Регенератор

(19) 111) Щ 4 Р 28 Э 7/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Епифанова В.И. Разделение влздуха метлдлм глубокого охлаждения,И.: Иашинлстрление,;193, т, 1, с344,(54) РЕГЕНЕРАТОР(5 7) Изобретение м,б. исплльзлванлв химическом, нефтянлм машинлстроении, в установках разделения воздуха.Цель иэлбретения - повышение эклнлмичнлсти регенератара. Вертикальныйцилиндрический корпус 1 содержиттрубки 2, размещенные в четырех злнах пл высоте. В корпусе 1 радиальнорасположена перфорированная трубка14605 7 Ь 12, один конец которой жестко соединен с сердечником 14, установленнымв центральной части корпуса, а другой - снабжен патрубком 13, закрепленным ца корпусе 1. Трубка 12 установлена в дополнительной зоне 11,размещенной между верхней и нижнейзонами с витыми трубками 2. Наружныйдиаметр патрубка 13 меньше внутреннего диаметра перфорированной трубки12, Отношение шага навивки трубок 2,в дополнительной зоне 11 к шагу на"вивки трубок 2 в верхней и нижнейзонах с витыми трубками 2 равно 3-7.Отношение площади поперечного сечения трубок 2 к площади поперечногосечения корпуса 1 равно 0,01-0,02.Один конец патрубка; 13, размещенный Изобретение относится к аппарато" строению и может быть использовано в химическом, нефтяном машиностроении, преимущественно в установках разделения воздуха.5Целью изобретения является повы-, шение экономичности за счет увеличенич интенсификации теплообмена и на"дежности при эксплуатации.11 а чертеже изображен регенератор,общий вид.Регенератор содержит вертикально установленный. цилиндрический корпус 1 с трубками 2, заполненный насадкой 3, выполненной из базальта, патрубки 4 и 5 для подвода и отвода прямого и обратного потоков рабочихсред, патрубок 6 для подвода чистого продукта. 20Регенератор состоит из пяти зон,расположенных на высоте корпуса 1,в верхней части корпуса 1 размещеныверхняя зона 7 с прямыми трубками 2и верхняя зоны 8 с витыми трубками252 с постоянным шагом навивки, в нижней части корпуса 1 размещены нижняя .эоны 9 с витыми трубками 2 с постоянным шагом навивки н нижняя зона 10 с прямыми трубками 2. Между зонами 8 30и 9 расположена дополнительная зона .11 с увеличенным шагом навивки трубок в трубке 12, м.б, выполнен плавающим. Зоны в корпусе м.б. выполнены с соотношениями: высота зоны 11 к высоте нижней зоны с витыми трубками 20,03-0,05, высота верхней зоны с прямыми трубками 2 к высоте верхней зоны с витыми трубками 0,05-02, высотаверхней зоны с витыми трубками 2 квысоте нижней эоны с витыми трубками2 1,7-1,9 и высота нижней зоны с прямыми трубками 2,5-3,2, Конструкциярегенератора позволяет увеличить интенсификацию теплообмена и,надежность работы регенератора при эксплуатации,улучшить равномерность отбора части прямого потока воздуха, избежать попадания зернистого материала насадки в устройство. 2 з.п, ф-лы, 1 ил. 2, В дополнительной зоне 11 радиально корпусу 1 расположена по крайней мере одна перфорированная трубка 12 с плавающим патрубком 13. В корпусе 1 регецератора размещен сердечник 14, к которому прикреплена одним концом перфорированная трубка 12.Регенератор работает следующим образом.Через патрубок 4 в корпус , заполненный насадкой 3, подают поток газа, например" воздуха (прямой поток), Через патрубки 5 и 6 в корпус 1 регенератора подают охлаждающий обратный поток, причем через патрубок 6 по трубкам 2 подают один из продуктов разделения воздуха повьппенной чистоты, например технический кислород . В процессе прохождения прямого потока происходят его охлаждение и отложение примесей (например, паров воды и двуокиси углерода) на поверхности насадки 3 и трубок 2, после чего очищенный от примесей прямой поток направляют через патрубок 5 в.блок ректификации установки (не показано). Часть прямого потока через патрубок 13 отводят из регенератора для улучшения условий очистки насадки 3 и поверхности трубок 2 в дополнительной зоне 11 регенератора.составляет 0,05-0,2. При соотношении более 0,2 происходит увеличениенедорекуперации и снижается доля по"лучения чистых продуктов. При соотношении менее 0,2 невозможно завеститрубки 2 в трубную решетку. из,обр ет ения 1, Регенератор, содержащий вертикально установленный цилиндрич 1 эский корпус с трубками, которые размещены в четырех зонах по высоте,в верхней части корпуса размещенаверхняя зона с прямыми трубками иверхняя зона с витыми трубками спостоянным шагом навивки, в нижнейчасти корпуса - соответственно нижняя зона с витыми трубками с постоянным шагом навивки и нижняя зона спрямыми трубками, сердечник, установленный в центральной части корпуса,и размещенную в корпусе насадку, выполненную иэ базальта, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения экономичности эа счет увеличения интенсификации теплообменаи надежности при эксплуатации, он.снабжен по крайней мере одной расположенной в корпусе радиально перфорированной трубкой, один торец которой жестко соединен с сердечником,а другой снабжен патрубком, закрепленным на корпусе, при этом перфорированная трубка установлена в дополнительной зоне, размещенной междуверхней и нижней зонами с витымитрубками, при этом наружный диаметрпатрубка меньше внутреннего диаметраперфорированной трубки, отношениешага навивки трубок в дополнительнойзоне к шагу навивки трубок в верхнейи нижней зонах с витыми трубкамиравно 3-7, а отношение площади поперечного сечения трубки к площади поперечного сечения корпуса равно О, 010,02.2. Регенератор по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что один конецпатрубка, расположенный в перфорированной трубке, выполнен плавающим.при этом разница между внутреннимрадиусом трубки и наружным раДиусомпатрубка меньше минимального диаметра частиц базальта,3, Регенератор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что зоны в корпусе выполнены с соотношениями: вы 5 1460576 6 шение составляет 1,7-1,9. При соотношении более 1,9 происходит значительное увеличение количества накапливающихся примесей, что приводит кзабивке аппарата. При соотношенийменее 1,7 дальнейшего уменьшенияколичества накапливающихся примесейне происходит. ФормулаВ дополнительной зоне 11 регенератора установлена по крайней мереодна перфорированная трубка 12, которая для улучшения равномерности отбора части прямого потока расположена радиапьно так, что один торецтрубки жестко прикреплен к сердечнику регенератора, а другой снабженпатрубком 13.Для воэможности установки перфорированной трубки 12 в дополнительной зоне 11 отношение шага навивкитрубок 2 в дополнительной зоне к шагу навивки трубок 2 в 8-й и 9-й зонах составит 3-7 в зависимости отдиаметра трубок 2. Уменьшение этого 2 б соотношения меньше 3 может привестик тому, что перфорированная трубка12 не войдет в зазор между виткамитрубок 2, а увеличение больше 7 приведет к уменьшению поверхности теплообмена трубок 2.Торец перфорированной трубки 12снабжен патрубком 13, который закреп"лен на корпусе 1, а торец патрубка13, расположенный в перфорированнойтрубке 12, выполнен плавающим.Причем во избежание попадания зернистого материала насадки 3 в устройство разница между внутренним радиусом трубки 12 и наружным радиусом .40 патрубка 13 должна быть меньше минимального диаметра частиц насадки.Кроме того, отношение площадипоперечного сечения перфорированнойтрубки 12 к площади поперечного сече б ния корпуса должно быть 0,01-0,02.При соотношении менее 0,01 увеличится гидравлическое сопротивление патрубка 13, что ведет к увеличениюэнергозатрат или к уменьшению количества чистых сухих продуктов. Приувеличении соотношения более 0,02возрастает металлоемкость аппаратапри сохранении увеличенного количества сухих продуктов. В 7-й зоне регеббнератора трубки 2 выполнены в видеслегка изогнутых трубок с небольшойповерхностью теплообмена. Соотношение высоты между 7-й и 8-й зонами60576 10 15 20 30 35 3 14Затем осуществляется переключениепотоков в регенераторе, при которомчерез патрубок 5 подают охлаждающийобратный поток газа, например азота.В результате теплообмена междуобратным потоком и насадкой 3 происходит нагрев обратного потока. Приэтом осевшие на поверхности насадки3 и трубок 2 примеси выводятся изрегенератора через патрубок "4 вместе1с обратным потоком.Для обеспечения длительной работыаппарата необходимо, чтобы насадка 3и поверхность трубок 2 полностью очищались от примесей. При неполнойочистке регенератора от примесей происходят постепенное их накапливание,уменьшение проходного сечения насадкк и увеличение гидравлического сопротивления, появляется необходимостьостановки аппарата и удаления примесей путем отогрева насадки до поломтельных температур,Для полной очистки насадки 3 итрубок 2 от примесей необходимо поддерживать определенную разность температур между прямым потоком, выходящим из патрубка 5, и обратными потоками, входящими в патрубки 5 и 6.Например, для регенераторов воздухоразделительных установок при получении чистых продуктов до 407 эта разность составляет 3-4 С. Однако, какпоказали проведенные исследования,на количество примесей, остающихсяв регенераторе, значительное влияниеоказывают также и конструктивные параметры регенератора. садкой, Таким образом, на границе между 10-й и 9-й зонами имеет место наибольшая разность температур между потоком газа по насадке 3 и потоком газа внутри трубок 2При уменьшении высоты 1 О-й зоны разность температур на границе между 10-й и 9-й зонами уменьшается. Однако полное исключе-, ние О-й зоны невозможно, так как в этом случае невозможно завести трубки 2 в трубную решетку. Проведенные исследования показали, что ,между количеством накапливающихся примесей и соотношением высоты 9-й и 10-й зоны существует определенная зависимость и отношение высоты 9-й зоны к 10-й должно быть 2,5-3,2. При этом соотношении высот еще возможна развязка труб в трубную решетку, При соотношении высот 9-й и 10-й зоны более 3,2 количество накапливающихся примесей остается практически постоянным.При соотношении высот 9"й и 10-й зон менее 2,5 происходят, накаплива-,ние примесей на трубках змеевиков,увеличение гидравлического сопротивления потоков, что, следовательно,приводит к преждевременной остановке аппарата на отогрев. В 9-й зоне происходит вымораживание двуокиси углерода на поверхности насадки 3 и трубок 2 во время прохождения прямого потока. Очистка поверхности трубок 2 от этой примеси определяет продолжительность работырегенераторов без отогрева.Количество примесей, остающихсяв регенераторе после прохождения об40 4550 55 Для определения влияния проведены экспериментальные работы по процессам тепло- и массообмена, происходящим в различных зонах регенератора.В 10-й зоне регенератора через насадку 3 проходят прямые, несколько изогнутые трубки 2 до начала навивки в 9-й зоне. Поверхность тепло- обмена трубок 2 в этой зоне в 15-20 раз меньше, чем в 8-й и 9-й зонах, где расположены трубки 2 с постоянным шагом навивки. Поэтому обратный по-. ток, проходящий по трубкам 2, не нагревается и имеет температуру, равную температуре потока на входе в патрубок 6.Однако обратный поток отбросного газа, проходящий по насадке 3, нагревается за счет теплообмена с наратного потока, в каждом конкретном аппарате зависит от разности температур между прямым и обратным потоками на более холодном конце регенераторов. Однако, как показывают более глубокие исследования, количество на" капливающихся примесей при постоянной разности температур на более холодном конце регенератора зависит также от изменения разности температур между потоками в тех сечениях регенера-. тора, где происходят вымораживание и возгонка этой примеси. Проведенные исследования показали, что количество примесей, остающихся в регенераторе, и разность температур между потоками газов зависят от соотношения высот 8-й и 9-й зоны. Это соотнб 7 1460576 8соты дополнительной зоны к высоте ней эоны с витыми трубками к высоте нижней. зоны с витыми трубками 0,03- нижней зоны с витыми трубками 1,7- 0,05, высоты верхней зоны с прямыми 1,9 и высоты нижней зоны свитыми трубками к высоте верхней зоны с ви-трубками к высоте нижней эоны с прятцми трубками 0,05-0,2, высоты верх- мыми трубками 2,5-3,2.5Составитель Н. АлексееваРедактор Л. Гратнлло Техред М.Дидык Корректор С. Шекмар"Заказ 532/49 Тираж 569 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101