SU1126314A1 - Тепломассообменный аппарат - Google Patents

Abstract

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ , включающий корпус, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки , патрубок ввода охлаждающего агента , расположенный над нижней трубной решеткой, и йатрубок вывода охлаждающего агента, отличающийс  тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента, он снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленньми в межтрубном пространстве, а патру бок вьшода охлаждак цего агента расположен от нижней трубной решетки на рассто нии 1/4-1/3 высоты пучка теплообменных труб между решетками, 2. Аппарат по п. 1, о т л и «i аю щ и и с   тем, что пластины размещены по высоте отдельными блоками, (Л при этом пластины одного блока смес относительно пластин предыдущего блока. §

Description

Изобретение относитс  к устройст вам дл  проведени  совместных процессов тепло- и массообмена и может быть использовано в химической, неф техимической, нефтеперерабатывающей и других смежных отрасл х промьшлен ности, в частности, на стади х абсорбции и сушки газа в производстве серной кислоты. Известен вертикальный пленочньй теплообменник, состо щий из вертикальной теплообменной трубчатки, верхней распределительной камеры и распределительного устройства, обусловливающего пленочное стекание теплоносител  по наружным стенкам теплообменных труб, что приводит к значительному повьщгению коэффициента теплоотдачи от стенок труб к теплоносителю и, следовательно, к общей интенсификации теплообмена l. Недостатком данной конструкции аппарата  вл етс  нисход щее пр моточное движение теплоносителей, что уменьшает значение движущейс  силы процесса - среднюю разность температур . Наиболее близок к предлагаемому теплообменному аппарату по техничес кой сущности абсорбер с восход щим движением пленки, состо щий из пучк труб, закрепленных в трубных решетк патрубков дл  подвода и отвода газа и жидкости, а также патрубка дл  по вода охлаждающего агента, который расположен над нижней трубной решет кой, и патрубка дл  отвода охлаждающего агента, которьй расположен под верхней трубной решеткой. Движу щчйс  снизу вверх газ увлекает.жидкость в виде пленки по внутренним поверхност м теплообменных труб в направлении своего движени . Абсорб ци  в этом случае ведетс  при больших скорост х газа, чем достигаютс  высокие коэффициенты массопередачи. Охлаждающий агент, служащий дл  отвода тепла реакции, подаетс  в межтрубное пространство, движетс  снизу вверх сплошным потоком и выводитс  через верхний патрубок 2j. Недостатком известной, конструкци аппарата  вл етс  низка  интенсивность теплообмена, обусловленна  ма лой скоростью движущегос  сплошным потоком в межтрубном пространстве теплоносител . Цель изобретени  - повышение интенсивности теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента. Указанна  цель достигаетс  тем, что тепломассообменный аппарат-, включающий корпус с патрубками ввода и вывода фаз, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки, патрубок ввода охлаждающего агента, расположенный над нижней трубной решеткой , и патрубок вьтода охлаждающего агента, снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой , и пластинами с горизонтальными гофрами, установленными в межтрубном пространстве, а патрубок вывода охлаждающего агента расположен от нижней трубной рещетки на рассто нии 1/4-1/3 высоты пучка теплообменных труб между решетками. Пластины размещены по высоте отдельными блоками, при этом пластины одного блока смещены относительно пластин предащущего блока. Дополнительный патрубок ввода охлаждающего агента наход щийс  под верхней трубной решеткой, обусловливает пленочное стекание охлаждающего агента по наружным стенкам теплообменных труб,что приводит к значительному повьш1ению коэффициента теплоотдачи от стенок труб к охлаждающему агенту и, следовательно, к общей интенсификации теплообмена. Поток охлаждающего агента, поступающий через патрубок над нижней трубной решеткой, охлаждает ее и теплообменные трубы в нижней части, иначе тепло реакции, вьщел ющеес  в этой зоне, повысит температуру решетки и стенок труб, значительно снизит коррбзионную стойкость материала, особенно в услови х агрессивных сред, и, как следствие, приведет к быстрому выходу аппарата из стро . Блоки пластин с горизонтальными гофрами, расположенные в этой зоне в межтрубном пространстве, турбулизуют и перераспредел ют по сечению аппарата поток охлаждающего агента, поднимающегос  снизу вверх, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Угол- поворота блоков пластин относительно друг друга зависит от размещени  труб в трубных решетках. Например, при размещении

3t

труб по вершинам прамилыюго тре угольника величина угла составл ет 60 (фиг. 2-4), Расположение выводного патрубка охлаждающего агента обусловлено следующими причинами: коэффициент теплоотдачи верхней части аппарата при пленочном Стекании охлаждающего агента составл ет пор дка 3000-6000 Вт/м. град., а нижней части 600-800 град, (с учетом турбулизации потока), что соответствует усредненным по всей высоте теплообменной поверхности значени м коэффициента теплоотдачи 1200-2500 Вт/м.град. В прототипе при движении теплоносител  сплошным потоком по межтрубному пространству значение коэффициента теплоотдачи составл ет 400-600 . Поэтому увеличение высоты расположени  патрубка вьшода охлаждающего агента от нижней трубной решетки более 1/3 высоты пУчка теплообменных труб ведет к уменьшению суммарного коэффициента теплоотдачи от стенок труб к охлаждающему агенту и, как следствие этого, к увеличению поверхности теплообмена и размеров аппарата в делом. Уменьшение высоты расположени  вьшодного патрубка менее 1/4 высоты пучка теплообменньк труб от нижней трубной решетки ведет к уменьшению поверхности теплообмена в этой зоне и, следовательно, к уменьшению интенсивности охлаждени  реакционной смеси внутри теплообменных труб, что приводит к увеличению ее температуры и снижению коррозионной стойкости материала теплообменных труб в агрессивных средах.

Таким образом уменьшение высоты h расположени  патрубка вьтода охлаждающего агента менее 1/4 от высоты теплообменных труб ведет к увеличению температуры стенки со стороны кислоты , вьппе допустимой, коррозии трубок и быстрому выходу аппарата из стро . Увеличение высоты более 1/3 .нецелесообразно в св зи с уменьшением усредненного коэффициента теплопередачи , что ведет к уменьшению интенсивности теплообмена в аппарате.

На фиг. 1 приведен аппарат, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 ; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - конфигураци 

J4 , 4

пластин в первом по ходу движени  ох-, лаждаюшего агента блоке на фиг. 6 конфигураци  пластин остальных блоков, на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 5. Тепломассообменный аппарат состоит из пучка труб 1, закрепленных в трубных решетках 2: Камера 3 снабжена патрубками 4, располо сенными соосно с трубами 1. Между верхними обрезами патрубков и нижними обрезами труб оставлены щели 5. Под нижней трубнойрашеткой расположено распределительное устройство 6. Дл  подвода и отвода газа, жидкости и охлаждающего

агента служат патрубки соответственно 7-13. В межтрубном пространстве установлены блоки пластин с горизонтальными гофрами 14.

Устройство работает следующим

обрзж м.

Газ через патрубок 7 поступаетв камеру 3 и через патрубки 4 попадает в трубы 1. Жидкость поступает через , патрубок 9 в камеру 3 и через щели 5

в трубы 1. Увлекаема  движущимс  газом жидкость течет в виде пленки по внутренней поверхности этих труб снизу вверх. По выходе из труб 1 жидкость сливаетс  на верхнюю трубную

решетку и выводитс  через патрубок 10, а газ уходит через патрубок 8. Один из потоков охлаждающего агента поступает через патрубок 12 в распределительное устройство 6, где распредел етс  по наружным поверхност м теплообменных труб и пленкой стекает вниз, Другой поток охлаждающего агента поступает через патрубок 11 в межтрубное пространство и движетс 

вверх через блоки пластин с горизонтальными гофрами 14.... I

поток охлаждающего агента поступает через патрубок 11 на первый блок пластин, заполн ет его и поднимаетс  вверх. Так как пластины пос-. ледующего блока выполнены с поворотом относительно Пластин предыдущего блока, охлаждающий агент перераспредел етс  по сечению.аппарата, что неключает возможность местного перегрева теплообменных трубок. Пройд  все блоки, охлаждающий агент выводитс  через патрубок 13.

Пластины в сечении могут иметь гофрировку многих видов. Один из них показан на фиг. 7, причем толщина листа S и величина гофрировки а

завис т от диаметра труб и их размещени  в трубных решетках.

Наличие гофр при поперечном их обтекании охлаждающим агентом приводит к турбулизации потока и, как следствие этого, интенсификации процесса теплообмена , (увеличение коэффициен ,та теплоотдачи со стороны охлаждающего агента с 400-600 до iSOO 800 Вт/м. град.).

Предлагае1«|1й аппарат характеризуетс  большей интенсивностью теплообмена по сравнению с прототипом, облада  при этом высоким коэффициентом массопередачи. Например, при указанных вьше значени х коэффициентов теплоотдачи величина коэффициента теплопередачи в предлагаемом аппарате по сравнению с прототипом увеличиваетс  в среднем в 3 раза, что позвол ет снизить капитальные затраты только на одной сернокислотной установке производительностью tOOO т в суткк на 300-450 тыс. руб.

: xl-Д фиг. 2 -н i/г.J ue.f.

Claims (2)

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, верхнюю и нижнюю трубные решетки, патрубок ввода охлаждающего агента, расположенный над нижней трубной решеткой, и Патрубок вывода охлаждающего агента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем турбулизации охлаждающего агента, он снабжен дополнительным патрубком ввода охлаждающего агента, размещенным под верхней трубной решеткой, и пластинами с горизонтальными гофрами, установленньыи в межтрубном пространстве, а патру• бок вывода охлаждающего агента расположен от нижней трубной решетки на расстоянии 1/4-1/3 высоты пучка ’ теплообменных труб между решетками.

2. Аппарат по π. 1, о т л и Ч а- , _Q ю щ и й с я тем, что пластины раз— ® мещены по высоте отдельными блоками, If/ъ при этом пластины одного блока сме- |w г щены относительно пластин предыдущего блока.* I