вертикальный теплообменник

Формула изобретения

Вертикальный теплообменник, содержащий корпус, пучок теплообменных труб, закрепленных в трубных решетках, нижнюю и верхнюю камеры с патрубками для ввода среды в трубы и ее вывода из труб, патрубки на корпусе для ввода двух сред в межтрубное пространство и вывода их смеси из межтрубного пространства, камеру смешения двух сред, поступающих в межтрубное пространство, с цилиндрической обечайкой, коаксиально охватывающей пучок теплообменных труб, отличающийся тем, что в нижней части корпуса расположена горизонтальная перегородка, в которой закреплена открытая с обоих концов цилиндрическая обечайка камеры смешения, патрубок для ввода газообразной среды в межтрубное пространство расположен ниже перегородки и выше нижнего конца обечайки, патрубок для ввода жидкой среды в межтрубное пространство расположен выше перегородки и ниже верхнего конца обечайки, а обечайка по окружности содержит отверстия, расположенные выше перегородки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре, которая может быть использована в химической и других отраслях промышленности при проведении процессов теплообмена, в которых одна из сред образуется непосредственно в процессе теплообмена путем смешения двух других сред.

Известны теплообменники, содержащие корпус, пучок теплообменных труб, закрепленных в трубных решетках, входную и выходную камеры, патрубки для ввода и вывода сред [1]

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является известный вертикальный теплообменник, содержащий корпус, пучок теплообменных труб, закрепленных в трубных решетках, нижнюю и верхнюю камеры с патрубками для ввода среды в трубы и ее вывода из труб, патрубки на корпусе для ввода двух сред в межтрубное пространство и вывода их смеси из межтрубного пространства, камеру смешения для сред, поступающих в межтрубное пространство, с двумя цилиндрическими обечайками, коаксиально охватывающими пучок теплообменных труб, и присоединенным к обечайкам кольцевым днищем с отверстиями [2]

Известная конструкция обеспечивает интенсивное смешение двух сред (теплоносителей) перед их поступлением в межтрубное пространство, где они вводятся в процесс теплообмена. Это, в свою очередь, способствует эффективному теплообмену в двух случаях: когда смешиваемые среды имеют одно и то же агрегатное состояние и при этом полностью смешиваются (два газа или две неограниченно взаимно растворимые жидкости); когда одна из смешиваемых сред представляет собой жидкость, а другая газ, не растворимый в жидкости и не конденсирующийся в условиях теплообмена. В этих случаях эффективность теплообмена определяется только эффективностью смешения.

В практике теплообменных процессов распространен, однако, еще один случай когда одна из смешиваемых сред представляет собой жидкость, а другая пары веществ, способных конденсироваться (ожижаться) в условиях теплообмена, растворяясь при этом в первой из смешиваемых сред. Примерами таких процессов могут быть, например, процесс конденсации пара жидкости с рециркуляцией конденсата либо распространенный в технологии производства карбамида процесс конденсации-абсорбции смеси паров аммиака и диоксида углерода при ее смешении с раствором углеаммонийных солей.

В этом случае интенсивное смешение сред до начала теплообмена не предопределяет возможно большую эффективность последнего, поскольку коэффициент теплоотдачи от газожидкостной смеси, пусть даже и весьма турбулизованной, ниже, чем, например, от пара, конденсирующегося в пленочном режиме.

Для обеспечения эффективного теплообмена в указанном случае сочетания сред, смешиваемых в процессе теплообмена, предложен вертикальный теплообменник, содержащий корпус, пучок теплообменных труб, закрепленных в трубных решетках, нижнюю и верхнюю камеры с патрубками для ввода среды в трубы и ее вывода из труб, патрубки на корпусе для ввода двух сред в межтрубное пространство и вывода их смеси из межтрубного пространства, камеру смешения двух сред, поступающих в межтрубное пространство, с цилиндрической обечайкой, коаксиально охватывающей пучок теплообменных труб, отличающийся тем, что в нижней части корпуса расположена горизонтальная перегородка, в которой закреплена открытая с обоих концов цилиндрическая обечайка камеры смешения, патрубок для ввода газообразной среды в межтрубное пространство расположен ниже перегородки и выше нижнего конца обечайки, патрубок для ввода жидкой среды в межтрубное пространство расположен выше перегородки и ниже верхнего конца обечайки, а обечайка по окружности содержит отверстия, расположенные выше перегородки.

Технический результат, возникающий при использовании предложенной конструкции теплообменника, состоит в том, что при введении газообразной среды в нижнюю часть цилиндрической обечайки камеры смешения указанная среда успевает до начала смешения с жидкой средой в значительной мере подвергнуться процессу конденсации при контакте с поверхностью теплообменных труб, в результате чего средневзвешенный по поверхности теплообмена коэффициент теплоотдачи становится выше, чем в случае, когда смешение осуществляется до начала теплообмена. Помимо этого, благодаря тому что содержание газовой фазы в потоке, выходящем из камеры смешения, относительно невысоко и это содержание незначительно изменяется по высоте трубного пучка, оказывается возможным при конструировании теплообменника задавать более высокие скорости потока газожидкостной смеси, что ведет к дополнительному увеличению коэффициента теплоотдачи и уменьшению требуемой поверхности теплообмена.

На чертеже изображен предлагаемый теплообменник, разрез.

В соответствии с чертежом вертикальный кожухотрубный теплообменник состоит из корпуса 1, пучка теплообменных труб 2, закрепленных в верхней 3 и нижней 4 трубных решетках, верхней камеры 5 с патрубком 6 для ввода хладагента, нижней камеры 7 с патрубком 8 для вывода хладагента, расположенных на корпусе патрубков 9 (для ввода паров в межтрубное пространство), 10 (для ввода жидкости в межтрубное пространство), 11 (для вывода газожидкостной смеси из межтрубного пространства), горизонтальной перегородки 12 в нижней части межтрубного пространства, камеры смешения, представляющей собой цилиндрическую обечайку 13, закрепленную в перегородке 12 и имеющую пилообразные вырезы в нижней части и отверстия 14 по окружности обечайки выше перегородки 12. Патрубок 9 расположен на корпусе ниже перегородки 12 и выше нижнего края обечайки 13, а патрубок 10 выше перегородки 12 и ниже верхнего края обечайки 13. Для улучшения смешения и распределения сред внутри обечайки 13 приблизительно на уровне перегородки 12 расположены горизонтальная перегородка 15 с центральным отверстием 16, а выше нее горизонтальная перегородка 17, образующая со стенками обечайки отверстие 18 в виде кольца или двух сегментов. По всей высоте межтрубного пространства теплообменника, как во многих известных конструкциях, расположены чередующиеся перегородки 19 и 20; при этом перегородки 19 могут быть выполнены кольцевыми, аналогично перегородке 15, либо в виде двух сегментов, а перегородки 20 так же, как и перегородка 17, могут иметь форму центрального диска или полосы, оставляющей сегментные проходы по краям.

При работе теплообменника пары, поступающие в межтрубное пространство через патрубок 9, входят внутрь обечайки 13, где контактируют со стенками теплообменных труб 2, в результате чего значительная часть паров конденсируется и полученная газожидкостная смесь поступает через отверстие 16 в перегородке 15 в верхнюю часть обечайки 13, куда также через отверстия 14 поступает жидкая среда, входящая в межтрубное пространство через патрубок 10, и где происходит интенсивное перемешивание сред. Из верхней части обечайки 13 смешанная среда проходит вверх по межтрубному пространству, где охлаждается в результате теплообмена с хладагентом.