Парціальний конденсатор

Реферат: У заявці описаний парціальний конденсатор, що має щонайменше один теплообмінний блок (1) з конденсаційними каналами й каналами для проходу холодоносія, і розрахований на роботу під тиском корпус (2), що охоплює теплообмінний блок (1) зверху й з боків. У такому парціальному конденсаторі передбачені далі засоби (14, 15, 16, 17) для подачі пари в нижню частину конденсаційних каналів, засоби (19) для відводу рідкого конденсату з нижньої частини конденсаційних каналів, засоби (29, 30) для відводу пари з верхньої частини конденсаційних каналів і засоби для подачі холодоносія в призначені для його проходу канали. Відповідно до винаходу конденсаційні канали на їхньому нижньому кінці сполучаються з колектором, що розташований під теплообмінним блоком (1) і має фазорозділювальний пристрій. UA 100357 C2 (12) UA 100357 C2 UA 100357 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід належить до парціального конденсатора відповідно до обмежувальної частини п. 1 формули винаходу. У цей час відомі два основні конструктивні різновиди парціальних конденсаторів. У парціальних конденсаторів першого конструктивного типу теплообмінний блок (або ж безліч теплообмінних блоків) розташований усередині розрахованого на роботу під тиском корпуса, як це описано, наприклад, в ЕР 1189000 А2, а у парціальних конденсаторів другого конструктивного типу теплообмінний блок з усіх боків закритий колектором, як це описано, наприклад, в US 6128920. Даний винахід належить до парціальних конденсаторів першого конструктивного типу. При роботі парціального конденсатора в його конденсаційні канали (ходи) знизу надходить пара. у міру підйому в конденсаційних каналах пара частково конденсується в них. Конденсаційні канали мають при цьому таку конструкцію, що рідкий конденсат не захоплюється й не несеться парою, а стікає вниз. У результаті протитечійного руху пари й рідкого конденсату в конденсаційних каналах відбувається ректифікація. Рідкий конденсат, що виходить із нижнього кінця парціального конденсатора, збагачений важколеткими (висококиплячими) компонентами, а вихідна зверху пара збагачена легколеткими (низкокиплячими) компонентами. Парціальний конденсатор (який також називають дефлегматором) може використатися як окремий розділювальний пристрій. В іншому варіанті парціальний конденсатор може використатися як парціальний конденсатор на верху ректифікаційної колони для підвищення ефективності проведеного в ній процесу поділу рідких сумішей. Використовувані вище й надалі для опису просторового положення визначення, такі як "зверху", "знизу", "збоку" і т. д., завжди відносяться до робочого положення парціального конденсатора, що відповідає його призначенню. В основу даного винаходу була поставлена задача підвищити економічну ефективність парціального конденсатора зазначеного на початку опису типу й насамперед досягти зниження витрат на його виготовлення й/або експлуатацію. Зазначена задача вирішується завдяки тому, що конденсаційні канали на їхньому нижньому кінці сполучаються з колектором, що розташований під теплообмінним блоком і має фазорозділювальний пристрій. Подібний колектор є щонайменше частиною засобів для подачі пари в нижню частину конденсаційних каналів і засобів для відводу рідкого конденсату з нижньої частини конденсаційних каналів. Конденсаційні канали теплообмінного блока пропонованого у винаході парціального конденсатора, незважаючи на те, що теплообмінний блок установлений усередині розрахованого на роботу під тиском корпуса, не сполучаються з проміжним простором між стінкою розрахованого на роботу під тиском корпуса й теплообмінним блоком, а закінчуються в колекторі. Хоча подібне рішення на перший погляд може здатися занадто складним, однак воно має істотну перевагу, що полягає в можливості розміщення в колекторі фазорозділювального пристрою, що дозволяє ефективно відокремлювати один від іншого пару і рідкий конденсат під конденсаційними каналами. Тим самим вдається насамперед запобігти захопленні рідкого конденсату потоком пари. У цілому ж у пропонованому у винаході парціальному конденсаторі досягається особливо висока ефективність процесів теплообміну і масообміну. Ще одна перевага парціального конденсатора пропонованої у винаході конструкції складається в можливості використати простір усередині розрахованого на роботу під тиском корпуса, тобто проміжний простір між його стінками й теплообмінним блоком, для інших цілей, а також у можливості створення в цьому просторі тиску, відмінного від тиску в конденсаційних каналах. Теплообмінний блок потрібно переважно виконувати у вигляді пластинчастого теплообмінника, насамперед паяного алюмінієвого пластинчастого теплообмінника. У розташованого в колекторі фазорозділювального пристрою доцільно передбачити днище із щонайменше одним отвором для проходу газу, що зі свого верхнього боку оточений круговим бортиком, що забезпечує скупчування зовні нього рідкого конденсату. Завдяки наявності такого кругового бортика, що оточує щонайменше один отвір для проходу газу в днище фазорозділювального пристрою, рідкий конденсат, що випливає з конденсаційних каналів, накопичується на днищі фазорозділювального пристрою. Пара, яка піднімається і яка далі попадає в конденсаційні канали, проходить через отвір для проходу газу в обхід рідкого конденсату, що накопичився на днищі фазорозділювального пристрою, без істотної втрати свого тиску й без захоплення при цьому крапельок рідкого конденсату. Круговий бортик, що оточує щонайменше один отвір для проходу газу в днище фазорозділювального пристрою, може бути утворений однієї або декількома вертикальними 1 UA 100357 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стінками, а в найпростішому випадку - циліндричною стінкою з вертикальною віссю симетрії. Разом з тим круговий бортик можна виконувати й іншої форми, наприклад, таким, що розширюється або звужується догори. Круговий бортик переважно розташовувати безпосередньо по краю отвору для проходу газу, однак його можна також розташовувати й з певним відступом від краю отвору для проходу газу. Зі своєї нижньої сторони отвір для проходу газу може сполучатися з верхньою частиною розділової колони, з якої її головний газоподібний продукт може безпосередньо надходити в конденсаційні канали. Фазорозділювальний пристрій теплообмінного блока має, наприклад, від одного до десяти, переважно від двох до шести, отворів для проходу газу. У переважному варіанті фазорозділювальний пристрій має щонайменше одну зливальну трубу для відводу рідкого конденсату, що накопичився на його днищі. Через цю зливальну трубу накопичений на днищі фазорозділювального пристрою рідкий конденсат відводиться з фазорозділювального пристрою без контакту з потоком пари, що надходить в нього. Зливальна труба може сполучатися, наприклад, з розподільником рідини, що розподіляє рідкий конденсат, що утворився в конденсаційних каналах, на масообмінній ділянці розділової колони, що має впорядковану насадку або насадкові тіла. У випадку тарілчастої колони зливальна труба закінчується біля однієї з тарілок колони. Переважно далі розташовувати над отвором для проходу газу з відступом від днища фазорозділювального пристрою дефлектор або екран, що перекриває щонайменше частину площі поперечного перерізу отвору для проходу газу. Подібний дефлектор або екран запобігає влученню рідкого конденсату, що витікає з конденсаційних каналів, в отвір для проходу газу. У переважному варіанті дефлектор або екран повинен перекривати весь поперечний переріз отвору для проходу газу. При цьому дефлектор або екран необхідно розташовувати на такій вертикальній відстані від днища фазорозділювального пристрою, відповідно від верхнього кінця навколишній отвір для проходу газу в днище фазорозділювального пристрою кругового бортика, при якому пара могла вільно проходити нагору без якого-небудь помітного падіння тиску. Всю таку конструкцію можна виконати за принципом нижньої частини димової труби. Пропоноване у винаході рішення дозволяє істотно збільшити в порівнянні зі звичайним колектором, що приєднується через патрубок, сумарну площу поперечного перерізу, через який пара надходить у парціальний конденсатор. У переважному варіанті площа поперечного перерізу отвору для проходу газу в днище фазорозділювального пристрою становить щонайменше одну сорокову, більш переважно щонайменше одну двадцяту, найбільш переважно щонайменше одну десяту, частини площі нижньої торцевої поверхні теплообмінного блока. При наявності у фазороздільнювального пристрою більше одного отвору для проходу газу зазначена величина відноситься до суми площ поперечних перерізів всіх отворів для проходу газу. Колектор може мати плоскі, насамперед прямокутні, бічні стінки, з'єднані з нижніми краями теплообмінного блока. Крім цього колектор може мати днище, що одночасно утворює також днище фазорозділювального пристрою. Так, наприклад, колектор може мати в цілому форму прямокутного паралелепіпеда, верхня торцева поверхня якого утворена нижньою торцевою поверхнею теплообмінного блока. Засоби для подачі холодоносія у відповідні канали виконані у вигляді бічних отворів теплообмінного блока, через які канали для проходу холодоносія сполучаються із проміжним простором між стінкою розрахованого на роботу під тиском корпуса й теплообмінним блоком. Тим самим цей проміжний простір можна задіяти для подачі холодоагенту, не використовуючи із цією метою колектор. При застосуванні рідкого холодоносія проміжний простір між стінкою розрахованого на роботу під тиском корпуса й теплообмінним блоком можна використати в якості видаткової рідинної ванни. У цьому випадку бічні отвори повинні розташовуватися на такому рівні, щоб у процесі роботи парціального конденсатора вони знаходились нижче поверхні рідкого холодоносія. Бічні отвори можуть розташовуватися з однієї або із двох сторін теплообмінного блока. Переважно далі виконувати канали для проходу холодоносія відкритими догори з верхньої сторони теплообмінного блока. У цьому випадку канали для проходу холодоносія можуть працювати аналогічно звичайному циркуляційному випарному апарату (ванному випарнику) за принципом термосифона, що не вимагає використання колектора в контурі холодоносія. У цьому варіанті теплообмінний блок поряд з описаним вище колектором на нижньому кінці конденсаційних каналів має ще тільки один колектор, що виконує функцію засобів для відводу пари з верхньої частини конденсаційних каналів. 2 UA 100357 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить також до заявленого в п. 9 формули винаходу застосуванню пропонованого в ньому парціального конденсатора. Нижче винахід більш докладно розглянутий на прикладі одного з варіантів його здійснення з посиланням на додані схематичні креслення, на яких показано: на фіг. 1 - вигляд парціального конденсатора в поздовжньому перерізі й на фіг. 2 - вигляд парціального конденсатора в поперечному перерізі площиною А-А. Усередині розрахованого на роботу під тиском корпуса 2 розташований теплообмінний блок 1. Теплообмінний блок виконаний у вигляді паяного алюмінієвого пластинчастого теплообмінника й має не показані на кресленнях конденсаційні канали, що поперемінно чергуються, і канали для проходу холодоносія. У розглянутому варіанті канали для проходу холодоносія працюють аналогічно циркуляційному випарному апарату. Рідкий холодоносій подається через патрубок 4 у проміжний простір 3 між стінкою розрахованого на роботу під тиском корпуса 2 і теплообмінним блоком 1 і утворює у цьому просторі рідинну ванну. Рідкий холодоносій 5 попадає з рідинної ванни в канали для проходу холодоносія через їхні бічні отвори. У результаті ефекту термосифона двофазна суміш рухається по каналах для проходу холодоносія нагору й виходить із верхньої сторони теплообмінного блока 1 з відкритих у цьому місці каналів для проходу холодоносія. Газоподібний холодоносій 6 відводиться по газопроводу 7, а холодоносій, що залишається в рідкому вигляді, 8 повертається назад у рідинну ванну. Конденсаційні канали відкриті на своїх нижніх кінцях і сполучаються з колектором, що розташований під теплообмінним блоком 1. Цей колектор має чотири прямокутні бічні стінки 9, 10, 11, 12 і днище 13. Днище 13 одночасно утворює днище фазорозділювального пристрою й має в розглянутому прикладі чотири отвори 14, 15, 16, 17 для проходу газу (пари). Кожний із цих отворів для проходу газу оточений зі своєї верхньої сторони круговим буртиком 18, що забезпечує скупчування рідкого конденсату на днищі фазорозділювального пристрою. Накопичений на днищі фазорозділювального пристрою рідкий конденсат може стікати з нього по зливальній трубі 19. Над кожним з отворів для проходу газу розташовано по дефлектору або екрану 20, 21. Парціальний конденсатор розташований безпосередньо на верху розділової колони. Стінка 22 колони позначена на фіг. 1 штриховими лініями. Зверху колони пара 23 проходить через отвори для проходу газу, відхиляється дефлекторами або екранами 20, 21 (стрілка 24) і в остаточному підсумку попадає в конденсаційні канали (стрілка 25). Рідкий конденсат, що утворився в конденсаційних каналах, виходить із них через їхні нижні кінці (стрілка 26), за певних умов також ударяється в один з дефлекторів або екранів 20, 21, накопичується на днищі 13 і в остаточному підсумку зливається через зливальну трубу 19 (стрілки 27, 28). Газоподібна частина, що залишилася, відводиться зверху з конденсаційних каналів через бічний колектор 29 і газовідвідну трубу 30. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 1. Парціальний конденсатор, що має щонайменше один теплообмінний блок (1) з конденсаційними каналами й каналами для проходу холодоносія, розрахований на роботу під тиском корпус (2), що охоплює теплообмінний блок (1) зверху й з боків, причому між теплообмінним блоком і стінкою розрахованого на роботу під тиском корпусу знаходиться боковий проміжний простір, засоби (14, 15, 16, 17) для подачі пари в нижню частину конденсаційних каналів, засоби (19) для відводу рідкого конденсату з нижньої частини конденсаційних каналів, засоби (29, 30) для відводу пари з верхньої частини конденсаційних каналів і засоби для подачі холодоносія в призначені для його проходу канали, при цьому конденсаційні канали на їхньому нижньому кінці сполучаються з колектором, що розташований під теплообмінним блоком (1) і має фазорозділювальний пристрій, який відрізняється тим, що фазорозділювальний пристрій має днище (13), яке має щонайменше один отвір (14, 15, 16, 17) для проходу газу, що зі своєї верхньої сторони оточений круговим бортиком (18), що забезпечує накопичення зовні його рідкого конденсату, а також, що фазорозділювальний пристрій має щонайменше одну зливальну трубу (19) для відводу накопиченого на його днищі (13) рідкого конденсату. 2. Парціальний конденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що над отвором (14, 15, 16, 17) для проходу газу з відступом від днища (13) фазорозділювального пристрою розташований дефлектор або екран (20, 21), що перекриває щонайменше частину площі поперечного перерізу отвору для проходу газу. 3 UA 100357 C2 5 10 15 3. Парціальний конденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що площа поперечного перерізу отвору для проходу газу, відповідно сума площ поперечних перерізів всіх отворів (14, 15, 16, 17) для проходу газу в днище фазорозділювального пристрою становить щонайменше одну сорокову, переважно щонайменше одну двадцяту, найбільш переважно щонайменше одну десяту частину площі нижньої торцевої поверхні теплообмінного блока (1). 4. Парціальний конденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що колектор має плоскі, насамперед прямокутні, бічні стінки (9, 10, 11, 12), з'єднані з нижніми краями теплообмінного блока (1). 5. Парціальний конденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що колектор має днище, що утворює також днище фазорозділювального пристрою. 6. Парціальний конденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що засоби для подачі холодоносія в призначені для його проходу канали виконані у вигляді бічних отворів теплообмінного блока (1), через які ці канали сполучаються із проміжним простором (3). 7. Парціальний конденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що колектор має форму прямокутного паралелепіпеда, верхня торцева поверхня якого утворена нижньою торцевою поверхнею теплообмінного блока (1). 8. Застосування парціального конденсатора за будь-яким з пп. 1-7 як парціального конденсатора зверху розділової колони або її дефлегматора. 4 UA 100357 C2 Комп’ютерна верстка Шеверун Д.М. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5