Тепломассообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 11 28 4(59 В 01 0 2 К. ф. БогатыхА. Самойловой инститчт тификацион ы. Л., ХиХлад гена 7 Теплеилея ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1, Александров Иные и абсорбционныемия, 1968, с. 232 - 2362. Платонов В. И.ние многокомпозициоХимия, 1965, с. 171 54) (57) 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙАППАРАТ, включающий корпус, контакт ые элементы, устройства подвода и отвод тепла в нижней и верхней частях аппарата, зону подвода сырья, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет достижения равномерного градиента температур по высоте аппарата в условиях термодинамически обратимой ректификации и снижения энергозатрат, контактные элементы выполнены с пере-менным сечением по вертикальной оси, увеличивающимся по направлению к устройствам подвода и отвода тепла, при этом основания элементов размещены в объеме этих устройств, а вершины расположены соосно и направлены к зоне подвода сырья.2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что контактные элементы выполнены из высокотеплопроводного материала.Изобретение относится к устройствам для разделения многокомпонентных смесей методом ректификации и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической промышленности.Известен массообменный аппарат, включающий корпус с размещенными в нем тарельчатым и контактными устройствами 11 .Аппарат имеет котносительно низкую эффективность разделения.Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус, онтактные элементы, устройства подвода и отвода тепла в нижней и верхней частях аппарата и в промежуточной части 2 .Аппарат работает следующим образом. Исходная смесь подается между контактными элементами отгонкой и укрепляющей секцией аппарата. В верхнюю и нижнюю части колонны подводится избыток холода и тепла соответственно для создания рабочего орошения в аппарате. Кроме того, предусматривается промежуточный теплосъем и теплоподвод по высоте аппарата для создания требуемого градиента температур. При этом, для наиболее полного обеспечения обратимости ректификации, градиент изменения абсолютной величины теплоподвода и теплоотвода от зоны ввода исходной смеси к концам аппарата должен быть положительным.Недостатком аппарата является необходимость монтажа дополнительной аппаратуры для подвола и отвода тепла по высоте аппарата, причем такой принцип подвода и отвода тепла дает скачкообразное изменение градиента температур, характеризуется нестабильностью, относительно низкой эффективностью. При данном способе также неизбежны относительно высокие теплрпотери.Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет достижения равномерного градиента температур по высоте аппарата в условиях термодинамически обратимой ректификации и снижения энергозатрат,Поставленная цель достигается тем, что .в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, контактные элементы, устройства подвода и отвода тепла в нижней и верхней частях аппарата, зону подвода сырья, контактные элементы выполнены с переменным сечением по вертикальной оси, увеличивающимся по направлению к устройствам подвода и отвода тепла, при этом основания элементов размещены в объеме этих устройств, а вершины расположены соосно и направлены к зоне подвода сырья.Контактные элементы выполнены из высокотеплопроводнЬго м атериала.На чертеже представлен тепломассообменный аппарат, разрез.Тепломассообменный аппарат включает корпус 1 с расположенными в нем высокотеплопроводными контактными элементами 2, выполненными с переменным по высоте аппарата сечением, встроенные устройства ввода 3 и отвода 4 тепла, штуцер 5 для ввода сырья, штуцера 6, 7, 8 и 9 для ввода и вывода хладагента и теплоносителя, штуцера 1 О и 11.Аппарат работает следующим образом для вывода фракций. Исходная смесь вводится в аппаратчерез штуцер 5 в зону подвода сырья, 15 где разделяется на паровую и жидкуюфазы. Паровая фаза направляется в верхнюю часть аппарата, причем часть ее непрерывно конденсируется на поверхности, теплопроводных контактных элементов 2,основания которых расположены в объеме устройства отвода тепла 4. Теплопроводнье контактные элементы 2 выполняются из металла, обладающего высоким значением коэффициента теплопроводности, например меди. Величина интснсивности теплосъема 25 в верхней части аппарата регулируетсяпеременной величиной сечения теплопроводных контактных элементов 2. Пройдя верхнюю часть аппарата, несконденсировавшиеся пары через штуцер 10 выводятся из аппарата. Жидкая фаза в зоне подвода сырья равномерно распределяется по сечению аппарата и направляется в его нижнюю часть. Здесь жидкая фаза, частично контактируя с элементами 2, по мере стекания равномерно испаряется. Таким образом, в связи с испарением и конденсацией фаз образуются встречные потоки, т. е. по высоте аппарата протекает равномерная ректификация с заданным для данных условий разделения градиентом температур по высоте контактных элементов. Образующийся жидкий продукт разделения выводится из аппарата через штуцер 11,Размещение теплопроводных контактных элементов остриями навстречу друг другу, точнее в направлении ввода сырья, 45 определяется особенностями термодинамически обратимой ректификации. Величина теплоподвода (теплоотвода) в любой секции колонны в направлении к зоне ввода сырья должна уменьшаться и в окрестностях ввода сырья должна быть незначительной (в зоне ввода сырья равной нулю), Это требование достигается сужением контактных теплопроводных элементов в направлении ввода сырья, что приводит к уменьшению элементарной поверхности контактного элемента в направлении к зоне ввода сырья и, соответственно, к уменьшению теплопередачи. Известные дискретные способы подвода (отвода) тепла в окрест1161128 Составитель А. Сондор Техред И. Верес Корректор А, Зимокосов Тираж 659 Подлисное ВНИ И ПИ Государственного комитета СССР ро делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Редактор В. Ковтун Заказ 3882/ 0 ностях ввода сырья неэффективны - потребная малая величина теплоподвода (теплоотвода) в этой области не оправдывает затраты на монтаж теплообменной аппаратуры и на перекачку теплоносителя через них.Величина (расход) внутренних потоков пара и жидкости по высоте колонны термодинамически обратимой ректификации существенно меняется: на концах колонны величины потоков незначительны, а в окрестностях ввода сырья во много раз больше. Вследствие этого диаметр колонны по высоте должен меняться. Монтаж тепло- обменной аппаратуры еще более усугубит . проблему. В предложенной колонне постоянного диаметра монтаж направленных остриями друг к другу контактных тепло- обменных элементов позволяет при достаточном диаметре колонны иметь необходимое свободное сечение в зоне ввода сырья и, с другой стороны, уменьшает свободное сечение на концах колонны, что обеспечивает необходимые линейные скорости потоков.Кроме того, соосность элементов облегчает равномерное распределение внутренних жидких потоков при их переходе с контактных элементов укрепляющей секции на контактные элементы отгонной секции.При отсутствии соосности для осуществления процесса потребовалось бы дополнительное распределение устройства.Однако эффект от замены теплообменных элементов (по прототипу) и достижения плавного изменения градиента тепло- подвода (теплоотвода) уже в самом начале эксплуатации колонны компенсирует первоначальные затраты. Целесообразно контактные теплопроводные элементы выполнять в форме многогранной пирамиды или конуса, .что упрощает их изготовление,В качестве теплопроводного элемента 15 мОжет быть использована, например, медьили любой другой достаточно теплопроводный материал.По сравнению с базовым объектом (прототип) предлагаемое устройство повышает эффективность разделения за счет достижения равномерного градиента температуры по высоте аппарата; снижает теплопотери за счет исключения устройств промежуточного и теплосъема по высоте аппарата.Кроме того, упрощена конструкция ап пар ата.