RU11096U1

RU11096U1 - HEAT AND MASS EXCHANGE UNIT

Info

Publication number: RU11096U1
Application number: RU99107485/20U
Authority: RU
Inventors: Л.Г. Григорян; С.С. Михайлов; Е.Л. Шафранский; Ю.И. Игнатенков; С.П. Лесухин
Original assignee: ООО Инженерный центр "Нефть и газ"
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Тепломассообменный аппарат, включающий вертикальный корпус с патрубками ввода и вывода взаимодействующих фаз, внутри которого вертикально установлены теплообменные трубки и контактные элементы, плоскости которых образуют по высоте аппарата зигзагообразный канал для движения фаз, отличающийся тем, что теплообменные трубки выполнены синусоидально изогнутыми и установлены в отверстиях в плоскостях контактных элементов таким образом, что направления их изгибов в местах минимума и максимума синусоиды совпадают с изгибами плоскостей контактных элементов, образующих зигзагообразные каналы.Heat and mass transfer apparatus, comprising a vertical housing with nozzles for input and output of interacting phases, inside of which vertically mounted heat transfer tubes and contact elements, the planes of which form a zigzag channel for phase movement along the height of the apparatus, characterized in that the heat transfer tubes are sinusoidally curved and installed in holes in planes of contact elements in such a way that the directions of their bends in the places of minimum and maximum sinusoids coincide with the bends of the ntact elements forming zigzag channels.

Description

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТHEAT AND MASS EXCHANGE UNIT

Решение относится к тепломассобменной технике, а именно, к аппаратам капельно-пленочного типа для противоточного взаимодействия газа (пара) с жидкостью и может быть использовано в химической, нефтехимической , нефтяной и смежных отраслях промышленности для проведения тепломассообменных процессов.The solution relates to heat and mass transfer technology, namely, drip-film type devices for countercurrent interaction of gas (vapor) with liquid and can be used in chemical, petrochemical, oil and related industries for heat and mass transfer processes.

Достигнутый уровень техники аппаратов заявляемого типа характеризуют известные решения, получившие защиту на территории СССР и РФ, а именно:The achieved level of technology of the apparatus of the claimed type is characterized by well-known solutions that have received protection in the USSR and the Russian Federation, namely:

Тепломассообменный аппарат по авт. свид. СССР № 1.327897, МПК 4 B01D3/28, БИ №29, 87г., включающий корпус с штуцерами ввода и вывода контактирующих агентов, вертикальные зигзагообразные перегородки и расположенные между ними контактные устройства. Недостатком конструкций подобного типа является-НИЗКИи коэффициент теплообмена.Heat and mass transfer apparatus according to ed. testimonial. USSR No. 1.327897, IPC 4 B01D3 / 28, BI No. 29, 87, including a housing with input and output fittings for contacting agents, vertical zigzag partitions and contact devices located between them. A disadvantage of structures of this type is LOW and the heat transfer coefficient.

Пленочный трубчатый Тепломассообменный аппарат по пат. РФ № 2104755, МПК 6 В 01Д 53/18, БИ №5,98 г., содержащий вертикальный корпус и трубные решетки с закрепленными в них теплообменными трубами. Но аппараты данной конструкции работают только при небольших расходах жидкости. При увеличении расхода жидкости нарушается пленочный режим работы, аппарат «захлебывается, резко снижается коэффициент массообмена.Film tubular heat and mass transfer apparatus according to US Pat. RF № 2104755, IPC 6 V 01D 53/18, BI No. 5.98, containing a vertical casing and tube sheets with heat-exchange pipes fixed in them. But devices of this design work only at low flow rates. With an increase in fluid flow, the film mode of operation is violated, the apparatus “chokes”, the mass transfer coefficient decreases sharply.

Тепломассообменный адсорбер непрерывного действия по пат. РФ №2098169 МПК 6 В 01Д 53/06, БИ № 34, 97 г., включающий вертикальный корпус с штуцерами ввода и выводы контактирующих агентов, тепломассообменные трубчатые устройства в виде змеевиков с насадкой тарельчатого тапа для контактаHeat and mass adsorber continuous action according to US Pat. RF No. 2098169 IPC 6 V 01D 53/06, BI No. 34, 97, including a vertical housing with input fittings and terminals of contacting agents, heat and mass transfer tubular devices in the form of coils with a nozzle of tapered tapas for contact

Й1ПК6В01 D 53/18; 3/28Y1PK6V01 D 53/18; 3/28

Взаимодействующих агентов. Недостатком аппарата является сложность его конструкции, засоряемость конструкции примесями, т.е. требовательность к чистоте контактирующих сред, делающая невозможным использование его в подготовке нефти и газа.Interacting agents. The disadvantage of the apparatus is the complexity of its design, contamination of the structure with impurities, i.e. exactingness to the purity of contacting media, making it impossible to use it in the preparation of oil and gas.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности заявляемых признаков является аппарат для фракционной конденсации по а.с. № 1.058570, МПК В 01Д 5/00, 3/28, БИ № 45, 83 г., принятый за прототип.The closest in technical essence and the totality of the claimed features is an apparatus for fractional condensation by.with. No. 1.058570, IPC V 01D 5/00, 3/28, BI No. 45, 83, adopted as a prototype.

Аппарат включает корпус с патрубками ввода и вывода взаимодействующих фаз, внутри которого по высоте размещены контактные элементы с пропущенными через них теплообменными трубками, причем контактные элементы образуют по вертикали зигзагообразный канал. Недостатком аппарата является высокое сопротивление, оказываемое контактными элементами взаимодействующим фазам. Подвижность контактирующих элементов на теплообменных трубках, требует дополнительных затрат на их крепление. Основным из недостатков является низкая производительность аппарата за счет вынужденного расширения канала горизонтальными участками зигзагообразных перегородок. Это снижает количество каналов и количество теплообменных трубок, которые можно разместить в аппарате стандартного диаметра.The apparatus includes a housing with nozzles for input and output of interacting phases, inside of which, along the height, contact elements with heat-exchange tubes passed through them are placed, and the contact elements form a zigzag channel vertically. The disadvantage of this apparatus is the high resistance exerted by the contact elements to the interacting phases. The mobility of the contacting elements on the heat exchange tubes requires additional costs for their fastening. The main disadvantage is the low productivity of the device due to the forced expansion of the channel by horizontal sections of zigzag partitions. This reduces the number of channels and the number of heat transfer tubes that can be placed in a standard diameter apparatus.

Задачей предлагаемого решения является создание аппарата для тепломассообмена, конструкция которого повысит его тепловую производительность, пропускную способность, надежность и технологичность изготовления.The objective of the proposed solution is the creation of apparatus for heat and mass transfer, the design of which will increase its thermal performance, throughput, reliability and manufacturability.

Поставленная задача решается в предлагаемом тепломассообменном аппарате. Аппарат включает вертикальныйThe problem is solved in the proposed heat and mass transfer apparatus. The device includes a vertical

корпус с патрубками ввода и вывода взаимодействующих фаз. Внутри корпуса вертикально установлены теплообменные трубки и контактные элементы. Контактные элементы изготовлены иcase with nozzles for input and output of interacting phases. Heat exchange tubes and contact elements are vertically mounted inside the housing. Contact elements are made and

установлены таким образом, что своими плоскостями образуют зигзагообразный канал для вертикального движения фаз. Отличием является выполнение теплообменной трубки и ее установка по отношению к контактным элементам, а именно: теплообменные трубки выполнены изогнутыми синусоидально. В каждой плоскости зигзагообразных контактных элементов выполнены одно или несколько отверстий, через которые пропущены теплообменные трубы таким образом, что направления их изгибов, в местах минимума и максимума синусоиды, совпадают с изгибами контактных элементов. В результате увеличиваются теплопередающая поверхность и время контакта фаз с теплообменными трубами при движении их по Зигзагообразным каналам, обеспечивается достаточно равномерный прогрев жидкостей, эффективнее используется тепло, поступающее от труб, повышается коэффициент теплоотдачи труб. Все это, при равных с прототипом размерах аппарата, позволяет повысить тепловую производительность, пропускную способность и качество его работы. Кроме того повышаются надежность и долговечность аппарата, снижаются энергетические затраты. Совпадение направлений изгиба контактных элементов и теплообменных трубок позволяет систематизировать движение потоков контактирующих фаз и предотвратить излишнюю турбулизацию, приводящую к снижению производительности аппарата за счет возникновения процессов вихреобразования.installed so that their planes form a zigzag channel for the vertical movement of the phases. The difference is the implementation of the heat exchange tube and its installation in relation to the contact elements, namely: the heat transfer tubes are made curved sinusoidally. In each plane of the zigzag contact elements, one or more holes are made through which heat-exchange tubes are passed in such a way that the directions of their bends, at the minimum and maximum sinusoids, coincide with the bends of the contact elements. As a result, the heat transfer surface and the contact time of the phases with the heat exchange tubes increase during their movement along the Zigzag channels, sufficiently uniform heating of the liquids is provided, the heat received from the pipes is used more efficiently, and the heat transfer coefficient of the pipes increases. All this, with the dimensions of the apparatus equal to the prototype, allows to increase thermal performance, throughput and the quality of its work. In addition, the reliability and durability of the device are increased, energy costs are reduced. The coincidence of the bending directions of the contact elements and heat transfer tubes makes it possible to systematize the movement of flows of the contacting phases and prevent excessive turbulization, which leads to a decrease in the productivity of the apparatus due to the occurrence of vortex formation processes.

На фиг.1 представлен схематический разрез внутренней части аппарата, на фиг. 2 - разрез участка вертикального контактного зигзагообразного элемента.In Fig.1 presents a schematic section of the inner part of the apparatus, in Fig. 2 is a sectional view of a portion of a vertical contact zigzag element.

Аппарат состоит из корпуса, штуцеров ввода и вывода контактирующих сред и тепло - хладоагента (не показаны), зигзагообразных перегородок 1, образующих канал 2, с отверстиями 3, синусоидально изогнутых теплообменных трубок 4 и контактныхThe apparatus consists of a housing, inlets and outlets of contacting media and heat - coolant (not shown), zigzag partitions 1, forming a channel 2, with holes 3, sinusoidally curved heat transfer tubes 4 and contact

решеток 5. Решетки, трубы и перегородки установлены в аппарате вертикально.gratings 5. Lattices, pipes and partitions are installed vertically in the apparatus.

Аппарат работает следующим образом ( на примере процесса конденсации углеводородного газа).The device operates as follows (for example, the process of condensation of hydrocarbon gas).

Углеводородный газ(природный, нефтяной), подводят в каналы 2 снизу аппарата. В трубки 4 подают хладоагент. Газ поднимается по каналам 2, охлаждается трубками 4 и конденсируется. Конденсат оседает на трубках, плоскостях зигзагообразных перегородок 1 и контактных решетках 5. Решетки 5 повышают эффективность процесса аналогично а.с. СССР № 1327897. Трубки 4 вставлены в отверстия 3 без зазора, поэтому конденсат стекает по трубкам на плоскости перегородок 1, распределяется по ним и стекает в низ аппарата, переходя с вершин зигзагообразных перегородок на решетки 5 и диспергируясь на капли потоком восходящего газа, проходящего через отверстия этих решеток. Капли вновь оседают на поверхностях перегородок 1, трубок 4 и решеток 5, увеличивая кратность тепломассообмена по высоте аппарата. С верха аппарата отводят отбензиненный углеводородный газ, с низа - газовый конденсат.Hydrocarbon gas (natural, petroleum) is fed into channels 2 from the bottom of the apparatus. In the tube 4 serves the refrigerant. Gas rises through channels 2, is cooled by tubes 4 and condenses. Condensate settles on the tubes, the planes of the zigzag partitions 1 and the contact lattices 5. The lattices 5 increase the efficiency of the process similarly to the a.s. USSR No. 1327897. The tubes 4 are inserted into the openings 3 without a gap, therefore, condensate flows down the tubes on the plane of the partitions 1, is distributed along them and flows down to the bottom of the apparatus, passing from the tops of the zigzag partitions to the gratings 5 and dispersed into the droplets by the flow of rising gas passing through holes of these gratings. Drops again settle on the surfaces of partitions 1, tubes 4 and gratings 5, increasing the heat and mass transfer ratio over the height of the apparatus. From the top of the apparatus, stripped hydrocarbon gas is discharged, and from the bottom, gas condensate.

Аппарат хорошо показал себя при испытаниях:The device performed well in tests:

1.В процессах стабилизации нефти и нефтепродуктов. При их проведении жидкую контактирующую среду подают в зигзагообразные каналы с верха аппарата, а трубки 4 поступает теплоноситель. С верха аппарата в парообразном виде отводят легкие фракции, с низа стабильный жидкий продукт.1. In the processes of stabilization of oil and oil products. When they are held, the liquid contacting medium is fed into the zigzag channels from the top of the apparatus, and the coolant 4 enters the tube 4. Light fractions are removed from the top of the apparatus in vapor form, and a stable liquid product is from the bottom.

2.В процессах регенерации моноэтаноламина (МЭА) и диэтиленгликоля (ДЭГ), насыщенных N28 при очистке от него углеводородных газов. МЭА (или ДЭГ) подают в верх аппарата в зигзагообразные каналы, а в трубки 4 - теплоноситель. С верха аппарата отводят N28, а с низа - регенерированный МЭА (или ДЭГ).2. In the processes of regeneration of monoethanolamine (MEA) and diethylene glycol (DEG) saturated with N28 during the purification of hydrocarbon gases from it. MEA (or DEG) is fed to the top of the device in zigzag channels, and in the tube 4 - the coolant. N28 is removed from the top of the device, and regenerated MEA (or DEG) from the bottom.

99/0/ /99/0 / /

Испытания показали, что аппараты данной конструкции на 3040% эффективнее аналогичных аппаратов того же объема, т.к. увеличиваются теплопередающая поверхность и коэффициент теплопередачи от трубки к движущейся по каналу среде, а также за счет изменения траектории движения ее капель и увеличения числа контакта их с поверхностями трубок, перегородок, решеток. 5Tests have shown that devices of this design are 3040% more efficient than similar devices of the same volume, because the heat transfer surface and the heat transfer coefficient from the tube to the medium moving along the channel increase, as well as by changing the trajectory of its droplets and increasing the number of their contact with the surfaces of the tubes, partitions, gratings. 5

Claims

A heat and mass transfer apparatus, comprising a vertical housing with nozzles for input and output of interacting phases, inside of which vertically mounted heat transfer tubes and contact elements, the planes of which form a zigzag channel for phase movement along the height of the apparatus, characterized in that the heat transfer tubes are sinusoidally curved and installed in holes in planes of contact elements in such a way that the directions of their bends in the places of minimum and maximum sinusoids coincide with the bends of the ntact elements forming zigzag channels.