в днище потока, отражаясь от не занятой трубами поверхности, направляется к середине потока, где плотность выше. Небольшая часть увлекается средним плотным потоком, а большая часть отражается от потока и, сохраняя криволинейную траекторию, ударяется о стенки днища. В результате возникают вихри, определяемые размерами днищ, по маршруту: вход теплоносителя - трубная решетка - средняя плотная часть потока - стенки - трубная решетка. Как показали математические модели, скорости в середине потока и в средних трубах трубного пучка выше практически в два раза по сравнению со скоростями в периферийных участках над трубной решеткой и в периферийных трубах. В случае подачи многокомпонентных смесей может происходить некоторое разделение по молекулярным массам, что недопустимо при использовании теплообменника-реактора в качестве химических реакторов. Сложность изготовления корпуса, особенно для теплообменника-реактора больших единичных мощностей также является недостатком. Отсутствие компенсатора ограничивает использование его для процессов с большими температурными разностями (Δt).The disadvantage of this heat exchanger-reactor according to the invention is the insufficient uniformity of the supply of coolants in the pipe and annular spaces. Part of the flow coming into the bottom, reflecting from a surface not occupied by pipes, is directed to the middle of the flow, where the density is higher. A small part is carried away by a medium dense flow, and a large part is reflected from the flow and, while maintaining a curved path, hits the bottom wall. As a result, vortices arise, determined by the size of the bottoms, along the route: coolant inlet - tube sheet - middle dense part of the flow - wall - tube sheet. As mathematical models have shown, the velocities in the middle of the stream and in the middle tubes of the tube bundle are almost two times higher than the velocities in the peripheral sections above the tube sheet and in the peripheral tubes. In the case of multicomponent mixtures, some separation by molecular weight can occur, which is unacceptable when using a heat exchanger-reactor as chemical reactors. The complexity of manufacturing the housing, especially for a heat exchanger-reactor of large unit capacities, is also a disadvantage. The absence of a compensator limits its use for processes with large temperature differences (Δt).

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении равномерности и интенсивности теплообмена во всех участках теплообменника-реактора, эффективности процессов, протекающих с большими тепловыми эффектами, а также в повышении надежности и экономичности при эксплуатации.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to increase the uniformity and intensity of heat transfer in all sections of the heat exchanger-reactor, the efficiency of processes occurring with great thermal effects, as well as to increase the reliability and efficiency during operation.

Технический результат достигается тем, что в теплообменнике-реакторе, содержащем корпус в форме усеченного конуса с вогнутой поверхностью с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей трубного и межтрубного пространств, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены по концентрическим окружностям наклонно к оси, по меньшей мере, два ряда труб, выполненных в виде усеченных конусов, кроме того, трубы дополнительно наклонены со смещением по дугам размещения их концов на одной из трубных решеток, причем в одном ряду трубы наклонены со смещением по дугам окружностей размещения их концов на одной из трубных решеток в противоположном направлении относительно наклона со смещением в прилежащем ряду или в прилежащих рядах, а в центральной трубе размещены тепловые и другие датчики, новым является то, что в центре днища, находящегося на стороне подачи теплоносителя в трубное пространство, имеется вогнутость, направленная широким концом в сторону трубной решетки, а в днище, находящемся на стороне выхода теплоносителя из трубного пространства, закреплен полый конус с отверстиями, расположенный вершиной против потока, вокруг центральной трубы имеется зона, образованная первым рядом наклонных труб, считая от центральной трубы.The technical result is achieved by the fact that in a heat exchanger-reactor containing a truncated cone-shaped body with a concave surface with bottoms, inlet and outlet nozzles of the heat transfer medium of the pipe and annular spaces, tube sheets, in the openings of which are fixed along concentric circles obliquely to the axis, at least , two rows of pipes made in the form of truncated cones, in addition, the pipes are additionally inclined with offset along the arcs of their ends on one of the tube sheets, and in one row the pipes are inclined with displacement along the arcs of the circles of the placement of their ends on one of the tube sheets in the opposite direction relative to the inclination with displacement in the adjacent row or in adjacent rows, and thermal and other sensors are placed in the central pipe, new is that in the center of the bottom located on the supply side the coolant into the pipe space, there is a concavity directed with a wide end towards the tube sheet, and a hollow cone from the hole is fixed in the bottom, which is on the side of the coolant exit from the pipe space E located upstream apex, around the central pipe there is a zone formed by the first row of pipes of inclined, starting from the central pipe.

Вогнутость выполнена и ориентирована так, что плотность отраженного от вогнутости потока равномерно распределена по поверхности трубной решетки.The concavity is made and oriented so that the density of the flow reflected from the concavity is uniformly distributed over the surface of the tube sheet.

Вогнутость выполнена съемной заодно с тангенциальным патрубком ввода теплоносителя.The concavity is made removable at the same time with the tangential nozzle of the coolant inlet.

Патрубки ввода и вывода теплоносителей трубного и межтрубного пространств расположены тангенциально.The nozzles of the inlet and outlet of the coolants of the pipe and annular spaces are located tangentially.

Корпус теплообменника-реактора состоит из двух частей, соединенных тепловым компенсатором, при этом разделение корпуса на две части и объединение их тепловым компенсатором осуществлены на уровне 0,58-0,65 высоты, отмеренной от большой трубной решетки.The body of the heat exchanger-reactor consists of two parts connected by a heat compensator, while the separation of the body into two parts and their combination with a heat compensator are carried out at the level of 0.58-0.65 of the height measured from the large tube sheet.

На фиг.1 представлен общий вид теплообменника-реактора, на фиг.2 - его схематичное изображение, на фиг.3 - вид разреза по А-А с фиг.1.Figure 1 presents a General view of the heat exchanger-reactor, figure 2 is a schematic illustration of figure 3 - view of the section along aa from figure 1.

Теплообменник-реактор (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 ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства. На центральной части одного из днищ, в частности днища 2, имеется вогнутость 8 (если смотреть изнутри днища). Корпус 1 снабжен компенсатором 9 тепловых влияний. В одном из днищ, в частности в днище 3 (фиг.2), закреплен тонкостенный полый конус 10 - распределитель потоков с мелкими 11 и крупными 12 отверстиями. Корпус 1 с двух концов герметично закрыт трубными решетками 13 и 14, в которых закреплены (фиг.3 вид А-А) центральная труба 15 и наклонные трубы 16 (решетка 14 на фиг.3 не показана). Вокруг центральной трубы 15 образована свободная от деталей зона 17, ограниченная первым рядом труб 16, считая от центральной оси аппарата. При подаче теплоносителя трубного пространства снизу (фиг.2) через патрубок 5, конструкция днища 3 должна быть подобна конструкции днища 2, и наоборот, конструкция днища 2 - подобна конструкции днища 3.The heat exchanger-reactor (figure 1) contains a housing 1 in the form of a truncated cone with bottoms 2 and 3, nozzles 4 and 5 of the input and output of the coolant of the pipe space, pipes 6 and 7 of the input and output of the coolant of the annulus. On the central part of one of the bottoms, in particular the bottom 2, there is a concavity 8 (if viewed from the inside of the bottom). The housing 1 is equipped with a compensator 9 thermal influences. In one of the bottoms, in particular in the bottom 3 (figure 2), a thin-walled hollow cone 10 is fixed - a flow distributor with small 11 and large 12 holes. The housing 1 at both ends is hermetically closed by tube sheets 13 and 14, in which the central pipe 15 and the inclined pipes 16 (the grid 14 in figure 3 are not shown) are fixed (FIG. 3, view A-A). Around the central pipe 15, a zone 17 free from details is formed, bounded by the first row of pipes 16, counting from the central axis of the apparatus. When supplying the coolant of the pipe space from below (Fig. 2) through the pipe 5, the design of the bottom 3 should be similar to the design of the bottom 2, and vice versa, the design of the bottom 2 is similar to the design of the bottom 3.

Теплообменник-реактор работает следующим образом.The heat exchanger-reactor operates as follows.

Теплоноситель трубного пространства поступает тангенциально через патрубок 4 в вогнутость 8, где поток, меняя направление, форму и разбившись на множество малых потоков, устремляется в трубы 15 и 16 трубного пучка. В случае противотока, одновременно с теплоносителем трубного пространства, второй теплоноситель поступает в межтрубное пространство через тангенциальный ввод 7, где происходит теплообмен через стенки труб 15 и 16 между двумя теплоносителями. Выход теплоносителя из межтрубного пространства осуществляется через тангенциально расположенный патрубок 6. Теплоноситель трубного пространства, после выхода из труб 15 и 16 через распределитель потоков 10 и тангенциально расположенный патрубок 5 направляется наружу.The coolant of the tube space enters tangentially through the pipe 4 into concavity 8, where the flow, changing direction, shape and breaking into many small flows, rushes into the tubes 15 and 16 of the tube bundle. In the case of a counterflow, simultaneously with the coolant of the pipe space, the second coolant enters the annulus through the tangential inlet 7, where heat is exchanged through the walls of the pipes 15 and 16 between the two coolants. The exit of the coolant from the annulus is carried out through a tangentially located pipe 6. The coolant of the pipe space, after leaving the pipes 15 and 16 through the flow distributor 10 and the tangentially located pipe 5 is directed outward.

Конструкция и ориентация вогнутости 8 рассчитаны так, что отраженный и рассеянный поток устремляется в направлении фокуса вогнутости, который достаточно удален для того, чтобы площадь сечения его пучка оказалась на уровне трубной решетки 13, не больше и не меньше ее площади. Поскольку, из-за малого расстояния, пучок отраженного потока претерпевает лишь расширение в пути до поверхности трубной решетки, он имеет одинаковую плотность и скорость на всех точках при соприкосновении с трубной решеткой. Следовательно, плотность и скорость пучка потока также одинаковы в трубах 15 и 16. В случае подачи в трубное пространство многокомпонентных смесей при соприкосновении со стенками вогнутости 8 происходит дополнительное смешивание. Поскольку расстояние внутри днища 2 незначительно, перераспределение компонентов не происходит, пучок потока за очень короткий промежуток времени достигает труб 15 и 16.The design and orientation of concavity 8 are designed so that the reflected and diffused flow rushes in the direction of the focus of concavity, which is sufficiently remote so that the cross-sectional area of its beam is at the level of the tube 13, no more and no less than its area. Since, due to the small distance, the reflected beam only undergoes expansion along the path to the surface of the tube sheet, it has the same density and speed at all points in contact with the tube sheet. Consequently, the density and velocity of the flow beam are also the same in the pipes 15 and 16. In the case of multicomponent mixtures being introduced into the tube space in contact with the concavity walls 8, additional mixing takes place. Since the distance inside the bottom 2 is insignificant, the redistribution of the components does not occur, the flow beam in a very short period of time reaches the pipes 15 and 16.

Однако при выходе потоков из труб 15 и 16 скорости несколько отличаются. При выполнении выходного патрубка 5 в середине нижнего днища 3, выходящие из труб 15 и 16 потоки, расположенные ближе к центру, против которых расположено выходное отверстие, испытывают меньше сопротивления, чем выходящие потоки из периферийных труб 16. Следовательно, скорости центральных потоков больше, чем скорости периферийных. Дополнительный узел в виде полого тонкостенного конуса 10 с отверстиями 11 и 12 различных диаметров, увеличивающихся в направлении от вершины к основанию конуса, выравнивают разницу в сопротивлениях. Потоки, проходящие через малые отверстия 11, расположенные ближе к вершине конуса, испытывают больше сопротивления, чем потоки, проходящие через крупные отверстия 12, расположенные ближе к основанию конуса 10. Потоки, проходящие через периферийных труб 16, проходя через крупные отверстия 12, испытывают некоторое сопротивление, но в меньшей степени, чем проходящие через мелкие отверстия 11. Все потоки при подходе в выходное отверстие патрубка 5 имеют практически одинаковые скорости. Выравнивание скоростей потоков внутри днища 3 влияет на скорости потоков внутри труб 15 и 16.However, when the flows exit from the pipes 15 and 16, the speeds are somewhat different. When performing the outlet pipe 5 in the middle of the lower bottom 3, the flows exiting from the pipes 15 and 16 located closer to the center, against which the outlet is located, experience less resistance than the outgoing flows from the peripheral pipes 16. Therefore, the speeds of the central flows are greater than peripheral speeds. An additional node in the form of a hollow thin-walled cone 10 with holes 11 and 12 of various diameters increasing in the direction from the top to the base of the cone, even out the difference in resistance. Streams passing through small holes 11 located closer to the top of the cone experience more resistance than flows passing through large holes 12 located closer to the base of the cone 10. Streams passing through peripheral tubes 16 passing through large holes 12 experience some resistance, but to a lesser extent than passing through small holes 11. All flows when approaching the outlet of the nozzle 5 have almost the same speed. The alignment of the flow rates inside the bottom 3 affects the flow rates inside the pipes 15 and 16.

Теплообменники-реакторы, предназначенные для работы в условиях больших температурных перепадов, снабжены тепловыми компенсаторами 9. Он расположен на уровне 0,58-0,65 высоты от большой трубной решетки 14 и объединяет верхнюю и нижнюю половины корпуса 1.Heat exchangers-reactors designed to operate in conditions of large temperature differences are equipped with heat compensators 9. It is located at a level of 0.58-0.65 heights from the large tube sheet 14 and combines the upper and lower halves of the housing 1.

Согласно предлагаемому изобретению, в центре межтрубного пространства вокруг центральной трубы 15 выполнена некоторая зона 17 (фиг.3), образованная первым от центральной оси рядом наклонных труб 16. Ее объем достаточен для того, чтобы часть входящего потока больше устремлялась в радиальном направлении.According to the invention, in the center of the annular space around the central pipe 15, a certain zone 17 (Fig. 3) is formed, which is formed first from the central axis by a series of inclined pipes 16. Its volume is sufficient so that a part of the incoming flow rushes more in the radial direction.

При выполнении входных и выходных патрубков в межтрубное пространство тангенциально 6 и 7, начальное воздействие на трубы 15 и 16 входящего теплоносителя происходит на более широкой области, чем при классическом вводе, т.е. при перпендикулярном к касательной плоскости на поверхности корпуса 1. Местного перегрева или охлаждения меньше.When the inlet and outlet pipes are made tangentially 6 and 7 into the annular space, the initial impact on the pipes 15 and 16 of the incoming coolant occurs on a wider area than with classical input, i.e. when perpendicular to the tangent plane on the surface of the housing 1. Local overheating or cooling less.

Обычно, при тангенциальном вводе большая часть потока направляется по кругу, тогда как часть потока, направляющаяся к центру и вверх, меньше. Следовательно, на различных точках межтрубного пространства скорости будут разные. Неравномерность скоростей вызывает неравномерность теплообмена в межтрубном и трубном пространствах. По предлагаемому изобретению при вводе теплоносителя в межтрубное пространство снизу через патрубок 5 со стороны больших диаметров корпуса 1 и труб 15 и 16, тангенциально составляющая скорости теплоносителя при движении снизу вверх убывает из-за увеличения сопротивления, вызванное постепенным сужением корпуса 1 и пространства 17 между трубами 16. Одновременно, за счет убывания тангенциальной скорости и за счет радиального стремления части потока в зону 17, где меньше сопротивление, растет вертикально составляющая. В результате - скорости выравниваются гораздо раньше, чем в прототипе, в нижней области межтрубного пространства. При вводе теплоносителя сверху со стороны малых диаметров через патрубок 6 тангенциально составляющая скорости потока по мере прохождения сверху вниз уменьшается из-за расширения корпуса 1, пространства между рядами труб 16 и зоны 17. Одновременно по этим же причинам уменьшается вертикально составляющая скорости. В результате составляющие скорости в межтрубном пространстве остаются в таких же соотношениях, в каких они были при движении теплоносителя снизу вверх (При вводе сверху и снизу гравитационно составляющая скорости потока не учитывалась).Typically, with tangential input, most of the flow is directed in a circle, while the part of the flow that goes to the center and up is smaller. Therefore, at different points in the annulus, the speeds will be different. The unevenness of the velocities causes the unevenness of heat transfer in the annular and pipe spaces. According to the invention, when the coolant enters the bottom of the annulus through the pipe 5 from the side of the large diameters of the housing 1 and pipes 15 and 16, the tangential component of the velocity of the coolant decreases from the bottom up due to the increase in resistance caused by the gradual narrowing of the housing 1 and the space 17 between the pipes 16. At the same time, due to a decrease in the tangential velocity and due to the radial tendency of a part of the flow to zone 17, where the resistance is less, the component grows vertically. As a result, the speeds are equalized much earlier than in the prototype, in the lower region of the annular space. When the coolant is introduced from above from the side of small diameters through the nozzle 6, the tangential component of the flow velocity decreases as it passes from top to bottom due to expansion of the housing 1, the space between the rows of pipes 16 and zone 17. At the same time, the velocity component decreases vertically for the same reasons. As a result, the velocity components in the annulus remain in the same proportions as they were when the coolant moved from bottom to top (When entering the top and bottom, the gravitational component of the flow velocity was not taken into account).

Таким образом, в предлагаемом теплообменнике-радиаторе достигается равномерное распределение скоростей по всему его объему, что позволяет избегать местных перегревов и охлаждения, что повышает эффективность его работы и при этом уменьшаются его габаритные размеры. Кроме того, применение разъемной конструкции корпуса и компенсатора, позволяет увеличить универсальность теплообменника-реактора, т.е. использовать его в процессах, происходящих в более жестких условиях с высокой надежностью и экономичностью.Thus, in the proposed heat exchanger-radiator, a uniform distribution of speeds is achieved over its entire volume, which avoids local overheating and cooling, which increases the efficiency of its work and at the same time its overall dimensions are reduced. In addition, the use of a detachable design of the housing and the compensator allows to increase the versatility of the heat exchanger-reactor, i.e. use it in processes taking place in more severe conditions with high reliability and efficiency.

Claims

1. A heat exchanger-reactor, comprising a truncated cone-shaped body with a concave surface with bottoms, inlet and outlet pipe coolants for pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which at least two rows of pipes are fixed along concentric circles obliquely to the axis, made in the form of truncated cones, in addition, the pipes are additionally inclined with offset along the arcs of placement of their ends on one of the tube sheets, and in one row the pipes are inclined with offset along the arcs of circles of their placement ends on one of the tube sheets in the opposite direction relative to the inclination with displacement in the adjacent row or in adjacent rows, and in the central pipe there are thermal and other sensors, characterized in that there is a concavity in the center of the bottom located on the supply side of the coolant into the pipe space , directed with a wide end towards the tube sheet, and in the bottom, located on the side of the coolant exit from the tube space, a hollow cone with holes is located, located apex against the flow, wok yz central pipe there is a zone formed by the first row of pipes of inclined, starting from the central pipe.

2. The heat exchanger-reactor according to claim 1, characterized in that the concavity is made and oriented so that the density of the flow reflected from the concavity is uniformly distributed over the surface of the tube sheet.

3. The heat exchanger-reactor according to claim 2, characterized in that the concavity is removable at the same time as the coolant inlet pipe.

4. The heat exchanger-reactor according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes of the coolants of the pipe and annular spaces are located tangentially.

5. The heat exchanger-reactor according to claim 1, characterized in that the casing consists of two parts connected by a heat compensator.

6. The heat exchanger-reactor according to claim 5, characterized in that the separation of the casing into two parts and combining them with a heat compensator is made at the level of 0.58-0.65 height, measured from a large tube sheet.