устройство для проведения тепломассообменных процессов

Формула изобретения

1. Устройство для проведения тепломассообменных процессов, содержащее вертикальный пустотелый корпус, выполненный с возможностью подвода или отвода тепла, имеющий верхнюю горловину, в которую установлена головка, включающая теплообменный элемент и центральную трубу, содержащее также патрубки ввода технологических потоков и, по меньшей мере, один патрубок вывода продуктов в нижней части корпуса, отличающееся тем, что центральная труба головки заключена в теплообменный элемент и является внутренней теплообменной трубой теплообменного элемента, теплообменный элемент установлен на смесительную вставку, включающую обечайку, к которой подключен, по меньшей мере, один патрубок ввода технологического потока, и отражательный цилиндр, выполненный с зазором относительно теплообменного элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в пространстве между внутренней теплообменной трубой, в большей степени в нижней ее части и обечайкой установлена цилиндрическая вставка.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральная труба головки нижней частью жестко связана с нижним торцом теплообменного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов тепломассообмена, химических процессов как в гомогенных средах, так и в присутствии твердых частиц и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известно устройство для проведения тепломассообменных процессов по патенту RU №2185933, кл. B 22 F 9/12, C 01 G 49/16, опубл. 27.07.2002, Бюл. №21.

Известное устройство содержит вертикальный пустотелый корпус с верхней горловиной с возможностью подвода тепла, патрубки ввода технологических потоков в верхнюю горловину корпуса, а также патрубки вывода продуктов в нижней части корпуса устройства.

Устройство работает следующим образом. Пары пентакарбонила железа (ПКЖ) подают внутрь вертикального пустотелого корпуса через патрубок ввода технологического потока в верхней горловине корпуса. В ту же горловину посредством другого патрубка ввода технологического потока подают пары аммиака. Внутри пустотелого корпуса устройства создают заданный температурный режим, т.к. корпус выполнен с возможность подвода тепла, например, через наружную рубашку. Продукты химических и тепломассообменных процессов, проходящих в полости корпуса, выводят из устройства через патрубки вывода продуктов, выполненные в нижней части корпуса.

К недостаткам известного решения следует отнести значительное повышение температуры исходных технологических потоков уже в подводящих трубопроводах к верхней горловине корпуса за счет передачи тепла от горячей реакционной массы в полости корпуса к трубопроводам путем теплового излучения. Повышение температуры технологических потоков, например, ПКЖ приводит к преждевременному началу реакции в трубопроводах и горловине устройства и, как следствие, к отложению продуктов реакции в трубопроводах и горловине, что снижает время межремонтного пробега оборудования. Кроме этого, наблюдается снижение качества отводимых из устройства продуктов за счет загрязнения их веществами, образовавшимися в подводящих трубопроводах и горловине.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для проведения тепломассообменных процессов, представленное в книге - Кипарисов С.С., Падалко О.В. Оборудование предприятий порошковой металлургии. 1988, с.68, Рис.39 и Рис.40.

Устройство содержит вертикальный пустотелый корпус с верхней горловиной с возможностью подвода или отвода тепла, например, через наружную рубашку. В верхней горловине устройства установлена распылительная головка с принудительным охлаждением, к которой подсоединены патрубки ввода технологических потоков. Вывод продуктов осуществляют через патрубки вывода продуктов, выполненные в нижней части корпуса устройства. Головка с принудительным охлаждением включает центральную трубу, заключенную в теплообменный элемент; теплообменный элемент, в свою очередь, включает внутреннюю теплообменную трубу и обечайку с патрубками подвода и отвода теплоносителя. В зазор между внутренней теплообменной трубой теплообменного элемента и центральной трубой головки выполнены патрубки ввода газообразных технологических потоков.

Известное устройство работает следующим образом. Жидкий технологический поток (пентакарбонил железа) подают внутрь вертикального пустотелого корпуса через патрубок ввода технологического потока в верхней горловине корпуса, расположенный вертикально по оси головки. Этот поток проходит по центральной трубе головки и распыляется во внутреннюю полость корпуса, смешиваясь с газообразным технологическим потоком, выходящим из зазора между нижней частью центральной трубы и нижним торцом теплообменного элемента. Тепло от газообразного технологического потока отводят через внутреннюю теплообменную трубу теплообменного элемента к теплоносителю, который подают в обечайку теплообменного элемента посредством патрубков подвода и отвода теплоносителя. Тепло же от жидкого потока отводят посредством теплообмена между ним и газообразным технологическим потоком через стенку центральной трубы.

Недостатком известного решения является наличие газообразного промежутка между жидким технологическим потоком и теплоносителем. Интенсивность теплообмена в газообразных средах на два порядка ниже интенсивности теплообмена в жидкостях, поэтому газообразный промежуток значительно снижает эффективность теплообменного элемента. При значительном различии начальных температур жидкого и газообразного технологических потоков и малой эффективности теплообменного элемента возможно влияние на стабильность жидкого технологического потока начальной температуры газообразного технологического потока, что приведет к загрязнению центральной трубы головки и, в конечном итоге, отразится на межремонтном пробеге оборудования и качестве продуктов. Кроме того, при контакте реакционной среды в полости корпуса устройства с наружной поверхностью обечайки теплообменного элемента нарушается тепловой режим и происходит отложение продуктов реакции на обечайке теплообменного элемента.

Задачей изобретения является повышение качества реакционных продуктов, а также увеличение времени межремонтного пробега оборудования.

Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для проведения тепломассообменных процессов, представляющем собой вертикальный пустотелый корпус, выполненный с возможностью подвода или отвода тепла, например, через теплообменную рубашку, имеющий верхнюю горловину, в которую установлена головка, центральная труба головки, подключенная к патрубку ввода технологического потока, заключена в теплообменный элемент и является внутренней теплообменной трубой теплообменного элемента. Теплообменный элемент головки установлен на смесительную вставку, включающую обечайку и отражательный цилиндр, установленный с зазором относительно обечайки теплообменного элемента. Кроме того, к обечайке смесительной вставки подключен, по меньшей мере, один патрубок ввода технологического потока. Центральная труба головки в нижней части жестко связана с нижним торцом теплообменного элемента. Дополнительно в пространстве между центральной трубой, в большей степени в нижней ее части, и обечайкой может быть установлена цилиндрическая вставка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен общий вид устройства для проведения химических процессов; на Фиг.2-3 представлен вид А на Фиг.1.

Устройство для проведения химических процессов содержит вертикальный пустотелый корпус 1, выполненный с возможностью подвода или отвода тепла, например, через теплообменную рубашку, с верхней горловиной. В верхней горловине устройства установлена головка 2, включающая центральную трубу 3, заключенную в теплообменный элемент 4. Устройство включает также вертикальный, выполненный по оси головки патрубок 5а ввода технологического потока и, по меньшей мере, один патрубок 6а вывода продуктов в нижней части корпуса 1 устройства. Теплообменный элемент 4 включает внутреннюю теплообменную трубу и обечайку 7, которая может быть выполнена переменного сечения, с патрубками подвода и отвода теплоносителя, причем центральная труба 3 является внутренней теплообменной трубой теплообменного элемента 4. Центральная труба 3 верхней частью жестко связана с теплообменным элементом 4 и нижней частью жестко связана с нижним торцом теплообменного элемента 4. Теплообменный элемент 4 головки установлен на смесительную вставку 8, включающую обечайку 9 и отражательный цилиндр 10. Цилиндр 10 заглублен в полость корпуса и выполнен с зазором, радиальным и торцевым, относительно обечайки 7 теплообменного элемента 4. К обечайке 9 смесительной вставки 8 подключен, по меньшей мере, один патрубок 5b ввода технологического потока. Таких патрубков ввода технологических потоков, выполненных тангенциально или радиально, может быть несколько, например, 5с и т.п. Дополнительно в пространстве между центральной трубой 3, в большей степени в нижней ее части, и обечайкой 7 может быть установлена цилиндрическая вставка 11.

Устройство для проведения тепломассообменных процессов работает следующим образом.

В патрубок 5а подают исходный газообразный технологический поток, наиболее подверженный влиянию повышенных температур, и далее он поступает в головку 2 в верхней горловине корпуса 1. Движение потока осуществляется по центральной трубе 3, заключенной в теплообменный элемент 4. Форма центральной трубы 3 не имеет принципиального значения и может быть цилиндрической, конической или иной формы. Это отразится в основном на гидравлическом сопротивлении устройства. Через стенку трубы 3 осуществляют отвод избыточного тепла (передается тепловым излучением от реакционной массы в полости корпуса и путем теплопроводности материала корпуса) и, тем самым, предотвращают преждевременное начало реакции в подводящем трубопроводе и горловине корпуса 1. Отвод тепла от центральной трубы 3 осуществляют теплоносителем, который находится во внутренней полости обечайки 7, снабженной патрубками подвода и отвода теплоносителя. Обечайка 7 может быть как цельноцилиндрическая, так и переменного сечения, исходя из технических соображений. Центральная труба 3 верхней частью жестко связана с теплообменным элементом 4 и нижней частью жестко связана с нижним торцом теплообменного элемента 4, чтобы предотвратить утечку теплоносителя во внутреннюю полость корпуса 1. Теплообменный элемент 4 установлен на смесительную вставку 8, включающую обечайку 9 и отражательный цилиндр 10. В смесительную вставку 8, посредством патрубка 5b (и/или 5с и т.п.), подают газообразный поток, наименее подверженный влиянию температуры. Такое разделение потоков позволяет использовать смесительную вставку 8 не только для смешения малочувствительных к избыточным температурам потоков, но и для теплового экранирования подводящих трубопроводов и горловины корпуса устройства. Отражательный цилиндр 10 предотвращает тепловой контакт реакционной среды в полости корпуса 1 с более холодной наружной поверхностью обечайки 7 теплообменного элемента 4 и предотвращает отложение продуктов реакции на теплообменном элементе. В устройстве можно в пространстве между центральной трубой 3 (в большей степени с ее нижней частью) и обечайкой 7 установить цилиндрическую вставку 11 (Фиг.3). Наличие вставки 11 улучшает интенсивность отвода тепла от поверхности центральной трубы 3 за счет возникновения направленных циркуляционных потоков теплоносителя в элементе 4, что также способствует снижению отложений продуктов реакции на подводящих трубопроводах и верхней горловине корпуса. Продукты химических и тепломассообменных процессов, проходящих в полости корпуса 1, выводят из устройства, по меньшей мере, через один патрубок 6а и/или 6b, 6с и т.п. вывода продуктов в нижней части корпуса 1.

Таким образом, данное устройство для проведения тепломассообменных процессов позволяет повысить качество реакционных продуктов за счет снижения их загрязнения веществами из отложений на трубопроводах и горловине, а также увеличить время межремонтного пробега оборудования.