Тепломассообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 119) (1 59686 01 Р 3/28 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВ 8 ТОРСНОМ(54РАТ Жи косл ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к аппаратур- , ному оформлению тепломассообмена в системе газ - жидкость и может быть использовано для проведения процессов абсорбции, десорбции, осушки и очистки газа в химической, нефтехимической, пищевой и смежных отраслях промышленности. Цель - повышение эффективности работы и улучшение технологичности конструкции пленочного тепломассообменного аппарата. Аппарат содержит вертикальный корпус 1 с трубами 2, закрепленными в трубных решетках 3 и 4, и средство 5 подачи жидкости к трубам 2. В их верхнюю часть плотно1459686 5 10 вставлены распределители 7 в виде двух элементов дугового профиля, пространство между которыми разделено перегородкой линейного или криволинейного сечения. Свободные края элементов дугового профиля на уровне торцов труб 2 имеют над 1Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообмена в системе газ - жидкость и может быть использовано для проведения теплонапряженных процессов абсорбции, десорбции и осушки газа в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности, в частности эффективное использование устройства возможно в производстве серной кислоты на стадии абсорбции триоксида серы.Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет распределения жидкой фазы двумя потоками и улучшение технологичности конструкции.На фиг,приведен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг, 2 - распределитель с перегородкой линейного сечения, аксонометрия; на фиг. 3 - распределитель с перегородкой криволинейного сечения, вид сверху; на фиг. 4 - развертка распределителя; на фиг. 5 - схема приспособления для изготовления распределителей.Тепломассообменный аппарат содержи вертикальный корпус 1, содержащий трубы 2, закрепленные в трубных решетках 3 и 4, средство 5 подачи жидкости к ним, например форсунку, которая установлена в распределительной камере 6 над распределителями 7 жидкости. Последние плотно вставлены в верхней части труб 2. Аппарат установлен на сборнике-сепараторе 8. Распределитель 7 выполнен из тонколистового ма.териала и образован двумя плотно встав ленными в трубу элементами 9 дугового профиля. Цилиндрическое пространство между ними разделено перегородкой 10 линейного (фиг. 2) или криволинейного (фиг. 3) сечения, вертикальные кромки 11 которой соединены с диаметрально расположенными краями 12 элементов 9 дугового профиля. Свободные края 13 элементов 9 дугового профиля снабжены горизонтальными надрезами 14 на уровне верхних торцов труб. Размещенные над ними прямоугольные участки отогнуты наружу в виде упорно-направляющих козырьков 15 с образованием вертикальных питающих каналов 16. При установке распределителей в трубы нижняя кромка козырьков выполняет функцию ограничителя перемещения в вертикальном направлении. Согнутый из развертки 15 20 25 30 35 40 резы, участки над которыми отогнуты наружу в виде упорно-направляющих козырьков, образующих вертикальные питающие каналы. Аппарат работает в режиме нисходящего прямотока фаз при скорости газа в трубах до 30 м/с. 1 з,п. ф-лы, 5 ил., 2 табл. 2(фиг. 4) распределитель обладает пружинящими свойствами, благодаря чему он легко устанавливается и надежно фиксируется в трубе аппарата. Форма питающего канала 16 обеспечивает тангенциальный плавный вход жидкости в распределитель 7 и трубу 2. Упорно-направляющие козырьки 15 наряду со своей основной функцией выполняют роль успокоителей жидкости на трубной решетке 3.Тепломассообменный аппарат снабжен патрубками 17 - 22 для входа и выхода газа, жидкости и теплоносителя соответственно. Распределители 7 могут быть легко изготовлены из заготовок прямоугольной формы (фиг. 4) способом гибки на вороте (фиг. 5). В прорезь 23 ворота 24 станка вставляется заготовка. После этого вороту сообщается вращательное движение. Взаимодействуя с нажимными роликами 25, заготовка приобретает форму распределителя. После отгиба упорно-направляющих козырьков распределитель готов.Простота изготовления распределителей 7 в совокупности с возможностью использования трубчатки серийно выпускаемых стандартных тепломассообменников . обеспечивает высокую технологичность конструкции.Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.Жидкость по патрубку 19 подводится к форсунке 5, которая распыливает ее по сечению аппарата с образованием небольшого уровня над поверхностью трубной решетки 3. Основная часть жидкости, пройдя каналы 16 распределителей 7, в виде пленки стекает по внутренней поверхности труб. Газ по патрубку 17 вводится в верхнюю часть распределительной камеры 6. Здесь он взаимодействует с факелом распыла форсунки, захватывает в виде капель другую часть жидкости, распределяется по трубам аппарата, проходя через распределители 7. Благодаря большой скорости газового потока (до 30 м/с) и наличию в нем турбулентных пульсаций уже на небольшом расстоянии от входа в трубу капли жидкости попадают на стенку, где они сливаются со стекающей пленкой. Одновре 145968610 15 20 менно происходит процесс отрыва капель с гребней волн, образующихся на поверхности пленки, которые увлекаются в ядро газового потока. Процессы слияния капель с жидкой пленкой и их отрыва с гребней волн в режиме высокоскоростного нисходящего прямотока приводят к образованию в трубах сильно турболизованной пленочной зоны контакта фаз и газожидкостной смеси определенной концентрации (капельной зоны контакта фаз) с интенсивным обновлением поверхности контакта газа и жидкости. Это обеспечивает высокую интенсивность проводимых в аппарате процессов и высокую пропускную способность по фазам.Покидая трубы, газ и жидкость попадают в сборник-сепаратор 8. Газ выводится из последнего через патрубок 18, меняя свое направление на 180. Благодаря инерционным силам капли жидкости осаждаются в нижней части сборника-сепаратора 8, жидкая фаза выводится из аппарата через патрубок 20. Для отвода тепла процесса в межтрубное пространство аппарата по патрубку 21 вводят теплоноситель, который отводится по патрубку 22. В случае контактирования в трубах аппарата газа с жидкостью, вязкость которой сильно превышает вязкость воды в межтрубном пространстве (напри мер серная кислота), организация в трубах высокоскоростного нисходящего прямотока газа и пленки жидкости (%=10 - 30 м/с) существенно интенсифицирует (в 1,5 - 2,5 раза) процесс отвода тепла реакции по сравнению со случаем простого гравитационного стекания пленки, Это позволяет иметь аппарат с более низкой поверхностью тепло- обмена, а следовательно, и с меньшей металлоемкостью. В предлагаемом аппарате жидкая фаза вводится в трубы двумя путями: равномер но в виде пленки жидкости через питающие каналы 16 распределителей 7 под действием давления гидростатического столба жидкости на трубной решетке и менее равномерно (за счет исходной неравномерности орошения трубной решетки форсункой) в виде газожидкостной смеси через верхнее сечение распределителя 7, примерно равное внутреннему сечению трубы. Поскольку в нредлагаемом аппарате в качестве теплообменно-о устройства целесообразно испол ьзоват ь трубчатку серийно выпускаемых стандартных одноходовых кожухотрубчатых теплообменников, легко рассчитать долю жидкости, подаваемую в трубы неравномерно Рф (в). Эта доля жидкости приблизительно равна отношению сечения трубного пространства Ьр к поперечному сечению аппарата по внутреннему диаметру Д: 25 30 35 40 45 50 55 Рф= щ,%Р При этом доля жидкости, подаваемая в трубы равномерно в виде пленки,Р,=100 - Рф,Используя данные одноходовых кожухотрубчатых теплообменников типа ТН и ТК, рассчитывают значения Рф и Рдля трубчаток различного типоразмера (табл. 1).В качестве коэффициента неравномерности Кн распределения по сечению аппарата скоростей, плотности орошения и других параметров принимают отношение максимального значения параметра к средней (по сечению) его величине. При идеально равномерном орошении форсункой сечения аппарата Кн=1,Для предлагаемого аппарата значение коэффициента неравномерности орошения труб определяют по формулеК=Кф Рф+К Ргде К - коэффициент неравномерностиорошения труб через щели распределителей, значение которо о можно принять равным К=1.Подставляя численные значения для теплообменника диаметром 600 мм с трубами диаметром 20 мм, получают К= 1,29.Это значение коэффициента неравномерности является малой величиной (не превышает значение коэффициента неравномерности распределения скоростей по сечению аппарата при турбулентном режиме). Сравнение полученной неравномерности с неравномерностью орошения форсункой показывает, что для предлагаемого аппарата коэффициент неравномерности меньше в 1,55 раза.Проверку работоспособности распределителя 7 проводят на экспериментальном стенде для изучения теплоотдачи и гидро- динамики при нисходящем прямотоке газа (воздуха) и пленки жидкости. Основной элемент стенда - медная труба внутренним диаметром 21 мм и высотой 1856 мм Распределитель жидкости вставляют в верхнюю часть трубы, над верхним торцом которой он выступает на 30 мм. Ширина вертикальных питающих каналов составляет 2 мм. Верхняя часть трубы с распределителем помещена внутри распределительной камеры диаметром 125 мм, в распределитель подают воздух и воду. Распределитель формирует на стенке трубы пленку жидкости, а газ проходит над ее поверхностью по трубе сверху вниз и отводится со стенда. Расход воздуха измеряют ротаметром типа РМГУЗ и сдвоенной диафрагмой, Расход жидкости - ротаметром РМ,4 ЖУЗ Скорость воздуха в трубе % меняют от1459686 Формула изобретения Таблица 1 Внутренний диаметр Р, мм1 1 1 1 Пока- Диаметр затели труб с 1,273 400 - 600 800 1000 1200 30,5 20,5 28,6 28,9 29,4 30,3 24,0 30,2 31,8 33,2 34,4 79,5 71,4 71,1 70,6 69,7 76,0 69,8 68,2 66,8 65,6 20 34,5 25 69,5 Р., % 20 0 до 33 м/с, а плотность орошения Г, от 3 10 - 4 17 10 - 4 2/Стенд оборудован приборами для определения среднего коэффициента теплоотдачиа и измерения перепада давления ЬР/1.Подвод тепла к стекающей пленке дистиллированной воды осуществляют по методу постоянного теплового потока - электрообогревом.Согласно опытам получают хорошее ка,. чество распределения жидкости по внут ренней поверхности трубы, что подтверж дается высокими значениями коэффициентатеплоотдачи как при гравитационном стекании пленки (%=0), так и при нисходящем прямотоке фаз. В табл. 2 приведены результаты экспериментов, выполненных при ; двух плотностях орошения.Из приведенных данных видно, что с : увеличением скорости% до 7 - 8 м/с наблюдается незначительный рост сопротивленияорошаемой трубы. Коэффициент теплоот, дачи при этом практически равен коэффициенту теплоотдачи при %=0. В области : :сильного влияния газа на пленку жидкости%) 7 - 8 м/с наблюдается заметный прирост ; сопротивления трубы и наблюдается ростинтенсивности теплоотдачи.Опыты, выполненные на стенде с традиционным щелевым распределителем жидкости дают аналогичные результаты. Поскольку интенсивность теплоотдачи в значительной мере определяется равномерностью распределителя жидкости, высокие значения коэффициентов теплоотдачи а подтверждают хорошую работу распределителя,Предлагаемый аппарат обеспечивает по сравнению с известным. повышение эффективности работы, что достигается более равномерным распределением газа и жидкости по трубам аппарата. Их равномерное распределение позволяет работать всем трубам аппарата в режиме одинаково высокой интенсивности и эффективности процесса, исключая проскок газа по сече нию сухих труб. Кроме того, улучшениетехнологичности конструкции тепломассообменного аппарата, что достигается использованием трубчатки серийно-выпускаемых стандартных кожухотрубчатых теплообменников и установкой в верхней части труб недорогих и простых в изготовлении распределителей из листового материала. 1. Тепломассообменный аппарат, включающий вертикальный корпус, закрепленные в решетках трубы, средство для подачи жидкости к ним, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет распределения жидкой фазы двумя потоками и улучшения технологичности конструкции, он снабжен распределителями, плотно вставленными в верхнюю часть труб, выполненными в виде двух элементов дугового профиля, цилиндрическое пространство 25 между которыми разделено перегородкойлинейного или криволинейного сечения, вертикальные кромки которой соединены с двумя диаметрально расположенными краями элементов дугового профиля, при этом два других их свободных края на уровне верхних торцов труб выполнены с надрезами и размещенные над ними участки отогнуты наружу в виде упорно-направляющих козырьков, образующих питающие каналы с наружной поверхностью дугового профиля.2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем,что верхняя часть распределителей, выступающая над трубами, выполнена с перфорацией.1459686 омона тель А. СондВерес РедакЗаказИИП бретениям иРаушская н Патент, г. У ро ор Н. Бобкова387/4И Государственного ко113035, Москодственнб-издатель ски СоставТехред И Тираж 60 итета по из а, Ж - 35, и комбинат Корректор В. БутягаПодписноеткрытиям при ГКНТ СССб., д. 4/5жгород, ул. Гагарина 10