Пристрій для проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів

1 Пристрій для проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів, який містить послідовно з'єднані між собою по лінії парогазової суміші збірник циркуляційної вихідної рідини, трубчастий вертикальний теплообмінник, сепаратор парорідинної фази, колектор вторинної (сокової) пари, циркуляційний насос, з'єднувальні трубопроводи і технологічні патрубки для підводу вихідної циркуляційної рідини, гріючого агента, створення Винахід відноситься до пристроїв для проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів в системі газ (пара) - рідина, при проведенні рідиннофазних екзо-, ендотермічних реакцій, зокрема для дистиляції і може бути використаний в ХІМІЧНІЙ, нафтохімічній і суміжних з ними галузях промисловості Відомо спосіб проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів і трубчастий плівковий апарат для його здійснення Спосіб полягає в подачі вихідного розчину у вигляді тонкої плівки на зовнішню поверхню контактних трубок теплообмінника, введенні у внутрішню порожнину контактних трубок гріючої пари і вакууму, для відводу інертних газів, концентрованого розчину і конденсату, виводу вторинної (сокової) пари, який відрізняється тим, що трубчастий вертикальний теплообмінник виконаний у вигляді гріючих труб, всередині яких концентричне розташована багатокаскадна плівкоутворююча насадка, що являє собою центральні трубки меншого діаметра з отворами, які розташовані із кроком h між рядами, над отворами закріплені втулки, ступінчасті по внутрішньому діаметру, встановлені із зазором а між внутрішньою поверхнею гріючої трубки і зовнішньою поверхнею втулки і з зазором аг між внутрішньою поверхнею втулки і зовнішньою поверхнею центральної трубки, у верхній частині центральні трубки обладнані опорно - центруючими втулками, а в нижній - центруючими ребрами, у верхній частині гріючих трубок виконані вертикальні щілини 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що у верхній частині теплообмінника і нижній, між теплообмінником і збірником циркуляційної вихідної рідини, розташовані ВІДПОВІДНО верхня і нижня сепараційні камери, з'єднані із сепаратором 3 Пристрій за п 1 або 2, який відрізняється тим, що сепаратор розташований над теплообмінником, між верхньою сепараційною камерою і колектором вторинної (сокової) пари і має тангенціальний вхід із обох сепараційних камер О (О со підтримання в апараті, в зоні контакту вихідного розчину з контактними трубками, вакууму визначеної величини Апарат містить вертикальний трубчастий теплообмінник із трубними дошками для кріплення контактних трубок, збірники розчину, дистиляту і конденсату, патрубки, ВІДПОВІДНО, введення і виведення теплоагента, введення вихідного розчину і дистиляту, введення гріючої пари, виведення конденсату і підключення вакууму [1 А с СРСР N 1703160, МКВ В 01 D 1/06, 1/22, опуб 07 01 92 БВ N 1] Спосіб за допомогою апарата здійснюють таким чином у міжтрубний простір теплообмінника вводиться знизу вгору теплоагент, зверху вниз через патрубок у трубний 44364 простір подається гріюча пара, а вихідний розчин у вигляді тонкої плівки зверху вниз надходить на зовнішню поверхню контактних трубок через спеціальний плівкоутворювач В апараті, в трубному просторі, між основними і контактними трубками, підтримується вакуум визначеної величини, при якому відбувається інтенсивне випарювання розчину з поверхні контактних труб Утворені пари конденсуються на внутрішній поверхні теплообмінних трубок і у вигляді дистиляту стікають у нижню частину апарата і відводяться через вивідний патрубок Упарений розчин стікає по ЗОВНІШНІЙ поверхні контактних трубок, збирається в збірнику і також через вивідний патрубок виводиться із апарата Недоліками способу й апарата є низький коефіцієнт корисної дії через чуттєвість контактних трубок до відхилення їх від вертикального положення, тобто відрив плівки розчину від поверхні контактних трубок, а також зниження якості дистиляту в результаті попадання окремих бризок розчину з поверхні контактних трубок в процесі кипіння-випарювання Найбільш близьким за технічною сутністю та ефекту, що досягається є спосіб проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів, який полягає у взаємодії потоків гріючого агента і розчину, що подається зверху вниз у вигляді плівки і плівкове-трубчастий апарат, який містить вертикальний трубчастий теплообмінник із плівкоутворюючою насадкою, сепаратор парорідинної фази, збірник циркуляційної води, колектор вторинної пари, циркуляційний насос, з'єднувальні трубопроводи і технологічні патрубки Причому розчин, який упарюється, у плівкоутворюючу насадку подається під надмірним тиском Вихідна рідина примусово подається на плівкоутворюючу насадку, де формується і далі у вигляді рівномірної плівки стікає вниз по внутрішній поверхні порожнистих трубок плівкоутворювача і вертикальних трубок теплообмінника Пари, які утворилися при випарюванні рідини, надходять у сепаратор і виводяться через паровий патрубок [2 А С СРСР N 1621994, МКВ В 01 Д 1/22, БВ N З 1987г) Недоліками способу і плівково-трубчастого апарата є обмеженість по продуктивності внаслідок збільшення опору виходу парорідинної фази в сепаратор в районі плівкоутворюючої насадки в один бік - знизу вгору і, як наслідок, збільшення теплоенергетичних витрат У процесі роботи не виключена можливість відриву плівки із внутрішньої поверхні труб В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів шляхом створення вакууму визначеної величини в між-трубному і трубному просторі теплообмінника, що забезпечує інтенсивне випарування рідини з внутрішньої поверхні теплообмінних труб незалежно від їх довжини і навіть при деякому відхиленні теплообмінних труб від вертикального положення, спрямування утвореної парорідинної суміші до джерел вакуумування з обох КІНЦІВ теплообмінних елементів, що збільшує час контактування, повзучої зверху вниз плівки з гріючою поверхнею трубок, інтенсифікує процес тепло- і масообміну, під вищує ефективність пристрою в цілому Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для проведення тепло-, масообмінних і реакційних процесів взаємодію гріючого агента і рідини, що подається зверху вниз, здійснюють як під надмірним тиском, так і під вакуумом, утворену при цьому газорідинну суміш відбирають у двох напрямках і окремо подають у сепаратор, в якості гріючого агента використовують тепло низькопотенційної відпрацьованої пари після парових турбін крупнотонажних агрегатів виробництва аміаку, метанолу або теплових електростанцій, пристрій містить послідовно з'єднані між собою по лінії парогазової суміші збірник циркуляційної вихідної води, трубчастий вертикальний теплообмінник, сепаратор парорідинної фази, колектор вторинної (сокової) пари, циркуляційний насос, з'єднувальні трубопроводи і технологічні патрубки для підводу вихідної циркуляційної рідини, гріючого агента, створення вакууму, для відводу інертних газів, концентрованого розчину і конденсату, виводу вторинної (сокової) пари, згідно із пропонованою конструкцією, трубчастий вертикальний теплообмінник викониний у вигляді гріючих труб, всередині яких концентричне розташована багатокаскадна плівкоутворююча насадка, що являє собою центральні трубки меншого діаметра з отворами, які розташовані із кроком h між рядами, над отворами закріплені втулки, ступінчаті по внутрішньому діаметру, встановлені із зазором а між внутрішньої поверхнею гріючої трубки і зовнішньої поверхнею втулки і з зазором аг між внутрішньою поверхнею втулки і зовнішньою поверхнею центральної трубки, у верхній частині центральні трубки постачені опорно-центруючими втулками, а в нижній центруючими ребрами, у верхній частині гріючих трубок виконані вертикальні щілини, у верхній частині теплообмінника і нижній, між теплообмінником і збірником циркуляційної вихідної, рідини, розташовані ВІДПОВІДНО верхня і нижня сепараційні камери, з'єднані із сепаратором, який розташований над теплообмінником, між верхньою сепараційною камерою 1 колектором вторинної (сокової) пари і має тангенціальний вхід із обох сепараційних камер Використання тепла низькопотенціальної відпрацьованої пари при створенні достатнього перепаду по вакууму, в трубному просторі більш глибокого, ніж в міжтрубному, дозволяє забезпечити інтенсивне випарування рідини з внутрішньої поверхні теплообмінних труб і дає можливість значно підвищити коефіцієнт корисної дії пристрою, утилізувати тепло після парових турбін виробництва крупнотонажних агрегатів аміаку, метанолу або теплових електростанцій, що робить процес економічним, знижує енерговитрати на одиницю продукції Наявність багатокаскадної плівкоутворюючої насадки, що являє собою центральні трубки меншого діаметра, встановлені концентричне гріючим із зазором си, достатнім для установки плівкоутворювачів, виконаних у вигляді ступінчатих по внутрішньому діаметру втулок, закріплених із кроком h на центральних трубках над отворами в них і з зазором а = 1 - 1,5мм між зовнішньою поверхнею втулок і внутрішньою поверхнею теплообмінних 44364 29 і зовнішньою поверхнею трубки 27, достатнім для трубок і з зазором аг, достатнім для проходу пари вільного проходу вторинної пари, причому між трубв центральні трубки через отвори в них, дає можками 27 і трубками 26 повинен бути забезпечений ливість не тільки сформувати рідинну плівку, але і зазор си, достатній для розміщення ступінчатої втулвідразу, починаючи від торця трубчастого теплоки 29 Трубки 27, у верхній частині, постачені опорнообмінного елемента, рівномірно розподіляти її по центруючими втулками ЗО і в нижній частині центрувсій поверхні теплообміну, що поліпшує ефективючими ребрами 31, а гріючі трубки 26 у верхній часність тепло- і масообміну, підвищує продуктивність тині - вертикальними щілинами 32 для проходу рідиапарата по випареній волозі і підвищує якість гони, яка випарюється, усередину Верхня і нижня тового продукту сепараційні камери 17, 18 за допомогою трубопроРозміщення багатокаскадної плівкоутворюючої водів 8, 9 з'єднані із сепаратором 3, причому вхід у насадки у випарному апараті із падаючою ПЛІВШІ сепаратор виконаний тангенціальним, в нижній часробить його нечуттєвим при наявності відхилення тині сепаратор за допомогою дренажних трубопрогріючих трубок від вертикального положення водів 11 з'єднаний із збірником 1 для вилучення із Установка зверху над теплообмінником і знисепаратора бризок, які уносяться із вторинною парою зу, між теплообмінником і збірником циркуляційної і з'єднаний із збірним колектором 4 вторинної пари рідини, попередніх сепараційних камер дозволяє з'єднувальними трубопроводами 10 Відбір пари відвідбирати вторинну (сокову) пару із центральних бувається по осі сепаратора 3 Сепаратор 3 устанотрубок у двох напрямках, що забезпечує поперевлений на обслуговуючому майданчику 33, що спидню грубу сепарацію вторинної пари від бризок і рається на попередню сепараційну камеру 17 значно (в 2 рази) знизити опір руху пари в цих трубках і як наслідок підвищити продуктивність устаСпосіб проведення тепло-, масообмін них і реакновки в цілому ційних процесів за допомогою пристрою здійснюють таким чином Наявність збірника циркуляційної рідини і його розміщення внизу пристрою у сукупності із насоСпочатку, до заповнення циркуляційного збірнисом дозволяє створювати максимальне навантака 1 вихідним розчином, що випарюється, наприклад, ження незалежно від температури приходящої водою, через патрубок 14 в між трубний простір верпідживильної рідини тикального трубчастого теплообмінника 2 подається гріючий агент (пара) і включається в роботу (при виСутність винаходу пояснюється кресленнями, користанні тепла низькопотенціальної відпрацьоваДе ної пари після парових турбін різного призначення на фіг 1 - подано пристрій для здійснення система ступінчатого роздільного вакуумування чеспособу проведення тепло-, масообмінних і реакрез патрубок 15 по гріючій парі і через збірний колекційних процесів, тор 4 більш глибокий по вторинній (соковій) парі, на фіг 2 - вертикальний розріз А-А пристрою потім включається в роботу циркуляційний насос 5, на фіг 1, який подає розчин (наприклад, воду), який упарюєтьна фіг 3 - вузол 1 по трубках на фіг 2 ся, через щілини 32 всередину трубок 26 і при досягПристрій для проведення тепло-, масообмінних і ненні температури циркуляційного розчину (води) реакційних процесів містить збірник 1 циркуляційної нижче температури кипіння при заданих умовах по вихідної упарюваної рідини, вертикальний трубчасвакууму на 5 - 10сС, починається процес інтенсивнотий теплообмінник 2, горизонтальний центробіжний го пароутворення (випарування) циркуляційної рідисепаратор 3 парорідинної фази, колектор 4 вторинни на внутрішній поверхні гріючих трубок 26, звідки ної (сокової) пари, циркуляційний насос 5, з'єднувавторинна (сокова) пара через отвори 28 надходить льні трубопроводи 6, 7, 8, 9, 10, 11, технологічні патвсередину трубок 27 і далі рухається в двох напрямрубки для підводу рідини, що упарюється ках вгору і вниз через сепараційні камери 17 і 18 по циркуляційної - 12, свіжої вихідної - 13, гріючої пари трубопроводах 8 і 9 в центробіжний сепаратор З, 16, у верхній частині теплообмінника 2 установлена відокремлюється від бризок і через трубопроводи 10 попередня сепараційна камера 17, а в нижній, між надходить у збірний колектор 4 і далі на конденсацію теплообмінником 2 і збірником 1, зовні обечайки збіабо для інших цілей Одночасно при досягненні зарника, друга попередня сепараційна камера 18, яка даної температури циркуляційного розчину (води) сполучається із внутрішнім простором збірника 1 включається в роботу регулюючий клапан 25 для отворами 19, камера 18 постачена люком 20 Збірник виводу із системи концентрованого розчину, підтри1 постачений рівнеміром 21 На з'єднувальному трумання рівня в збірнику 1 Через штуцер 13 відбувабопроводі 6 між збірником 1 і циркуляційним насосом ється підживлення свіжим розчином (водою), що 5 установлений запірний клапан 22 На з'єднувальупарюється ному трубопроводі 7 установлений запірний клапан 23 і трубопровід 24 із регулюючим клапаном 25 для Таким чином пропонований спосіб проведення виводу концентрованого розчину Вертикальний трутепло-, масообмін-них і реакційних процесів і прибчастий теплообмінник 2 із сповзаючою зверху вниз стрій для його здійснення дозволяють утилізувати плівкою містить гріючі трубки 26, всередині яких контепло відпрацьованої пари низького температурного центрично змонтована багатокаскадна плівкоутвопотенціалу після парових турбін виробництва крупрююча насадка, яка містить трубки 27 меншого діанотонажних агрегатів аміаку, метанолу або теплових метра з отворами 28 і кроком 300-600мм між рядами електростанцій, знизити енерговитрати на одиницю по висоті, на яких над рядами отворів закріплені втупродукції, інтенсифікувати процес тепло- і масообмілки 29, ступінчаті повнутрішньоу діаметру та встанону, значно (в 2 рази) знизити опір руху пари в трубчавлені із зазором (а = 1 - 1,5мм між внутрішньою постих елементах теплообмінника і, як наслідок, підвиверхнею трубки 26 і зовнішньою поверхнею втулки щити продуктивність установки в цілому 29 і з зазором аг між внутрішньою поверхнею втулки 44364 27 Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90