Теплообмінний апарат

Реферат: Винахід належить до теплообмінних апаратів, в яких можуть одночасно здійснюватися і масообмінні процеси, наприклад абсорбція, конденсація, і може бути використаний в енергетиці, хімічний і інших галузях промисловості, наприклад в виробництві карбаміду. Технічний результат - підвищення ефективності роботи теплообмінника. Запропоновано теплообмінний апарат, який має принаймні одну теплообмінну трубу з турбулізатором. Турбулізатор розміщено поблизу вхідного отвору теплообмінної труби і являє собою циліндричний корпус з отворами для входу і виходу середовищ, всередині якого по ходу руху середовища послідовно розміщені формуюча струмину насадка і консольно закріплена в циліндричному корпусі назустріч руху середовища пластина-резонатор з двома виступами, які дугоподібно загнуті в протилежні сторони таким чином, що вони впритул примикають до внутрішньої поверхні циліндричного корпуса, утворюючи кріплення пластини. Теплообмінний апарат може мати камеру вводу середовищ, яка може бути оснащена змішувальними і/або розподільними пристроями. Циліндричним корпусом турбулізатора може бути ділянка теплообмінної труби, а в стінці циліндричного корпуса турбулізатора між вхідним отвором і насадкою, яка формує струмину, можуть бути додаткові отвори. UA 100484 C2 (12) UA 100484 C2 UA 100484 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки Винахід відноситься до теплообмінних апаратів, в яких можуть одночасно здійснюватися масообмінні процеси, наприклад, абсорбція, конденсація. Попередній рівень техніки Відомий теплообмінний апарат, який включає зовнішній корпус і внутрішні теплообмінні труби, які мають всередині кожної теплообмінної труби завихрувачі і похилі лопатки з дискретними турбулізаторами в вигляді кільцевих дротяних стержнів, розміщених на краях лопаток і щільно примикаючих до внутрішньої стінки труби (RU 2150644, F28D 7/00, F28F 1/40). Відомий теплообмінний апарат, який включає зовнішній корпус і внутрішні теплообмінні труби, які мають всередині кожної теплообмінної труби турбулізатори, які являють собою місцеві опори в вигляді кільцевих діафрагм (RU 2039922, F28D 7/00, F28F 1/40). Найбільш близьким до запропонованого являється відомий теплообмінний апарат, який включає зовнішній корпус і внутрішні теплообмінні труби, які мають всередині кожної теплообмінної труби турбулізатори в вигляді спіралі (RU 2238499, F28D 7/00, F28F 1/42). До недоліків даного пристрою слід віднести складність при монтажу турбулізатора. Розкриття винаходу Задача, яка вирішується запропонованим винаходом, полягає в удосконаленні конструкції теплообмінного апарата і розширенні асортименту теплообмінних апаратів, оснащених турбулізаторами потоку. Технічним результатом винаходу являється підвищення ефективності роботи теплообмінних апаратів. Для вирішення поставленої задачі запропоновано теплообмінний апарат, який включає зовнішній корпус і, принаймні, одну внутрішню теплообмінну трубу з турбулізатором, який відрізняється тим, що турбулізатор розміщено поблизу вхідного отвору теплообмінної труби і являє собою циліндричний корпус з отворами для входу і виходу середовищ, всередині якого по ходу руху середовища послідовно розміщені насадка, формуюча струмину, і консольно закріплена в циліндричному корпусі назустріч руху середовища пластина-резонатор з двома виступами, які дугоподібно загнуті в протилежні сторони таким чином, що вони впритул примикають до внутрішньої поверхні циліндричного корпуса, утворюючи кріплення пластини. Теплообмінний апарат може мати камеру вводу середовищ, яка може бути оснащена змішуючими і/або розподіляючими пристроями. Циліндричним корпусом турбулізатора може бути частина теплообмінної труби, а в стінці циліндричного корпуса турбулізатора, між вхідним отвором і формуючої струмину насадкою, можуть міститися додаткові отвори. Запропонований винахід має універсальний характер і може бути реалізований в самих різноманітних типах трубних теплообмінних апаратів, які вибираються із стандартного асортименту в залежності від характеру та умов проведення протікаючих процесів. Теплообмінник може бути кожухотрубним (вертикальним або горизонтальним), труби можуть бути прямими або U-подібними. По призначенню теплообмінник може являть собою конденсатор, випарник, холодильник і тощо. Винахід також може бути використаний в теплообмінниках типу "труба в трубі", а також в теплообмінниках, які являють собою різні комбінації перелічених конструкцій (наприклад, секційних). Одержаний технічний результат полягає в збільшенні турбулізації потоку рідкого або багатофазного середовища, яке містить в собі рідку фазу, підвищенні ефективності перемішування фаз, що приводить до підвищення коефіцієнтів тепло- і масопередачі і, у кінцевому підсумку, до зниження металоємності, габаритних розмірів апарата і вартості установки в цілому. Короткий опис фігур креслень Суть винаходу ілюструється доданими фіг. 1-9. На фіг. 1 відображено в повздовжньому перерізу вертикальний конденсаційний теплообмінник, в якому відбувається взаємодія газового і рідкого середовищ; на фіг. 2 - в повздовжньому перерізу частина теплообмінної труби, яка входить до складу цього теплообмінника, з турбулізатором; на фіг. З відображено в повздовжньому перерізу турбулізатор; на фіг. 4 - повздовжній переріз турбулізатора, показаного на фіг. З, по лінії А-А; на фіг. 5 - поперечний переріз турбулізатора, показаного на фіг. 4, по лінії В-В; на фіг. 6 відображено в повздовжньому перерізу вертикальний теплообмінник з Uподібними теплообмінними трубами; на фіг. 7 - в повздовжньому перерізу частина теплообмінної труби, яка входить до складу цього теплообмінника, з турбулізатором; на фіг. 8 відображено в повздовжньому перерізу горизонтальний теплообмінник; на фіг. 9 – в повздовжньому перерізу частина теплообмінної труби, яка входить до складу цього теплообмінника, з турбулізатором. Варіанти здійснення винаходу 1 UA 100484 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Відповідно фіг. 1 конденсаційний теплообмінник має в своєму складі вертикальний корпус 1, камеру вводу середовищ 2 з патрубками вводу рідкого 3 і газоподібного 4 реагентів, камеру виводу середовищ 5 з патрубками виводу рідкого 6 і газоподібного 7 продуктів реакції, патрубки вводу 8 і виводу 9 теплоносія, розподільний пристрій 10, теплообмінні труби 11, які закріплені в трубних решітках 12, і турбулізатори 13, які приєднані до теплообмінних труб 11 і розміщені в камері вводу середовищ 2. Відповідно фіг. 2-5 на вході в кожну теплообмінну трубу 11 розміщено турбулізатор 13. Турбулізатор має в своєму складі циліндричний корпус 14, всередині якого установлені формуюча струмину насадка 15 і консольна пластина-резоиатор 16, вільний кінець якої направлено в сторону формуючої струмину насадки 15. В стінці циліндричного корпуса 14 між вхідним отвором 17 турбулізатора і формуючої струмину насадкою 15 розміщені отвори 18. Пластина-резонатор 16 виготовлена із плоскої Т-подібної заготівки шляхом дугоподібного відгинання в протилежні сторони виступів 19 пластини, які утворюють поперечину букви Т. Указані виступи відігнуті таким чином, що в плані ця частина утворює контур, який вписується в окружність поперечного перерізу циліндричного корпуса 14. При цьому діаметр контуру в вільному стані повинен незначно перевищувати внутрішній діаметр циліндричного корпуса 14 для того, щоб пластину 16 можна було б ввести в трубу, попередньо стиснув відігнуті виступи 19. Введена в циліндричний корпус 14 пластина 16 утримується в ньому завдяки пружності стиснутих при введені виступив 19. Корпус турбулізатора з'єднано з трубою за допомогою різьби, можливо з'єднання цих деталей другими відомими способами (зварювання, запресовування, використання опірних решіток, тощо). При роботі теплообмінника всередину циліндричного корпуса 14 турбулізатора через вхідний отвір 17 надходить потік рідкого середовища, а через отвори 18 надходить газоподібне середовище, яке збирається в верхній частині камери вводу середовищ 2, далі ці потоки сумісно проходять через формуючу струмину насадку 15, яка при допомозі щілинного отвору формує струмину текучого середовища і спрямовуває її на пластину-резонатор 16 і далі в теплообмінні труби 11. Потік середовища збуджує коливання пластини-резонатора 16, які сприяють росту турбулізації потоку, перемішуванню середовища і диспергуванню фаз багатофазного потоку. При роботі цього теплообмінника вхід газорідинного потоку в труби 11 здійснюється в вертикальному напрямі знизу вверх. Відповідно фіг. 6 вертикальний теплообмінник має в своєму складі вертикальний корпус 1, камеру вводу середовищ 20 і камеру виводу середовищ 21, розділених перегородкою 22, які оснащені відповідно патрубком вводу 23 і патрубком виводу 24 рідкого теплоносія, патрубки вводу 8 і виводу 9 другого теплоносія, U-подібні теплообмінні труби 25, які закріплені в трубній решітці, і турбулізатори 13. Зображена на фіг. 7 дільниця теплообмінної труби 25, яка входить до складу зображеного на фіг. 6 теплообмінника, відрізняється від теплообмінної труби 11, зображеної на фіг. 2, орієнтацією в просторі і повернута відносно неї на 180°, розміщений на вході в теплообмінну трубу 22 турбулізатор 13 не має отворів 18, а циліндричний корпус 14 турбулізатора 13 являється дільницею теплообмінної труби 22. Робота цього теплообмінника здійснюється аналогічно вищеописаному, з тою різницею, що вхід рідкого потоку в труби 22 здійснюється через турбулізатор 13 в вертикальному напрямі зверху вниз. Відповідно фіг. 8 теплообмінник має в своєму складі горизонтальний корпус 1, камеру вводу середовищ 2 з патрубком вводу 3 рідкого теплоносія, камеру виводу середовищ 5 з патрубком виводу 6 рідкого теплоносія, патрубки вводу 8 і виводу 9 другого теплоносія, теплообмінні труби 11, які закріплені в трубних решітках 12. Зображена на фіг. 9 дільниця теплообмінної труби 11, яка входить до складу зображеного на фіг. 8 теплообмінника, відрізняється від теплообмінної труби 11, зображеної на фіг. 2, орієнтацією в просторі і повернута відносно неї на 90°, а закріплений на вході в теплообмінну трубу 11 турбулізатор 13 не має отворів 18. Робота цього теплообмінника здійснюється аналогічно попередньому, з тою різницею, що вхід рідкого потоку в труби 11 здійснюється через турбулізатор 13 в горизонтальному напрямі. Промислове застосування Винахід може бути використаний в енергетиці, хімічний і інших галузях промисловості, наприклад в виробництві карбаміду. 2 UA 100484 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Теплообмінний апарат, який включає зовнішній корпус і принаймні одну внутрішню теплообмінну трубу з турбулізатором, який відрізняється тим, що турбулізатор розміщений поблизу вхідного отвору теплообмінної труби і являє собою циліндричний корпус з отворами для входу і виходу середовищ, всередині якого по ходу руху середовища послідовно розміщені насадка, формуюча струмину, і консольно закріплена в циліндричному корпусі назустріч руху середовища пластина-резонатор з двома виступами, які дугоподібно загнуті в протилежні сторони таким чином, що вони впритул примикають до внутрішньої поверхні циліндричного корпуса, утворюючи кріплення пластини. 2. Теплообмінний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що циліндричний корпус турбулізатора є ділянкою теплообмінної труби. 3. Теплообмінний апарат за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що він має камеру вводу середовищ. 4. Теплообмінний апарат за п. 3, який відрізняється тим, що в стінці циліндричного корпуса турбулізатора між вхідним отвором і формуючою струмину насадкою існують додаткові отвори. 5. Теплообмінний апарат за п. 3, який відрізняється тим, що камера вводу середовищ має змішувальний і/або розподільний пристрій. 3 UA 100484 C2 4 UA 100484 C2 5 UA 100484 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 6