RU196300U1

RU196300U1 - Dephlegmator

Info

Publication number: RU196300U1
Application number: RU2019142955U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Антонович Анохин; Александр Борисович Голованчиков; Вячеслав Александрович Балашов; Наталья Андреевна Прохоренко; Наталия Валентиновна Шибитова; Татьяна Сериковна Кинжибаева
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-02-25

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к тепломассообменному аппарату, используемому в процессах ректификации при конденсации паров в верхней укрепляющей части колонны и их подачи в качестве флегмы на орошение.Техническим результатом является повышение производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что дефлегматор, включающий парциальный конденсатор с воздушным охлаждением, состоящим из множества оребренных труб, проходящих с наклоном относительно друг друга, причем трубы выполнены в виде дуг, кривизна которых увеличивается от оси дефлегматора к периферии, верхние концы труб соединены в герметичный пучок и закреплены в трубной доске, а нижние концы труб герметично закреплены в трубной решетке с диаметром, равным диаметру верхней части ректификационной колонны, при этом трубы и их ребра выполнены из материала, обладающего эффектом памяти.The proposed solution relates to a heat and mass transfer apparatus used in rectification processes during condensation of vapors in the upper strengthening part of the column and their supply as reflux for irrigation. The technical result is an increase in productivity. The technical result is achieved in that the reflux condenser includes an air-cooled partial condenser consisting of many finned tubes passing with an inclination relative to each other, and the pipes are made in the form of arcs, curvatures which increases from the axis of the reflux condenser to the periphery, the upper ends of the pipes are connected in a sealed bundle and fixed in the tube plate, and the lower ends of the pipes are hermetically fixed in the tube sheet with a diameter equal to the diameter of the upper part of the distillation column, while the pipes and their ribs are made of material, with a memory effect.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к тепломассообменному аппарату, используемому в процессах ректификации при конденсации паров в верхней укрепляющей части колонны и их подачи в качестве флегмы на орошение.The proposed technical solution relates to a heat and mass transfer apparatus used in rectification processes during condensation of vapors in the upper strengthening part of the column and their supply as reflux for irrigation.

Известна прямоточная массообменная тарелка для процессов разделения газовых и жидких сред, состоящая из горизонтального полотна с барботажными элементами и жестко закрепленного в отверстии полотна тарелки переливного устройства, выполненного в виде статического гидрозатвора с выступающим переливным порогом, в стенках которого выполнены отверстия в виде горизонтальных щелей, расположенные выше полотна тарелки, при этом передняя стенка статического гидрозатвора, установленная ниже полотна тарелки, выполнена с уклоном 12-15 градусов к стенке корпуса колонны, а профиль статического гидрозатвора выполнен обтекаемой формы, дополнительно между барботажными элементами и выступающим переливным порогом, с наклоном в направлении парожидкостного потока установлена форпланка, длина которой соответствует длине передней стенки выступающего переливного порога, причем передняя стенка выступающего переливного порога в два раза выше его задней стенки, выполненной в виде жалюзи с отогнутыми верхними краями щели, а высота боковых стенок выступающего переливного порога равномерно изменяется от его передней до задней стенки[описание п.м. № 172835 РФ, B01 D53/18, B01 D3/32 2017].Known direct-flow mass transfer plate for the separation of gas and liquid media, consisting of a horizontal canvas with sparging elements and rigidly fixed in the hole of the canvas plate overflow device, made in the form of a static valve with a protruding overflow threshold, in the walls of which holes are made in the form of horizontal slots located above the plate, with the front wall of the static valve installed below the plate, made with a slope of 12-15 degrees to column of the casing, and the profile of the static hydraulic seal is streamlined, in addition between the bubbling elements and the protruding overflow threshold, a forplank is installed with a slope in the direction of the vapor-liquid flow, the length of which corresponds to the length of the front wall of the protruding overflow threshold, and the front wall of the protruding overflow threshold is two times higher its rear wall, made in the form of blinds with bent upper edges of the slit, and the height of the side walls of the protruding overflow threshold evenly varies from its front to the back wall [description No. 172835 of the Russian Federation, B01 D53 / 18, B01 D3 / 32 2017].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является малая боковая поверхность стенок и сложность удаления термических загрязнений с наружной и внутренней поверхностей горизонтальных полотен, что снижает производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result is the small lateral surface of the walls and the difficulty of removing thermal contaminants from the outer and inner surfaces of horizontal paintings, which reduces productivity.

Известны аппараты воздушного охлаждения, состоящие из крышки, диффузора, вентилятора и рамы, на которой крепятся секции, собранные из оребренных труб, концы которых развальцованны в трубных досках и которые могут использоваться в качестве конденсаторов паровой фазы, образующейся в верхней укрепляющей части ректификационной колонны, и для ее подачи в колонну в качестве флегмы [Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов / под общей редакцией А.С. Тимонин. – Калуга, издательство «Ноосфера», 2014 г., с. 460-461]. Known air coolers, consisting of a lid, a diffuser, a fan and a frame, on which are mounted sections assembled from finned tubes, the ends of which are flared in tube boards and which can be used as condensers of the vapor phase formed in the upper reinforcing part of the distillation column, and for its submission to the column as a phlegm [Machines and devices of chemical production: a textbook for high schools / edited by A.S. Thymonin. - Kaluga, publishing house "Noosphere", 2014, p. 460-461].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая интенсивность теплоотдачи от поверхности оребренных трубок к воздуху, а так же сложность и длительность удаления термических отложений, образующихся на наружной и внутренней поверхности труб и теплопередающих поверхностей ребер. Это увеличивает время очистки этих поверхностей от термических отложений, уменьшает основное время работы, а значит и производительность.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the low heat transfer from the surface of the finned tubes to the air, as well as the complexity and duration of removal of thermal deposits formed on the outer and inner surfaces of the pipes and heat transfer surfaces of the ribs. This increases the cleaning time of these surfaces from thermal deposits, reduces the main working time, and hence productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип, является дефлегматор, включающий две ступени, соединенные последовательно, причем первая ступень включает парциальный конденсатор с воздушным охлаждением, и испарительным охлаждением, когда поверхность пучка труб на поверхности воздуха заливает вода, при этом парциальный конденсатор включает множество оребренных труб, проходящих вниз с наклоном относительно друг друга, образующих перевернутый А-образный вид, причем пучок труб расположен на нижних концах оребренных труб [описание изобретения № 2598504 РФ, F28 B1/06, 2014].The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is a reflux condenser comprising two stages connected in series, the first stage comprising a partial condenser with air cooling and evaporative cooling, when water is flooding on the surface of the tube bundle on the air surface, this partial capacitor includes many finned tubes extending downward with an inclination relative to each other, forming an inverted A-shape, and the beam pipes located on the lower ends of the finned tubes [description of the invention No. 2598504 of the Russian Federation, F28 B1 / 06, 2014].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится ограничение длины и теплопередающей поверхности наклонных прямолинейных труб, образование застойных зон при обдувании воздухом близко расположенных друг к другу смежных труб, что уменьшает коэффициент теплопередачи, сложность равномерного орошения конденсирующейся флегмой всего сечения верхней укрепляющей части колонны, а также длительность очистки теплопередающих поверхностей труб и ребер от термических отложений, что в целом снижает производительность. The reasons that impede the achievement of a given technical result include limiting the length and heat transfer surface of inclined straight pipes, the formation of stagnant zones when air blows adjacent pipes to each other, which reduces the heat transfer coefficient, the complexity of uniform irrigation with condensed reflux of the entire section of the upper reinforcing part of the column, as well as the duration of cleaning heat transfer surfaces of pipes and ribs from thermal deposits, which generally reduces the production of lnost.

Техническим результатом предлагаемой конструкции дефлегматора является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of the reflux condenser is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что дефлегматор, включающий парциальный конденсатор с воздушным охлаждением, состоящим из множества оребренных труб, проходящих с наклоном относительно друг друга, причем трубы выполнены в виде дуг, кривизна которых увеличивается от оси дефлегматора к периферии, верхние концы труб соединены в герметичный пучок и закреплены в трубной доске, а нижние концы труб герметично закреплены в трубной решетке с диаметром, равным диаметру верхней части ректификационной колонны, при этом трубы и их ребра выполнены из материала, обладающего эффектом памяти.The technical result is achieved in that the reflux condenser comprising an air-cooled partial condenser consisting of a plurality of finned tubes passing obliquely relative to each other, the pipes being made in the form of arcs, the curvature of which increases from the axis of the reflux condenser to the periphery, the upper ends of the pipes are connected to sealed bundle and fixed in the tube plate, and the lower ends of the pipes are hermetically fixed in the tube sheet with a diameter equal to the diameter of the upper part of the distillation column, while the pipe and their ribs are made of a material with a memory effect.

Выполнение оребренных труб в виде дуг, кривизна которых увеличивается от оси дефлегматора к периферии, позволяет увеличить длину и теплопередающую поверхность на 25-40%, что приводит к возрастанию тепловой мощности, передаваемой от горячих паров, движущихся в трубах, к воздуху, обдувающему трубы снаружи, а значит способствует увеличению производительности. Увеличение расстояния между боковыми теплопередающими поверхностями труб, выполненных в виде дуг, уменьшает застойные зоны при обдувании труб воздухом, что также увеличивает интенсивность теплопередачи к воздуху, а значит и производительность. The implementation of finned tubes in the form of arcs, the curvature of which increases from the axis of the reflux condenser to the periphery, allows to increase the length and heat transfer surface by 25-40%, which leads to an increase in heat power transmitted from hot vapors moving in the pipes to the air blowing the pipes outside , which means it increases productivity. Increasing the distance between the lateral heat transfer surfaces of the pipes made in the form of arcs reduces the stagnant zones when blowing air through the pipes, which also increases the intensity of heat transfer to the air, and hence productivity.

Соединение верхнего конца труб в герметичный пучок и их закрепление в трубной доске предотвращает неравномерность работы труб по пару дистиллята и конденсату флегмы, создает стабильный поток пара дистиллята и конденсата флегмы, обеспечивает непрерывный режим работы с высокой производительностью. The connection of the upper end of the pipes into a sealed bundle and their fastening in the tube plate prevents uneven operation of the pipes along the distillate pair and the reflux condensate, creates a stable steam flow of the distillate and the reflux condensate, and ensures a continuous operation with high performance.

Герметичное закрепление нижнего конца труб в трубной решетке с диаметром равным диаметру верхней укрепляющей части ректификационной колонны позволяет ее использовать как крышку этой части колонны и равномерно орошать стекающим конденсатом флегмы все сечение верхней укрепляющей части ректификационной колонны, что обеспечивает устойчивость ее работы с высокой производительностью.Tight fastening of the lower end of the pipes in a tube sheet with a diameter equal to the diameter of the upper reinforcing part of the distillation column allows it to be used as a cover for this part of the column and to uniformly irrigate the entire section of the upper reinforcing part of the distillation column with flowing condensate, which ensures the stability of its operation with high productivity.

Выполнение труб и ребер из материалов, обладающих эффектом памяти, позволяет при повышенных рабочих температурах изменять размеры и форму труб и ребер и возвращать эти размеры и форму при охлаждении во время ремонтов и остановок работы ректификационной колонны. Трубы при повышенных температурах увеличивают свою длину и уменьшают радиус изгиба дуг, а ребра - толщину и форму поверхности. Поэтому когда на трубах и ребрах образуются термические отложения, при их возращении в холодное состояние, создаются напряжения и деформации, приводящие к охрупчиванию, растрескиванию и быстрому удалению отложений при продувке труб внутри и обдувке их и ребер воздухом, что снижает время очистки от термических отложений, увеличивает основное время работы, повышая производительность.The implementation of pipes and ribs from materials with a memory effect allows changing the sizes and shapes of pipes and ribs at elevated operating temperatures and returning these sizes and shapes during cooling during repairs and stops of the distillation column. Pipes at elevated temperatures increase their length and reduce the bending radius of the arcs, and the ribs - the thickness and shape of the surface. Therefore, when thermal deposits form on pipes and ribs, when they return to a cold state, stresses and deformations are created, leading to embrittlement, cracking and rapid removal of deposits when the pipes are purged inside and air and their ribs are blown with air, which reduces the time required for cleaning thermal deposits, increases the main time of work, increasing productivity.

В качестве материала обладающего эффектом памяти можно использовать нержавеющую сталь 12Х18Н10Т, медно-алюминиевый-никелевый сплав, никель-алюминиевый сплав с 36,8% Al, марганцово-медный сплав с 90% Mn и др. [Физические эффекты в машиностроении. Справочник/ под ред. В.А. Лукьянца. – М.: Машиностроение, 1993. – с.149-152].As a material with a memory effect, you can use stainless steel 12X18H10T, copper-aluminum-nickel alloy, nickel-aluminum alloy with 36.8% Al, manganese-copper alloy with 90% Mn, etc. [Physical effects in mechanical engineering. Handbook / Ed. V.A. Lukyanza. - M .: Mechanical Engineering, 1993. - p.149-152].

На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции дефлегматора.The drawing shows a General view of the proposed design of the reflux condenser.

Дефлегматор состоит из парциального конденсатора, представляющего собой трубы 1 с ребрами 2, при этом трубы 1 выполнены в виде дуг, кривизна которых увеличивается от оси дефлегматора к периферии. Верхние концы труб 1 соединены в герметичный пучок и закреплены в трубной доске 3, а нижние концы труб 1 закреплены в трубной решетке 4 как в обычном кожухотрубчатом теплообменнике, которая является крышкой для верхней укрепляющей части ректификационной колонны 5. Трубная доска 3 снабжена патрубком 6 для отвода пара дистиллята. При этом трубы 1 и ребра 2 выполнены из материала, обладающего эффектом памяти, что позволяет им в горячем рабочем состоянии удлиняться на 20-25% и увеличивать кривизну.The reflux condenser consists of a partial capacitor, which is a pipe 1 with ribs 2, and the pipes 1 are made in the form of arcs, the curvature of which increases from the axis of the reflux condenser to the periphery. The upper ends of the pipes 1 are connected in a sealed bundle and fixed in the tube plate 3, and the lower ends of the pipes 1 are fixed in the tube sheet 4 as in a conventional shell-and-tube heat exchanger, which is a cover for the upper reinforcing part of the distillation column 5. The tube plate 3 is equipped with a branch pipe 6 for removal a pair of distillate. In this case, the pipes 1 and ribs 2 are made of a material with a memory effect, which allows them to be extended by 20–25% in a hot working state and increase the curvature.

Дефлегматор работает следующим образом. Dephlegmator works as follows.

Пар из верхней укрепляющей части ректификационной колонны 5 поднимается по трубам 1, которые снаружи обдуваются окружающим воздухом. Часть пара конденсируется на внутренних стенках труб 1 и стекает в виде флегмы вниз, орошая верхнюю укрепляющую часть ректификационной колонны 5, а несконденсировавшаяся часть пара выходит из верхних концов труб 1 через патрубок 6 в виде дистиллята. Необходимое количество жидкой флегмы и парового дистиллята регулируется расходом воздуха, подаваемого вентиляторами (на чертеже не показаны) на наружные стенки труб 1 с ребрами 2.Steam from the upper reinforcing part of the distillation column 5 rises through pipes 1, which are externally blown with ambient air. Part of the vapor condenses on the inner walls of the pipes 1 and flows downward as reflux, irrigating the upper strengthening part of the distillation column 5, and the non-condensing part of the steam leaves the upper ends of the pipes 1 through the pipe 6 in the form of a distillate. The required amount of liquid reflux and steam distillate is regulated by the flow of air supplied by fans (not shown in the drawing) to the outer walls of the pipes 1 with ribs 2.

После образования термических загрязнений (сажи, продуктов деструкции, пыли) на внутренней и наружной теплопередающих поверхностях труб 1 и ребер 2, а также при плановых остановках на ремонт и осмотр работу ректификационной колонны 5 прекращают. Трубы 1, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти, при охлаждении уменьшают свою кривизну и длину, и принимают форму, какая у них была в холодном состоянии. Так как ребра 2, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти, также деформируются, принимая форму и геометрические размеры, какие у них были в холодном состоянии. Термические загрязнения внутри и снаружи труб 1 и на поверхности ребер 2 при этих деформациях охрупчиваются, растрескиваются и при продувке воздухом удаляются с наружных и внутренних поверхностей труб 1 и ребер 2.After the formation of thermal contaminants (carbon black, degradation products, dust) on the inner and outer heat transfer surfaces of the pipes 1 and fins 2, as well as during scheduled stops for repairs and inspection, the operation of the distillation column 5 is stopped. Pipes 1 made of a material with a memory effect, when cooled, reduce their curvature and length, and take the form that they had in a cold state. Since the ribs 2, made of a material with a memory effect, are also deformed, taking the shape and geometric dimensions, which they had in a cold state. Thermal contaminations inside and outside the pipes 1 and on the surface of the ribs 2 under these deformations become embrittled, crack and, when purged with air, are removed from the outer and inner surfaces of the pipes 1 and ribs 2.

Таким образом, выполнение труб 1 в виде дуг, кривизна которых увеличивается от оси дефлегматора к периферии, соединение верхних концов труб 1 в герметичный пучок и его закрепление в трубной доске 3, а нижних концов труб 1 – в трубной решетке 4 с диаметром, равным диаметру верхней укрепляющей части ректификационной колонны 5 и выполнение самих труб 1 и их ребер 2 из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет увеличить теплопередающую поверхность труб 1, интенсифицировать теплообмен, повысить устойчивость работы дефлегматора, снизить гидравлическое сопротивление при обтекании труб 1 воздухом, а также уменьшить время очистки теплопередающих поверхностей труб 1 и ребер 2, что в целом приводит к росту производительности ректификационной колонны 5.Thus, the execution of pipes 1 in the form of arcs, the curvature of which increases from the axis of the reflux condenser to the periphery, the connection of the upper ends of the pipes 1 into a sealed bundle and its fastening in the tube plate 3, and the lower ends of the pipes 1 in the tube sheet 4 with a diameter equal to the diameter the upper reinforcing part of the distillation column 5 and the execution of the pipes 1 and their ribs 2 from a material with a memory effect, allows to increase the heat transfer surface of the pipes 1, to intensify heat transfer, increase the stability of the reflux condenser, reduce g dravlicheskoe resistance in the flow tube 1 by air, as well as reduce the time of cleaning the heat transfer surfaces of the tubes 1 and fins 2, which generally results in improved productivity fractionator 5.

Claims

Dephlegmator, including an air-cooled partial condenser, consisting of many finned tubes passing with an inclination relative to each other, characterized in that the tubes are made in the form of arcs, the curvature of which increases from the axis of the reflux condenser to the periphery, the upper ends of the pipes are connected in a sealed bundle and fixed in the tube plate, and the lower ends of the pipes are hermetically fixed in the tube sheet with a diameter equal to the diameter of the upper part of the distillation column, while the pipes and their ribs are made of material having go memory effect.