RU189935U1

RU189935U1 - FILM TUBULAR HEAT AND MASS EXCHANGE APPARATUS

Info

Publication number: RU189935U1
Application number: RU2019105889U
Authority: RU
Inventors: Виталий Геннадьевич Афанасенко; Константин Владимирович Сухарев; Петр Алексеевич Кулаков; Искандер Рустемович Кузеев
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-06-11

Abstract

Полезная модель относится к тепломассообменным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость и может быть использована в процессе ректификации, например, для разделения водометанольной смеси, а также в других процессах переработки нефти и газа.Целью полезной модели является создание нового устройства пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата с достижением технического результата: упрощение конструкции устройства ввода продукта (сырья).Указанная цель достигается тем, что в пленочном трубчатом тепломассообменном аппарате, содержащем вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой, подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата, согласно полезной модели в верхней камере над штуцером ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб, расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметра, большего, чем наружный диаметр теплообменных труб.The utility model relates to heat and mass transfer apparatus for gas (vapor) - liquid systems and can be used in the rectification process, for example, to separate water-methanol mixture, as well as in other processes of oil and gas processing. The purpose of the utility model is to create a new device of tubular heat and mass transfer apparatus with the achievement of the technical result: the simplification of the design of the input device of the product (raw materials). The above objective is achieved by the fact that in the film tubular heat and mass transfer apparatus, the vertical case, the upper and lower chambers, the upper and lower tube sheets, heat exchange tubes fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube rack and are connected to the body of the supply and discharge connection of the heat transfer medium, the input and output fittings for the liquid phase, Connected to cameras from opposite ends of the apparatus, a gas phase outlet, connected to the upper chamber of the apparatus, according to the utility model, in the upper chamber above the feedthrough of the feedstock, a perforated plate with holes of diameter greater than the outer diameter of the heat exchange tubes.

Description

Полезная модель относится к тепломассообменным аппаратам для систем газ (пар) - жидкость и может быть использована в процессе ректификации, например, для разделения водометанольной смеси, а также в других процессах переработки нефти и газа.The utility model relates to heat and mass transfer apparatus for gas (vapor) - liquid systems and can be used in the rectification process, for example, for the separation of water-methanol mixture, as well as in other processes of oil and gas processing.

Полезная модель относится к устройствам для проведения совместных процессов тепло- и массообмена и может быть использовано в химической, нефтехимической нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.The utility model relates to devices for joint processes of heat and mass transfer and can be used in chemical, petrochemical, oil refining and other industries.

Известна конструкция трубчатого абсорбера. Устройство содержит вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой, подключенные к корпусу штуцера отвода и подвода теплоносителя, штуцера ввода и вывода жидкости, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, трубу для подвода жидкости от штуцера ввода жидкости к верхней трубной решетке (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, с. 443, рис. Х1-9.).Known design of the tubular absorber. The device contains a vertical body, upper and lower chambers, upper and lower tube sheets, heat exchange tubes fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube rack, connected to the body of the outlet tap and supplying the heat carrier, fitting the liquid inlet and outlet connected to chambers from opposite ends of the apparatus, gas fittings connected to chambers from opposite ends of the apparatus, a pipe for supplying liquid from a fitting for introducing a liquid to the upper tube sheet (Kasatkin AG, Osno nye chemical processes and devices Technology -. M .: Chemistry, 1973, p 443, Fig H1-9)....

Известная конструкция работает только при небольших расходах жидкости. При подаче в аппарат большого количества жидкости возникает сильная неравномерность распределения жидкости по теплообменным трубам, захлебывание теплообменных труб, близлежащих к трубе подвода жидкости за счет образования волны при истечении жидкости с большим напором. Таким образом, имеет место значительное снижение эффективности тепломассообмена в аппарате при больших расходах жидкости.Known design works only at low flow rates. When a large amount of liquid is supplied to the apparatus, there is a strong uneven distribution of the liquid through the heat exchange tubes, the flooding of the heat exchange tubes adjacent to the fluid supply tube due to the formation of a wave when a high-pressure fluid flows. Thus, there is a significant reduction in the efficiency of heat and mass transfer in the apparatus at high flow rates.

Известна конструкция пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата, которая наиболее близка к заявленному объекту. Известное устройство содержит вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой, подключенные к корпусу штуцера отвода и подвода теплоносителя, штуцера ввода и вывода жидкости, выполненные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, параллельно верхней трубной решетке установленную полку, снабженную отверстиями и бортами. В отверстиях полки герметично установлены патрубки (распределители жидкости) с отверстиями для стока жидкости. Полка и верхняя трубная решетка снабжены порогами с зубчатыми верхними торцами. Для подвода жидкости на полку штуцер ввода жидкости имеет трубу (А.с. СССР №1416161 «Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат»).A known design of the film tubular heat and mass transfer apparatus, which is closest to the claimed object. The known device comprises a vertical housing, upper and lower chambers, upper and lower tube sheets, heat exchange tubes fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube rack and are connected to the body of the outlet and supply fluid connection, gas fittings connected to the chambers from the opposite ends of the apparatus, connected to the chambers from the opposite ends of the apparatus, parallel to the upper tube sheet installed a shelf fitted with openings and sides . In the openings of the shelf are sealed connections (fluid distributors) with openings for the flow of fluid. The shelf and upper tube sheet are provided with thresholds with toothed upper ends. For the supply of liquid to the shelf, the liquid inlet has a pipe (AS USSR No. 1416161 "Film tubular heat and mass transfer apparatus").

К недостаткам пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата следует отнести невозможность работы при больших расходах жидкости ввиду возникновения сильной неравномерности распределения жидкости по теплообменным трубам, захлебывание теплообменных труб, близлежащих к месту подвода жидкости.The disadvantages of the film tubular heat and mass transfer apparatus include the inability to work at high fluid flow rates due to the occurrence of a strong uneven distribution of the liquid through the heat exchange tubes, the choking of the heat exchange tubes close to the place where the fluid is supplied.

Объясняется это возникновением волны при ударе большой массы жидкости о преграду (например, плоскость полки, пороги). Эти недостатки снижают эффективность тепломассообмена в аппарате, ограничивают верхний предел диапазона нагрузок по жидкости.This is explained by the appearance of a wave when a large mass of fluid strikes a barrier (for example, a shelf plane, thresholds). These disadvantages reduce the efficiency of heat and mass transfer in the apparatus, limit the upper limit of the range of loads on the liquid.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубчатых решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой; подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода и вывода жидкости, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, газовые штуцера, подключенные к камерам с противоположных концов аппарата, полку, установленную параллельно верхней трубной решетке и снабженную отверстиями и бортами, патрубки, герметично установленные в отверстиях полки, а также трубу для подвода жидкости к полке от штуцера ввода жидкости, отличающийся тем, что патрубки в отверстиях полки выполнены со сплошными стенками, причем на центральном патрубке соосно установлена камера распределения жидкости со сплошными стенками, герметично закрытая с верхнего конца и открытая с нижнего конца, борга полки выполнены с зубчатыми верхними торцами, а труба для подвода жидкости к полке подключена тангенциально к камере распределения жидкости (Патент РФ №2104755 «Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат»).The closest analogue (prototype) is a film tubular heat and mass transfer apparatus comprising a vertical body, upper and lower chambers, upper and lower tube sheets, heat exchange tubes fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube sheet; connected to the body of the inlet and outlet connection of the coolant, the inlet and outlet connections of the fluid, connected to the chambers from opposite ends of the apparatus, gas fittings connected to the chambers from opposite ends of the apparatus, a shelf installed parallel to the upper tube sheet and fitted with openings and sides, nozzles, hermetically installed in the holes of the shelf, as well as a pipe for supplying liquid to the shelf from the liquid inlet fitting, characterized in that the nozzles in the holes of the shelf are made with solid walls, moreover The central distribution pipe is coaxially mounted with a liquid distribution chamber with solid walls, hermetically closed from the upper end and open from the lower end, the shelf borg is made with toothed upper ends, and a pipe for supplying liquid to the shelf is connected tangentially to the liquid distribution chamber (RF Patent No. 2104755 "Film tubular heat and mass transfer apparatus ").

Недостатком данного пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата является сложность конструкции устройства ввода продукта, состоящего из полки, установленной параллельно верхней трубной решетке и снабженной отверстиями и бортами, патрубков, герметично установленных в отверстиях полки, а также трубы для подвода жидкости к полке от штуцера ввода жидкости, причем патрубки в отверстиях полки выполнены со сплошными стенками. На центральном патрубке соосно установлена камера распределения жидкости со сплошными стенками, герметично закрытая с верхнего конца и открытая с нижнего конца, борта полки выполнены с зубчатыми верхними торцами. Труба для подвода жидкости к полке подключена тангенциально к камере распределения жидкости.The disadvantage of this film tubular heat and mass transfer apparatus is the complexity of the device input device, consisting of a shelf installed parallel to the upper tube sheet and provided with holes and sides, nozzles, tightly installed in the holes of the shelf, as well as pipes for supplying liquid to the shelf from the liquid inlet fitting nozzles in the holes of the shelf are made with solid walls. A liquid distribution chamber with solid walls, hermetically closed at the upper end and open at the lower end, are installed coaxially on the central nozzle and the flange flanges are made with toothed upper ends. The pipe for supplying liquid to the shelf is connected tangentially to the liquid distribution chamber.

Целью полезной модели является создание нового устройства - пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата с достижением технического результата: упрощение конструкции устройства ввода продукта (сырья).The purpose of the utility model is to create a new device - a film tubular heat and mass transfer apparatus with the achievement of a technical result: simplification of the design of the input device of the product (raw materials).

Указанная цель достигается тем, что в пленочном трубчатом тепломассообменном аппарате, содержащем вертикальный корпус, верхнюю и нижнюю камеры, верхнюю и нижнюю трубные решетки, теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой; подключенные к корпусу штуцера подвода и отвода теплоносителя, штуцера ввода сырья и вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере аппарата, согласно полезной модели в верхней камере над штуцером ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметра большего, чем наружный диаметр теплообменных труб.This goal is achieved by the fact that in a film tubular heat and mass transfer apparatus, comprising a vertical body, upper and lower chambers, upper and lower tube sheets, heat exchange tubes fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube sheet; connected to the body of the supply and discharge choke, the feed inlet and the liquid phase outlet, connected to the chambers from the opposite ends of the apparatus, the gas outflow coupler connected to the upper chamber of the apparatus, according to the utility model in the upper chamber above the feedthrough feed inlet, but below the ends Heat exchanger tubes is a perforated plate with holes of a diameter larger than the outer diameter of the heat exchange tubes.

На фиг. 1 показан общий вид пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата.FIG. 1 shows a general view of the film tubular heat and mass transfer apparatus.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез А-А.FIG. 2 shows a transverse section AA.

Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат, содержит вертикальный корпус 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 камеры, верхнюю 4 и нижнюю 5 трубные решетки, теплообменные трубы 6, закрепленные в трубных решетках так, что концы труб выступают над верхней трубной решеткой 4, подключенные к корпусу 1 штуцер 7 подвода теплоносителя и штуцер 8 отвода теплоносителя; штуцер 9 ввода сырья и штуцер 10 вывода жидкой фазы, подсоединенные к камерам с противоположных концов аппарата, штуцер 11 вывода газовой фазы, подключенный к верхней камере 2 аппарата. В верхней камере 2 над штуцером 9 ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб 6, расположена перфорированная пластина 12 с отверстиями диаметра большего, чем наружный диаметр теплообменных труб 6.Film tubular heat and mass transfer apparatus, contains a vertical body 1, upper 2 and lower 3 chambers, upper 4 and lower 5 tube sheets, heat exchange tubes 6 fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube grid 4, connected to housing 1 fitting 7 coolant inlet and fitting 8 outlet coolant; fitting 9 input of raw materials and fitting 10 output of the liquid phase, connected to cameras from opposite ends of the apparatus, fitting 11 output of the gas phase, connected to the upper chamber 2 of the apparatus. In the upper chamber 2 above the nozzle 9 input raw materials, but below the ends of the heat exchange tubes 6, is a perforated plate 12 with holes of a diameter larger than the outer diameter of the heat exchange tubes 6.

Пленочный трубчатый тепломассообменный аппарат работает следующим образом.Film tubular heat and mass transfer apparatus operates as follows.

Сырье вводится в аппарат через штуцер 9 ввода сырья. Далее оно поступает в пространство между верхней трубной решеткой 4 и перфорированной пластиной 12 и, проходя через отверстия в перфорированной пластине 12, попадает в верхнюю камеру 2. Установка перфорированной пластины 12 в верхней камере 2 над штуцером 9 ввода сырья, но ниже концов теплообменных труб 6, препятствует волнообразованию на свободной поверхности жидкости в верхней камере 2 при больших расходах сырья. Горизонтальный уровень свободной поверхности без существенных возмущений способствует равномерной подаче сырья в теплообменные трубы 6 и образованию сплошной пленки жидкой фазы на внутренней поверхности теплообменных труб 6. Далее сырье пленкой стекает по внутренней поверхности теплообменных труб 6, при этом происходит его нагрев, и испарение низкокипящего компонента смеси. Образующаяся при этом газовая фаза поднимается по теплообменным трубам 6 в верхнюю камеру 2 и выходит из аппарата через штуцер 11 вывода газовой фазы. Неиспарившиеся остатки сырья, обогащенные высококипящим компонентом смеси, в виде жидкой фазы, стекая по внутренней поверхности теплообменных труб 6, попадают в нижнюю камеру 3 и через штуцер 10 вывода жидкой фазы удаляются из аппарата. Для подвода тепла в пространство между вертикальным корпусом 1 и теплообменными трубами 6 подается теплоноситель через штуцер 7 подвода теплоносителя и выводится через штуцер 8 отвода теплоносителя.Raw material is introduced into the apparatus through the nozzle 9 input raw materials. Then it enters the space between the upper tube sheet 4 and the perforated plate 12 and, passing through the holes in the perforated plate 12, enters the upper chamber 2. Installing the perforated plate 12 in the upper chamber 2 above the feed 9 connection, but below the ends of the heat exchange tubes 6 , prevents wave formation on the free surface of the liquid in the upper chamber 2 at high costs of raw materials. The horizontal level of the free surface without significant disturbances contributes to a uniform supply of raw materials to the heat exchange tubes 6 and the formation of a continuous liquid phase film on the inner surface of the heat exchange tubes 6. Next, the raw material flows down the film along the inner surface of the heat exchange tubes 6, while it is heated, and the evaporation of the low-boiling component of the mixture . The resulting gas phase rises through the heat exchange pipes 6 into the upper chamber 2 and out of the apparatus through the fitting 11 output of the gas phase. Non-evaporated raw materials, enriched with the high-boiling component of the mixture, flow as a liquid phase along the inner surface of the heat exchange tubes 6 into the lower chamber 3 and are removed from the apparatus through the nozzle 10 of the liquid phase. To supply heat to the space between the vertical case 1 and the heat exchange tubes 6, coolant is supplied through the coolant inlet 7 and discharged through the outlet 8 of the coolant.

Таким образом, разработанная конструкция пленочного трубчатого тепломассообменного аппарата имеет более простую конструкцию устройства ввода продукта (сырья), за счет замены сложного узла подачи сырья в верхней камере аппарата на одну перфорированную пластину.Thus, the developed design of the film tubular heat and mass transfer apparatus has a simpler design of the device for introducing a product (raw material), due to the replacement of a complex raw material supply unit in the upper chamber of the apparatus with one perforated plate.

Claims

Film tubular heat and mass transfer apparatus, comprising a vertical body, upper and lower chambers, upper and lower tube sheets, heat exchange tubes fixed in tube sheets so that the ends of the tubes protrude above the top tube grid, connected to the body of the supply and discharge fittings, fitting the raw materials and the output of the liquid phase, connected to the chambers from opposite ends of the apparatus, a gas phase output fitting, connected to the upper chamber of the apparatus, characterized in that in the upper chamber above the fitting, the input raw material, but below the ends of the heat exchange rough, perforated plate is located with hole diameter greater than the outer diameter of the heat exchange tubes.