RU2621189C1

RU2621189C1 - Radial pipe heat exchange contact device

Info

Publication number: RU2621189C1
Application number: RU2015151357A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Ассоциация инженеров-технологов нефти и газа "Интегрированные технологии"
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-01

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: device can be used as a heat exchanger, a mass exchange device, an adsorber and a catalytic reactor. The device consists of a housing with fluid inlet/outlet pipe branches, wherein there is a coaxially installed annular heat-mass exchange unit consisting of interconnected pipes, rings and covers. The heat-mass exchange unit may be equipped with a perforated cylinder shell on which there are stops adjacent to the unshielded parts of the side walls of pipes. The connections of external rings with the housing may be expandable or split. Baffle inserts can be mounted in the near-wall and near-axis headers.

EFFECT: simplified device structure.

9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции аппаратов, предназначенных для теплообмена между потоками флюидов, массообмена флюида с флюидом или твердым веществом, проведения химических процессов в условиях контроля температуры и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to the design of apparatuses designed for heat transfer between fluid flows, mass transfer of fluid with a fluid or a solid substance, chemical processes under temperature control and can be used in various industries.

Известны пластинчатые теплообменники, обладающие малой массой и габаритами и представляющие собой набор плоских гофрированных пластин, объединенных в пакет с помощью пайки, сварки или уплотнительных прокладок [Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник, кн. 4. М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 168].Known plate heat exchangers having a small mass and dimensions and representing a set of flat corrugated plates combined in a package by soldering, welding or gaskets [Industrial heat and power engineering. Reference book 4. M.: Energoatomizdat, 1991, p. 168].

Недостатками указанных теплообменников являются: большое гидравлическое сопротивление, невысокие предельные значения рабочих температуры и давления, склонность к накоплению отложений в застойных зонах и ненадежность в эксплуатации. Кроме того, конструкция пластинчатых теплообменников не позволяет использовать их для осуществления массообменных и химических процессов.The disadvantages of these heat exchangers are: high hydraulic resistance, low limit values of operating temperature and pressure, the tendency to accumulation of deposits in stagnant zones and unreliability in operation. In addition, the design of plate heat exchangers does not allow their use for mass transfer and chemical processes.

Известен пластинчатый теплообменник для изотермических химических реакторов [RU 2527901, опубл. 10.09.2014 г., МПК F28D 9/00], включающий несколько теплообменных пластин (элементов), каждая из которых включает первый и второй листы металла, образующие соответственно первую и вторую боковые поверхности, подающую линию теплоносителя и коллектор теплоносителя, и несколько внутренних проходов для теплоносителя между первым и вторым листами металла, причем первый и второй листы соединены по меньшей мере одним сварными швом, выполненным на первой боковой поверхности, а подающая линия теплоносителя и коллектор теплоносителя образованы подающим и коллекторным каналами и присоединены ко второму листу металла другими сварными швами, выполненными на второй поверхности пластины.Known plate heat exchanger for isothermal chemical reactors [RU 2527901, publ. 09/10/2014, IPC F28D 9/00], including several heat exchange plates (elements), each of which includes the first and second sheets of metal, forming respectively the first and second side surfaces, the supply line of the coolant and the collector of the coolant, and several internal passages for the coolant between the first and second sheets of metal, and the first and second sheets are connected by at least one weld made on the first side surface, and the flow line of the coolant and the collector of the coolant are formed by the feed and collector channels and attached to the second sheet of metal by other welds made on the second surface of the plate.

Недостатками данного теплообменника являются сложность конструкции, большое количество сварных соединений, сложность его изготовления, включающая изготовление отдельных элементов и их последовательное соединение с коллекторами теплоносителя с помощью линий теплоносителя, а также изменяющееся в радиальном направлении расстояние между теплообменными элементами, что приводит к падению скорости потока флюида в направлении от центра к периферии аппарата и снижению эффективности тепломассообменных или химических процессов, осуществляемых в пространстве между теплообменными элементами.The disadvantages of this heat exchanger are the complexity of the design, the large number of welded joints, the complexity of its manufacture, including the manufacture of individual elements and their serial connection with the heat carrier collectors using heat transfer lines, as well as the radially changing distance between the heat exchange elements, which leads to a decrease in the fluid flow rate in the direction from the center to the periphery of the apparatus and reducing the efficiency of heat and mass transfer or chemical processes, carried out proxy in the space between heat exchange elements.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является аппарат для проведения теплообменных и диффузионных процессов [RU 2075020, опубл. 10.07.1997 г., МПК F28D 7/04, F28D 9/00], содержащий цилиндрический корпус с патрубками для ввода/вывода теплоносителя (первый флюид) и реагента (второй флюид), обменивающихся теплом, и по меньшей мере один блок теплообменных элементов (тепломассообменный блок), вертикально установленных внутри корпуса последовательно один за другим с образованием кольцевого ряда вокруг продольной оси корпуса (коаксиально установленный кольцевой теплообменный блок). Теплообменные элементы выполнены полыми с двумя изогнутыми противоположными боковыми стенками (пластинами), кривизна которых уменьшается в направлении от продольной оси корпуса к его стенке, а также вертикальными и горизонтальными торцевыми стенками, образующими внутренние полости теплообменных элементов, сумма которых составляет внутреннюю полость теплообменного блока.The closest in technical essence to the claimed invention is an apparatus for conducting heat exchange and diffusion processes [RU 2075020, publ. 07/10/1997, IPC F28D 7/04, F28D 9/00], comprising a cylindrical body with nozzles for input / output of a coolant (first fluid) and a reagent (second fluid) exchanging heat, and at least one block of heat-exchange elements (heat and mass transfer unit), vertically mounted inside the case sequentially one after another with the formation of an annular row around the longitudinal axis of the case (coaxially mounted annular heat transfer unit). The heat exchange elements are hollow with two curved opposite side walls (plates), the curvature of which decreases in the direction from the longitudinal axis of the housing to its wall, as well as the vertical and horizontal end walls forming the internal cavities of the heat exchange elements, the sum of which is the internal cavity of the heat exchange unit.

Внутренние полости теплообменных элементов, служащие для перемещения теплоносителя, соединены с патрубками ввода и вывода теплоносителя через камеры ввода и вывода, которые выполнены в виде распределительного и выпускного коллекторов, размещенных внутри корпуса, каждый из которых образован двумя коаксиально установленными вдоль продольной оси корпуса обечайками, кольцеобразное пространство между которыми образовано в осевом направлении верхней и нижней крышками и сообщено с внутренними полостями теплообменных элементов посредством щелевидных прорезей, выполненных на одних из горизонтально расположенных торцевых стенках теплообменных элементов в непосредственной близости от его вертикальных стенок, и примыкающей к ним одной из крышек соответствующего коллектора.The internal cavities of the heat exchange elements used to move the coolant are connected to the inlet and outlet pipes of the coolant through the inlet and outlet chambers, which are made in the form of distribution and exhaust manifolds located inside the housing, each of which is formed by two shells coaxially mounted along the longitudinal axis of the housing, ring-shaped the space between which is formed in the axial direction of the upper and lower covers and communicates with the internal cavities of the heat exchange elements by ohm slit-like slots made on one of the horizontally located end walls of the heat exchange elements in the immediate vicinity of its vertical walls, and one of the covers of the corresponding collector adjacent to them.

Теплообменные элементы размещены на равных друг от друга расстояниях и образуют между собой наружные спиралеобразные каналы (полости), сообщенные через центральный и периферийный кольцеобразные коллекторы и камеры ввода и вывода с патрубками ввода и вывода реагента. При этом центральный (приосевой) коллектор образован вертикальными торцевыми стенками теплообменных элементов, близко расположенных от продольной оси корпуса, а периферийный (пристеночный) коллектор образован удаленными от продольной оси корпуса вертикальными торцевыми стенками теплообменных элементов и внутренней поверхностью стенки корпуса. Наружные спиралеобразные полости имеют постоянную ширину в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, а их сумма составляет наружную полость теплообменного блока, смежную с внутренней полостью.The heat exchange elements are placed at equal distances from each other and form outer spiral channels (cavities) communicated through the central and peripheral ring-shaped collectors and input and output chambers with reagent input and output pipes. In this case, the central (near-axis) collector is formed by the vertical end walls of the heat-exchange elements close to the longitudinal axis of the housing, and the peripheral (wall) collector is formed by the vertical end walls of the heat-exchange elements remote from the longitudinal axis of the housing and the inner surface of the housing wall. The outer spiral cavities have a constant width in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the housing, and their sum is the outer cavity of the heat exchange unit adjacent to the inner cavity.

Аппарат может быть снабжен несколькими блоками теплообменных элементов с распределительными и выпускными коллекторами, вертикально установленными внутри корпуса, а также может быть дополнительно оборудован направляющими элементами, горизонтально установленными во внутренних и наружных каналах теплообменных элементов. Для проведения диффузионных процессов аппарат дополнительно снабжают устройством для распределения реагента по наружным стенкам теплообменных элементов, в этом случае в блоке протекают как теплообменные, так и массообменные процессы и блок является тепломассообменным. Этот термин будет использован далее для названия блоков, независимо от того, выполняет ли блок только теплообменные или и тепло-, и массообменные функции, если не оговорено иное.The apparatus can be equipped with several blocks of heat-exchange elements with distribution and exhaust manifolds, vertically mounted inside the housing, and can also be additionally equipped with guiding elements, horizontally installed in the internal and external channels of the heat-exchange elements. To carry out diffusion processes, the apparatus is additionally equipped with a device for distributing the reagent along the outer walls of the heat exchange elements, in this case, both heat transfer and mass transfer processes occur in the block and the block is heat and mass transfer. This term will be used below to name the blocks, regardless of whether the block performs only heat transfer or both heat and mass transfer functions, unless otherwise specified.

Основным недостатком данного аппарата является сложность конструкции тепломассообменного блока, образованного кольцевым рядом полых теплообменных элементов с большим количеством сварных соединений, и связанная с этим сложность его изготовления, включающая изготовление отдельных элементов и их последовательное соединение с распределительным и выпускным коллекторами через совмещаемые прорези,The main disadvantage of this apparatus is the complexity of the design of the heat and mass transfer unit formed by the annular row of hollow heat exchange elements with a large number of welded joints, and the associated complexity of its manufacture, including the manufacture of individual elements and their serial connection to the distribution and exhaust manifolds through compatible slots,

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции аппарата.The present invention is to simplify the design of the apparatus.

Техническим результатом является упрощение конструкции аппарата за счет выполнения тепломассообменного блока из труб, боковые стенки которых изогнуты в радиальном направлении и параллельны оси аппарата в аксиальном направлении, соединены краями и оснащены профилирующими выступами.The technical result is to simplify the design of the apparatus by making a heat and mass transfer unit of pipes, the side walls of which are bent in the radial direction and parallel to the axis of the apparatus in the axial direction, connected by edges and equipped with profiling protrusions.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном аппарате, включающем цилиндрический корпус с патрубками ввода/вывода флюидов и по меньшей мере один коаксиально установленный кольцевой тепломассообменный блок, образующий приосевой и пристеночный коллекторы и содержащий пластины, в аксиальном направлении параллельные оси аппарата, а в радиальном направлении изогнутые с кривизной, уменьшающейся от оси к стенке аппарата, которые образуют между собой смежные полости, сообщенные с патрубками ввода и вывода флюидов, особенностью является то, что каждый тепломассообменный блок состоит из по меньшей мере одной секции, пластины образованы боковыми стенками труб, оснащенными профилирующими выступами, имеющими участки, экранированные и не экранированные соседними трубами, при этом расстояние между экранированными участками соседних труб одинаково, а трубы имеют скругленные торцевые стенки и соединены краями боковых стенок, кроме того, тепломассообменный блок оборудован двумя наружными кольцами, соединенными с корпусом и краями пристеночных торцевых стенок труб, ближайшими к днищу аппарата, и двумя внутренними крышками, соединенными с краями приосевых торцевых стенок труб, которые отделяют смежные полости друг от друга.The specified technical result is achieved by the fact that in the known apparatus comprising a cylindrical body with fluid inlet / outlet nozzles and at least one coaxially mounted annular heat and mass transfer unit forming axial and wall collectors and containing plates parallel to the apparatus axis in the axial direction and in the radial direction curved direction with a curvature decreasing from the axis to the apparatus wall, which form adjacent cavities interconnected with fluid inlet and outlet nozzles, especially The fact is that each heat and mass transfer unit consists of at least one section, the plates are formed by the side walls of the pipes equipped with profiling protrusions having sections shielded and not shielded by adjacent pipes, the distance between the shielded sections of adjacent pipes being the same, and the pipes have rounded end walls and connected by the edges of the side walls, in addition, the heat and mass transfer unit is equipped with two outer rings connected to the body and the edges of the wall end walls pipes closest to the bottom of the machine, and two inside covers, connected to the edges of the end walls near-axial tubes which separate adjacent cavities from each other.

Трубы в поперечном сечении имеют вид изогнутой замкнутой фигуры со скругленными торцевыми сторонами и равноотстоящими боковыми сторонами, имеющими переменную кривизну. В случае, если тепломассообменный блок состоит из нескольких секций, последние соединяют между собой кольцами, отделяющими смежные полости друг от друга. При необходимости по меньшей мере одна из крышек соединена с патрубком ввода или вывода одного из флюидов.The pipes in cross section have the form of a curved closed figure with rounded end faces and equally spaced lateral sides having variable curvature. In case the heat and mass transfer unit consists of several sections, the latter are interconnected by rings separating adjacent cavities from each other. If necessary, at least one of the covers is connected to the inlet or outlet of one of the fluids.

Для обеспечения возможности работы аппарата при разных давлениях в смежных полостях целесообразно оснастить тепломассообменные блоки наружными и/или внутренними перфорированными цилиндрическими обечайками, на которых расположены упоры, прилегающие к неэкранированным участкам боковых стенок труб.To enable the apparatus to operate at different pressures in adjacent cavities, it is advisable to equip the heat and mass transfer blocks with external and / or internal perforated cylindrical shells, on which there are stops adjacent to unshielded sections of the side walls of the pipes.

Для равномерности подачи вдоль оси аппарата флюида, движущегося радиально, целесообразно в коллекторах установить отбойные вставки, в приосевом - в форме усеченного конуса, в пристеночном - в форме тора, имеющего в радиальном сечении форму прямоугольной усеченной пирамиды, направленные основанием к набегающему потоку флюида.For uniform flow along the axis of the fluid moving apparatus radially, it is advisable to install fenders in the collectors, in the near-axle - in the form of a truncated cone, in the near-wall - in the form of a torus, which in the radial section has the shape of a rectangular truncated pyramid directed by the base to the incident fluid flow.

Дополнительно к профилирующим выступам боковые стенки труб могут быть оснащены направляющими элементами, обеспечивающими не только дистанцирование боковых стенок труб на заданное расстояние, но и организацию движения флюидов в смежных полостях тепломассообменного блока, а также турбулизацию потоков флюидов и повышение за счет этого эффективности теплопередачи. За счет расположения профилирующих выступов и направляющих элементов может быть организовано или преимущественно перекрестноточное, или прямоточное, или противоточное движение флюидов как в радиальном, так и в аксиальном направлении.In addition to the profiling protrusions, the side walls of the pipes can be equipped with guiding elements that provide not only the distance of the side walls of the pipes to a predetermined distance, but also the organization of fluid movement in adjacent cavities of the heat and mass transfer unit, as well as the turbulence of fluid flows and thereby increase the heat transfer efficiency. Due to the location of the profiling protrusions and guiding elements, either mainly cross-flow, or straight-through, or counter-current fluid movements can be organized in both radial and axial directions.

Для обеспечения возможности обслуживания и ремонта аппарата соединения колец с корпусом целесообразно выполнить разъемными или разрезными. Для снижения механических напряжений в аппарате, увеличения предельной рабочей температуры и повышения надежности аппарата целесообразно по меньшей мере одно соединение тепломассообменного блока с корпусом оснастить компенсатором температурного расширения.To ensure the possibility of maintenance and repair of the apparatus for connecting rings to the housing, it is advisable to perform detachable or split. To reduce mechanical stresses in the apparatus, increase the limiting operating temperature and increase the reliability of the apparatus, it is advisable to equip at least one connection of the heat and mass transfer unit with the housing with a compensator for thermal expansion.

Для осуществления массообмена газ-жидкость (например, при абсорбции или фракционировании флюида) в условиях подачи тепла или холода, распределенной по высоте аппарата, последний должен быть дополнительно оснащен устройствами для ввода и распределения жидкости (например, абсорбента или рефлюкса) по наружным поверхностям боковых стенок труб в одной из смежных полостей тепломассообменного блока и/или устройствами для сбора и вывода жидких продуктов тепломассообмена (например, флегмы или абсорбата).To effect gas-liquid mass transfer (for example, during absorption or fractionation of a fluid) under conditions of heat or cold distribution distributed over the height of the apparatus, the latter must be additionally equipped with devices for introducing and distributing liquid (for example, absorbent or reflux) on the outer surfaces of the side walls pipes in one of the adjacent cavities of the heat and mass transfer unit and / or devices for collecting and removing liquid heat and mass transfer products (for example, reflux or absorbate).

Для массообмена флюид-твердое вещество (адсорбции) или проведения гетерогенных каталитических химических реакций аппарат должен быть оснащен устройствами для загрузки по меньшей мере одной из смежных полостей тепломассообменного блока твердым материалом, проницаемым для флюида (например, адсорбентом или катализатором), а также устройствами для выгрузки отработанного адсорбента или катализатора.For mass transfer of fluid-solid matter (adsorption) or for conducting heterogeneous catalytic chemical reactions, the apparatus must be equipped with devices for loading at least one of the adjacent cavities of the heat and mass transfer unit with solid material permeable to the fluid (for example, an adsorbent or catalyst), as well as devices for unloading spent adsorbent or catalyst.

Выполнение тепломассообменного блока из труб, боковые стенки которых изогнуты в радиальном направлении и параллельны оси аппарата в аксиальном направлении, соединены краями и оснащены профилирующими выступами, позволяет упростить конструкцию, уменьшить количество внутренних элементов и их соединений, повысить надежность аппарата.The implementation of the heat and mass transfer unit from pipes, the side walls of which are bent in the radial direction and parallel to the axis of the apparatus in the axial direction, connected by edges and equipped with profiling protrusions, allows to simplify the design, reduce the number of internal elements and their connections, increase the reliability of the apparatus.

Расположение экранированных участков соседних труб на одинаковом расстоянии друг от друга обеспечивает равенство скоростей движения флюидов в каждой из смежных полостей тепломассообменного блока, равномерность обтекания поверхностей потоками флюидов, что увеличивает эффективность тепло- и массообменных процессов.The location of the shielded sections of adjacent pipes at the same distance from each other ensures the equality of fluid velocities in each of the adjacent cavities of the heat and mass transfer unit, the uniformity of the flow of fluids around the surfaces, which increases the efficiency of heat and mass transfer processes.

На фиг. 1-4 приведены примеры использования аппарата с одним односекционным тепломасообменным блоком в качестве теплообменника, дефлегматора, адсорбера и каталитического реактора соответственно. Показаны развертки сечения указанных аппаратов поверхностью, проходящей через ось и серединные линии смежных полостей тепломассообменного блока, а также условно пересекающей патрубки ввода/вывода флюидов. Условно показано: вертикальное расположение оси теплообменника, ввод/вывод одного из флюидов через верхний и нижний патрубки, соответственно, и ввод/вывод другого флюида через нижний и боковой патрубки, соответственно. На фиг. 5 приведен пример использования аппарата с двухсекционным тепломасообменным блоком в качестве дефлегматора. На фиг. 6 приведен пример расположения двух соседних труб в тепломассобменном блоке, оснащенном наружной и внутренней перфорированными обечайками и упорами, в поперечном разрезе.In FIG. Figures 1-4 show examples of the use of an apparatus with one single-section heat and mass transfer unit as a heat exchanger, reflux condenser, adsorber, and catalytic reactor, respectively. Shows the cross-sectional scan of these devices with a surface passing through the axis and midlines of adjacent cavities of the heat and mass transfer unit, as well as conditionally crossing fluid inlet / outlet pipes. Conventionally shown: the vertical axis of the heat exchanger, the input / output of one of the fluids through the upper and lower nozzles, respectively, and the input / output of the other fluid through the lower and lateral nozzles, respectively. In FIG. 5 shows an example of using the apparatus with a two-section heat and mass transfer unit as a reflux condenser. In FIG. Figure 6 shows an example of the location of two adjacent pipes in a heat and mass transfer unit equipped with an outer and inner perforated shells and stops in cross section.

Теплообменник с односекционным тепломасообменным блоком (фиг. 1) включает корпус 1 с патрубками 2 и 3 ввода/вывода флюида 4 и патрубками 5 и 6 ввода/вывода флюида 7. В аппарате коаксиально установлен кольцевой тепломассообменный блок 8 (выделен темным цветом), состоящий из соединенных друг с другом труб 9, колец 10 и крышек 11 и 12. Крышка 12 сообщена трубопроводом 13 с патрубком 5. Тепломассообменный блок 8 может быть оснащен перфорированной цилиндрической обечайкой 14 (условно показана одна наружная обечайка), на которой расположены упоры, прилегающие к неэкранированным участкам боковых стенок труб (на схеме не показано). Соединения 15 трубопровода 13 с патрубком 5 и наружных колец 10 с корпусом 1 (выделены окружностями) могут быть выполнены разъемными или разрезными, что обеспечивает разборность аппарата. В пристеночном 16 и приосевом 17 коллекторах могут быть установлены отбойные вставки 18 и 19 (показано пунктиром). При работе аппарата с перекрестным током флюидов горячий (условно) флюид 4 через патрубок 2 направляют в одну из полостей тепломассообменного блока 8, из которой охлажденный флюид 4 выводят через патрубок 3. Холодный (условно) флюид 7 через патрубок 5, трубопровод 13 и крышку 12 подают в смежную полость тепломассообменного блока 8, из которой нагретый флюид 7 выводят через патрубок 6.The heat exchanger with a single-section heat and mass transfer unit (Fig. 1) includes a housing 1 with nozzles 2 and 3 of the input / output of fluid 4 and nozzles 5 and 6 of the input / output of fluid 7. A ring heat and mass transfer unit 8 is coaxially installed (highlighted in dark color), consisting of pipes 9 connected to each other, rings 10 and covers 11 and 12. Cover 12 is connected by a pipe 13 with a nozzle 5. The heat and mass transfer unit 8 may be equipped with a perforated cylindrical shell 14 (one outer shell is conventionally shown), on which the abutments are located, adjacent to unshielded sections of the side walls of the pipes (not shown in the diagram). Connections 15 of the pipeline 13 with the pipe 5 and the outer rings 10 with the housing 1 (marked by circles) can be made detachable or split, which ensures the dismountability of the apparatus. In the near-wall 16 and axial 17 collectors, bump inserts 18 and 19 (shown by a dotted line) can be installed. When the apparatus is operated with a cross fluid flow, hot (conditionally) fluid 4 through pipe 2 is sent to one of the cavities of the heat and mass transfer unit 8, from which cooled fluid 4 is discharged through pipe 3. Cold (conditionally) fluid 7 through pipe 5, pipe 13 and cover 12 served in an adjacent cavity of the heat and mass transfer unit 8, from which the heated fluid 7 is removed through the pipe 6.

Для использования аппарата в качестве массообменного, например, дефлегматора (фиг. 2) в тепломассообменном блоке 8 осуществляют дефлегмацию газа. При работе аппарата в патрубок 20 подают газ 21, содержащий легкие и тяжелые компоненты, который охлаждается, проходя (вертикально направленные стрелки) по одной из смежных полостей тепломассообменного блока 8 за счет подачи в патрубок 6 хладоагента 7, который в нагретом виде затем выводят из патрубка 3. При этом на наружных поверхностях труб 9 конденсируются тяжелые компоненты и в виде флегмы стекают в низ аппарата и выводятся 22 из патрубка 5. При противоточном движении газа и флегмы между ними происходит массообмен - обогащение газа легкими компонентами, а флегмы - тяжелыми компонентами. Из патрубка 2 выводят газ дефлегмации 23, содержащий, преимущественно, легкие компоненты.To use the apparatus as a mass transfer, for example, a reflux condenser (Fig. 2), gas is refluxed in the heat and mass transfer block 8. When the apparatus is operating, gas 21 containing light and heavy components is supplied to the pipe 20, which is cooled by passing (vertically directed arrows) along one of the adjacent cavities of the heat and mass transfer unit 8 by supplying coolant 7 to the pipe 6, which is then removed from the pipe in a heated form 3. At the same time, heavy components condense on the outer surfaces of the pipes 9 and flow down to the bottom of the apparatus in the form of phlegm and 22 are removed from the nozzle 5. During countercurrent movement of gas and phlegm, mass transfer occurs between them - gas enrichment with light components, and phlegm - heavy components. From the pipe 2 the reflux gas 23 is removed, containing mainly light components.

При использовании аппарата в качестве адсорбера (фиг. 3), например, при адсорбционной осушке, через патрубок 5 вводят влажный газ 24, пропускают его через слой адсорбента, размещенный в одной из полостей тепломассообменного блока 8 (вертикально направленные стрелки), осушенный газ 25 выводят через патрубок 2. Для обеспечения изотермического режима и повышения эффективности адсорбции адсорбент охлаждают, вводя хладоагент 7 через патрубок 6 и выводя через патрубок 3.When using the apparatus as an adsorber (Fig. 3), for example, during adsorption drying, moist gas 24 is introduced through pipe 5, it is passed through an adsorbent layer placed in one of the cavities of the heat and mass transfer unit 8 (vertically directed arrows), and the dried gas 25 is discharged through the nozzle 2. To ensure isothermal conditions and increase the efficiency of adsorption, the adsorbent is cooled by introducing the refrigerant 7 through the nozzle 6 and removing through the nozzle 3.

При использовании аппарата в качестве химического реактора (фиг. 4), например, паровой конверсии, смесь водяного пара и метана 26 вводят через патрубок 5, пропускают через слой катализатора, размещенный в одной из полостей тепломассообменного блока 8 (вертикально направленные стрелки), а полученный синтез-газ 27 выводят через патрубок 2. Для подвода тепла в каталитическую реакционную зону через смежную полость пропускают теплоноситель 7, например дымовой газ, вводя его через патрубок 6 и выводя через патрубок 3. Устройства для заполнения полостей адсорбентом или катализатором и их опорожнения на фиг. 3 и 4 не показаны.When using the apparatus as a chemical reactor (Fig. 4), for example, steam reforming, a mixture of water vapor and methane 26 is introduced through the pipe 5, passed through a catalyst layer placed in one of the cavities of the heat and mass transfer unit 8 (vertically directed arrows), and the obtained synthesis gas 27 is removed through pipe 2. To supply heat to the catalytic reaction zone, coolant 7, for example flue gas, is passed through an adjacent cavity, introducing it through pipe 6 and outputting through pipe 3. Devices for filling the cavity minutes adsorbent or catalyst and emptying of FIG. 3 and 4 are not shown.

На фиг. 5 показан пример дефлегматора с двухсекционным тепломассообменным блоком, при работе которого газ 21, содержащий легкие и тяжелые компоненты, подают в патрубок 20, последовательно охлаждают в первой 28 и второй 29 секциях тепломассообменного блока 8, соединенных кольцом 30, с помощью хладоагента 7, подаваемого в патрубок 2 и выводимого из патрубка 3. Образовавшуюся флегму 22 выводят из патрубка 5, а из патрубка 31 выводят газ дефлегмации 23.In FIG. 5 shows an example of a reflux condenser with a two-section heat and mass transfer unit, during which gas 21, containing light and heavy components, is supplied to the nozzle 20, sequentially cooled in the first 28 and second 29 sections of the heat and mass transfer unit 8, connected by a ring 30, using a refrigerant 7 supplied to pipe 2 and output from pipe 3. The resulting reflux 22 is removed from pipe 5, and reflux gas 23 is removed from pipe 31.

Возможны другие варианты размещения патрубков на корпусе аппарата и движения флюидов в аппарате относительно представленных на фиг. 1-5.Other options for placing the nozzles on the apparatus body and fluid movement in the apparatus relative to those shown in FIG. 1-5.

На фиг. 6 приведен пример расположения двух соседних труб в тепломассобменном блоке, оснащенном наружной 32 и внутренней 33 перфорированными обечайками и упорами 34, в поперечном разрезе. Показаны экранированные 35 и неэкранированные 36 участки боковых стенок труб, их торцевые стенки 37 и соединение боковых стенок 38.In FIG. Figure 6 shows an example of the location of two adjacent pipes in a heat and mass transfer unit equipped with an outer 32 and an inner 33 perforated shells and stops 34, in cross section. Shielded 35 and unshielded 36 sections of the side walls of the pipes, their end walls 37 and the connection of the side walls 38 are shown.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию аппарата и может найти применение в различных отраслях промышленности.Thus, the present invention allows to simplify the design of the apparatus and can find application in various industries.

Claims

1. Radial-tube heat-exchange contact device, comprising a cylindrical body with fluid inlet / outlet nozzles and at least one coaxially mounted annular heat and mass transfer unit forming axial and wall collectors and containing plates parallel to the apparatus axis in the axial direction and in the radial direction curved with a curvature decreasing from the axis to the apparatus wall, which form adjacent cavities interconnected with fluid inlet and outlet nozzles, characterized in that each the heat and mass transfer unit consists of at least one section, the plates are formed by the side walls of the pipes equipped with profiling protrusions having sections shielded and not shielded by adjacent pipes, the distance between the shielded sections of adjacent pipes being the same, and the pipes have rounded end walls and connected by the edges of the side the walls, in addition, the heat and mass transfer unit is equipped with two outer rings connected to the body and the edges of the wall end walls of the pipes closest to the bottom of the appliance the mouth, and two inner covers connected to the edges of the axial end walls of the pipes, which separate adjacent cavities from each other.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that at least one of the covers is connected to the inlet or outlet of one of the fluids.

3. The apparatus according to p. 1, characterized in that the heat and mass transfer unit is equipped with an external and / or internal perforated cylindrical shell, on which there are stops, adjacent to unshielded sections of the side walls of the pipes.

4. The apparatus according to claim 1, characterized in that the manifolds are equipped with baffle inserts, in the axial - in the form of a truncated cone, in the wall - in the form of a torus having in the radial section the shape of a rectangular truncated pyramid directed by the base to the incident fluid flow.

5. The apparatus according to claim 1, characterized in that the side walls of the pipes are additionally equipped with guide elements.

6. The apparatus according to claim 1, characterized in that the connections of the heat and mass transfer unit with the housing are detachable or split.

7. The apparatus according to claim 1, characterized in that at least one connection of the heat and mass transfer unit to the housing is equipped with a temperature expansion compensator.

8. The apparatus according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with devices for introducing and distributing liquid along the outer surfaces of the pipes in one of the adjacent cavities of the heat and mass transfer unit and / or devices for collecting and discharging liquid products.

9. The apparatus according to claim 1, characterized in that it is equipped with devices for loading at least one of the adjacent cavities of the heat and mass transfer block with a solid material permeable to the fluid and unloading it.