[go: up one dir, main page]

RU2372572C2 - Heat-exchange apparatus (versions) - Google Patents

Heat-exchange apparatus (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2372572C2
RU2372572C2 RU2007143840/06A RU2007143840A RU2372572C2 RU 2372572 C2 RU2372572 C2 RU 2372572C2 RU 2007143840/06 A RU2007143840/06 A RU 2007143840/06A RU 2007143840 A RU2007143840 A RU 2007143840A RU 2372572 C2 RU2372572 C2 RU 2372572C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipes
heat exchanger
pipe
exchanger according
angle
Prior art date
Application number
RU2007143840/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007143840A (en
Inventor
Лут Бурганович Низамиев (RU)
Лут Бурганович Низамиев
Ильнур Лутович Низамиев (RU)
Ильнур Лутович Низамиев
Виктор Михайлович Гуреев (RU)
Виктор Михайлович Гуреев
Юрий Федорович Гортышов (RU)
Юрий Федорович Гортышов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева)
Закрытое акционерное общество "Татарский центр катализа Эрэфэн" (ЗАО "ТЦК Эрэфэн")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева), Закрытое акционерное общество "Татарский центр катализа Эрэфэн" (ЗАО "ТЦК Эрэфэн") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева)
Priority to RU2007143840/06A priority Critical patent/RU2372572C2/en
Publication of RU2007143840A publication Critical patent/RU2007143840A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2372572C2 publication Critical patent/RU2372572C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: in heat-exchange apparatus, which contains body with bottoms, branch pipes of input and output of heat carrier in pipe and inter-pipe space, pipe grids, in whose openings conic (according to version 1) pipes, partitions, novelty lies in the fact that apparatus body is made conic and widening towards pipe widening. Deviation angle of body generating line relative to central axle is greater than angles of deviation of pipe generating lines relative to their axles. In heat-exchange apparatus (version 2) body is made conic, and pipes are made cylindrical, located at angle to central body axle, inclinations of cylindrical pipes getting smaller towards central pipe. Angle of deviation of generating line of body surface from its central axle is greater than angle of deviation of cylindrical pipes axles from central body axle.
EFFECT: increase of heat-exchange intensity with low metal consumption.
16 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а конкретно к теплообменной аппаратуре, и может быть применено в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности при осуществлении гетерогенно-каталитических процессов, в том числе при получении водорода из углеводородов.The invention relates to the field of power engineering, and specifically to heat exchange equipment, and can be applied in chemical, petrochemical, energy, and other industries in the implementation of heterogeneous catalytic processes, including the production of hydrogen from hydrocarbons.

Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус, разделенный перегородкой, имеющей отверстия, на камеры высокого и низкого давлений, и пучок тепловых труб, конденсационные участки которых размещены внутри корпуса и каждый из них заключен в соосно расположенные один в другом перфорированные конусоидальные стаканы, внутренние из которых укреплены открытыми торцами в отверстиях перегородки, наружные - снабжены механизмом вращательного движения, (а.с. СССР №826193, МКИ F28D 15/00, опубл. 30.04.1981, БИ №16). Теплообменный аппарат имеет большую металлоемкость, а наличие движущихся деталей усложняет его эксплуатацию.A heat exchanger is known, comprising a housing divided by a partition having openings into high and low pressure chambers, and a bundle of heat pipes, the condensation sections of which are placed inside the housing and each of them is enclosed in perforated cone-shaped cups coaxially arranged in one another, the inside of which are reinforced open ends in the holes of the partition, the outer ones are equipped with a rotational movement mechanism, (AS USSR No. 826193, MKI F28D 15/00, published on 04/30/1981, BI No. 16). The heat exchanger has a large metal consumption, and the presence of moving parts complicates its operation.

Известен теплообменник, состоящий из каналов для потоков теплоносителей, представляющих собой кольцевые секторы, сечения которых для нагреваемой среды постепенно увеличиваются, для охлаждаемой - постепенно уменьшаются. Скорость потоков сред вдоль поверхности теплообмена остается постоянной (заявка №10259039, Германия, F28D 9/00). Данное техническое решение применимо для ограниченного вида теплообменивающихся сред, практически с одинаковыми теплофизическими свойствами, а пропуски и накипи ликвидировать невозможно.A heat exchanger is known, consisting of channels for coolant flows, which are annular sectors, the cross sections of which for a heated medium are gradually increasing, for a cooled medium they are gradually decreasing. The flow rate of the media along the heat exchange surface remains constant (application No. 10259039, Germany, F28D 9/00). This technical solution is applicable for a limited type of heat-exchanging media, with practically the same thermophysical properties, and gaps and scale cannot be eliminated.

Известен теплообменник, представляющий собой вертикальный кожухотрубный аппарат, нижняя часть которого выполнена меньшего диаметра по сравнению с верхней поперечной перегородкой, через которую проходят охлаждающие трубы. Под этой перегородкой выполнен ряд вертикальных перегородок, обеспечивающих ускоренное и направленное движение конденсата, поступающего через проделанное в поперечной перегородке окно. Интенсивность теплоотдачи труб возрастает. Выполнение теплообменника меньшим диаметром внизу позволяет уменьшить его размеры (патент ГДР №233639, F28B 1/02, F28 13/06). Отсутствие плавно сужающейся области является недостатком данного теплообменника.A heat exchanger is known, which is a vertical shell-and-tube apparatus, the lower part of which is made of a smaller diameter compared with the upper transverse partition through which the cooling pipes pass. Under this partition, a series of vertical partitions is made, providing accelerated and directional movement of condensate entering through a window made in the transverse partition. The heat transfer rate of the pipes increases. The implementation of the heat exchanger with a smaller diameter at the bottom allows you to reduce its size (patent GDR No. 233339, F28B 1/02, F28 13/06). The absence of a smoothly narrowing region is a disadvantage of this heat exchanger.

Известен реактор, представляющий собой сосуд, выполненный в виде конуса (усеченного конуса), расширяющийся в направлении движения потока газа. В верхней части сосуда под штуцером ввода газа по его оси имеется одна или несколько распределительных сеток в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к сужающейся части сосуда. Под коническими сетками имеются одна или несколько плоских сеток, расположенных перпендикулярно потоку газовой смеси. Под распределительными сетками на некотором расстоянии располагается съемная корзина с перфорированным днищем, на которой установлена решетка с катализатором. Данная конструкция обеспечивает гомогенизацию газовой смеси, эффективное использование осей поверхности катализаторной решетки, и тем самым, увеличение производительности реактора. Кроме того, происходит улучшение теплового режима на решетках при одновременном повышении эффективности процесса окисления и увеличения срока службы катализаторных решеток (Пат. ЧССР №144129, кл. 12д 4/02, (B01J 9/04)). Недостатком реактора является недостаточно оптимальное использование объема.Known reactor, which is a vessel made in the form of a cone (truncated cone), expanding in the direction of gas flow. In the upper part of the vessel under the gas inlet fitting along its axis there is one or several distribution grids in the form of a truncated cone, facing a large base to the tapering part of the vessel. Under the conical grids, there are one or more flat grids located perpendicular to the flow of the gas mixture. Under the distribution grids at some distance is a removable basket with a perforated bottom, on which a grate with a catalyst is installed. This design ensures the homogenization of the gas mixture, the effective use of the axes of the surface of the catalyst lattice, and thereby increase the productivity of the reactor. In addition, there is an improvement in the thermal regime on the gratings while increasing the efficiency of the oxidation process and increasing the life of the catalyst gratings (Pat. Czechoslovakia No. 144129, CL 12d 4/02, (B01J 9/04)). The disadvantage of the reactor is the insufficiently optimal use of volume.

Известен кожухотрубный реактор (а.с. СССР №1088781, B01D 19/00, опубл. 30.04.1984, БИ №16), наиболее близкий к заявляемой полезной модели и принятый за прототип, состоящий из корпуса с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя. Каждая труба трубного пучка выполнена конически расширяющейся по ходу потока реакционной массы и снабжена кольцевыми ребрами. Поскольку корпус теплообменника выполнен в виде цилиндра с одинаковым диаметром по всей длине, в межтрубном пространстве на стороне труб малого диаметра остается зона малой производительности в процессе теплообмена. Наличие кольцевых ребер на трубах, увеличивая поверхность теплообмена, приводит к росту металлоемкости, увеличивает сопротивление потоку теплоносителя в межтрубном пространстве, ограничивая расход, что затрудняет применение реактора для процессов, протекающих со значительными тепловыми эффектами. При значительных объемных скоростях теплоносителя неизбежно появление завихрения, ухудшая теплоотдачу или теплосъем. Эффект от увеличенной теплообменной поверхности будет наблюдаться только при малых объемных скоростях теплоносителя.Known shell-and-tube reactor (AS USSR No. 1088781, B01D 19/00, publ. 04/30/1984, BI No. 16), closest to the claimed utility model and adopted for the prototype, consisting of a housing with a tube bundle fixed in tube sheets , and nozzles for entry and exit of the reaction mass and coolant. Each tube bundle tube is made conically expanding along the flow of the reaction mass and provided with annular ribs. Since the body of the heat exchanger is made in the form of a cylinder with the same diameter along the entire length, in the annular space on the side of the pipes of small diameter there remains a zone of low productivity during the heat transfer. The presence of annular ribs on the pipes, increasing the heat transfer surface, leads to an increase in metal consumption, increases the resistance to the flow of coolant in the annulus, limiting the flow rate, which complicates the use of the reactor for processes occurring with significant thermal effects. At significant volumetric velocities of the coolant, the appearance of turbulence is inevitable, worsening heat transfer or heat removal. The effect of the increased heat transfer surface will be observed only at low volumetric velocities of the coolant.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении интенсивности теплообмена при малой металлоемкости.The technical result, which the invention is directed to, is to increase the heat transfer intensity with low metal consumption.

Технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате (вариант 1), содержащем корпус с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены конические трубы, перегородки, образующие в межтрубном пространстве отсеки, новым является то, что корпус аппарата выполнен коническим, расширяющимся в направлении расширения труб, при этом центральные оси труб расположены под углом к центральной оси корпуса.The technical result is achieved in that in a heat exchanger (option 1), comprising a housing with bottoms, nozzles for introducing and discharging coolants into the pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which conical pipes are fixed, partitions forming compartments in the annulus, is new that the casing of the apparatus is conical, expanding in the direction of expansion of the pipes, while the central axis of the pipes are at an angle to the central axis of the housing.

Угол отклонения образующих корпуса по отношению к центральной оси больше, чем углы отклонения образующих конических труб относительно своих осей в 1,5-1,6 раза.The deflection angle of the generatrix of the housing with respect to the central axis is greater than the deflection angles of the generatrix of the conical pipes relative to its axes by 1.5-1.6 times.

В теплообменном аппарате (вариант 2), содержащем корпус с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены трубы, перегородки, образующие в межтрубном пространстве отсеки, новым является то, что корпус аппарата выполнен коническим, а трубы, внутри него, выполнены цилиндрическими и расположены под углом к центральной оси корпуса, образуя пучок труб, расширяющийся в направлении расширения конического корпуса, при этом углы наклона труб, расположенных ближе к центральной оси корпуса, меньше угла наклона труб, расположенных по периферии.In a heat exchanger (option 2), which contains a housing with bottoms, pipes for introducing and discharging coolants into the pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which pipes are fixed, partitions forming compartments in the annulus, the case is made conical and the pipes inside it are made cylindrical and are located at an angle to the central axis of the body, forming a bundle of pipes expanding in the direction of expansion of the conical body, while the angles of inclination of the pipes located closer to the central axis of the housing, less than the angle of inclination of the pipes located on the periphery.

Угол отклонения образующей поверхности корпуса от его центральной оси больше угла отклонения осей цилиндрических труб от центральной оси корпуса в 1,5-1,6 раза.The angle of deviation of the generatrix of the housing surface from its central axis is greater than the angle of deviation of the axes of the cylindrical pipes from the central axis of the housing by 1.5-1.6 times.

Для вариантов 1 и 2 общими признаками являются:For options 1 and 2, common features are:

- трубы выступают от наружных поверхностей трубных решеток на длину, равную диаметру трубы;- pipes protrude from the outer surfaces of the tube sheets by a length equal to the diameter of the pipe;

- на выступающих участках труб выполнены отверстия, равномерно расположенные по окружности, диаметры которых равны толщине стенки трубы;- on the protruding sections of the pipes holes are made uniformly spaced around the circumference, the diameters of which are equal to the thickness of the pipe wall;

- в трубном пучке ось центральной трубы совпадает с центральной осью теплообменного аппарата;- in the tube bundle, the axis of the central pipe coincides with the central axis of the heat exchanger;

- внутри центральной трубы размещены в кожухе термодатчики с образованием кольцевой полости, объем которой равен объему внутренней полости отдельно взятой тепловой трубы;- inside the central pipe, temperature sensors are placed in the casing with the formation of an annular cavity, the volume of which is equal to the volume of the internal cavity of a single heat pipe;

- перегородки внутри корпуса выполнены в форме сегмента круга и образуют в межтрубном пространстве отсеки одинакового объема;- the partitions inside the body are made in the form of a circle segment and form compartments of the same volume in the annulus;

- отверстия для прохождения труб в перегородках имеют выемки в виде полукругов, расположенных диаметрально противоположно друг другу.- holes for the passage of pipes in the partitions have recesses in the form of semicircles located diametrically opposite to each other.

На фиг.1 показан общий вид теплообменного аппарата без теплоизоляции; на фиг.2 - продольный разрез теплообменного аппарата (вариант 1); на фиг.3 - продольный разрез теплообменного аппарата (вариант 2); на фиг.4 - поперечный разрез по месту расположения перегородки; на фиг.5 - продольный разрез отдельной трубы (вариант 1); на фиг.6 - схема распределения потока у входа в межтрубное пространство.Figure 1 shows a General view of a heat exchanger without thermal insulation; figure 2 is a longitudinal section of a heat exchanger (option 1); figure 3 is a longitudinal section of a heat exchanger (option 2); figure 4 is a cross section at the location of the partition; figure 5 is a longitudinal section of a separate pipe (option 1); Fig.6 is a diagram of the distribution of flow at the entrance to the annulus.

Теплообменный аппарат (вариант 1) содержит конический корпус 1 с днищами 2, патрубки 3 и 4 ввода или вывода теплоносителя в трубное пространство, патрубки 5 и 6 ввода или вывода теплоносителя в межтрубное пространство, трубные решетки 7, в отверстиях которых закреплены конические трубы 8. Конусность труб 8 зависит от конкретных процессов, теплофизических свойств теплоносителей, а также материалов, из которых выполнен теплообменный аппарат. Перегородки 9 внутри корпуса 1 выполнены в форме сегмента круга (фиг.4) и образуют в межтрубном пространстве отсеки одинакового объема. Конический корпус 1 аппарата расширяется в направлении расширения труб 8, при этом их центральные оси расположены под углом к центральной оси корпуса 1. Угол отклонения образующих корпуса 1 по отношению к центральной оси больше, чем углы отклонения образующих конических труб 8 относительно своих осей в 1,5-1,6 раза.The heat exchanger (option 1) contains a conical body 1 with bottoms 2, nozzles 3 and 4 of the coolant inlet or outlet into the pipe space, nozzles 5 and 6 of the coolant inlet or outlet into the annular space, tube sheets 7, in the openings of which conical pipes 8 are fixed. The conicity of the pipes 8 depends on the specific processes, thermophysical properties of the coolants, as well as the materials from which the heat exchanger is made. Partitions 9 inside the housing 1 are made in the form of a circle segment (Fig. 4) and form compartments of the same volume in the annulus. The conical body 1 of the apparatus expands in the direction of expansion of the pipes 8, while their central axes are located at an angle to the central axis of the housing 1. The deflection angle of the generators of the housing 1 with respect to the central axis is larger than the deflection angles of the generatric conical pipes 8 relative to their axes of 1, 5-1.6 times.

Теплообменный аппарат (вариант 2) содержит конический корпус 1 с днищами 2, патрубки 3 и 4 ввода или вывода теплоносителя в трубное пространство, патрубки 5 и 6 ввода или вывода теплоносителя в межтрубное пространство, трубные решетки 7, в отверстиях которых закреплены цилиндрические трубы 10 (фиг.3). Перегородки 9 внутри корпуса 1 выполнены в форме сегмента круга и образуют в межтрубном пространстве отсеки одинакового объема. Цилиндрические трубы 10 внутри корпуса 1 расположены под углом к центральной его оси, образуя пучок труб, расширяющийся в направлении расширения конического корпуса 1, при этом углы наклона труб 10, расположенных ближе к центральной оси корпуса 1, меньше угла наклона труб 10, расположенных по периферии. Угол отклонения образующей поверхности корпуса 1 от его центральной оси больше угла отклонения осей цилиндрических труб 10 от центральной оси корпуса в 1,5-1,6 раза.The heat exchanger (option 2) contains a conical body 1 with bottoms 2, nozzles 3 and 4 of the coolant inlet or outlet into the pipe space, nozzles 5 and 6 of the coolant inlet or outlet into the annulus, tube sheets 7, in the openings of which cylindrical pipes 10 are fixed ( figure 3). Partitions 9 inside the housing 1 are made in the form of a circle segment and form compartments of the same volume in the annulus. Cylindrical pipes 10 inside the housing 1 are located at an angle to its central axis, forming a tube bundle expanding in the direction of expansion of the conical housing 1, while the angles of the pipes 10 located closer to the central axis of the housing 1 are less than the angle of inclination of the pipes 10 located on the periphery . The angle of deviation of the generatrix surface of the housing 1 from its central axis is greater than the angle of deviation of the axes of the cylindrical pipes 10 from the central axis of the housing by 1.5-1.6 times.

Для вариантов 1 и 2 соответственно трубы 8 и 10 выступают от наружных поверхностей трубных решеток 7 на длину, равную меньшему диаметру трубы 8 (вариант 1) и диаметру трубы 10 (вариант 2), при этом на выступающих участках соответственно труб 8 и 10 выполнены отверстия 11, равномерно расположенные по окружности, диаметры которых равны толщине стенки соответственно трубы 8 или 10. Пучок труб соответственно 8 или 10 имеет центральную трубу 12, ось которой совпадает с центральной осью теплообменного аппарата. Внутри центральной трубы 12 размещены в кожухе 13 термодатчики, с образованием кольцевой полости, объем которой равен объему внутренней полости отдельно взятой трубы соответственно 8 или 10. Отверстия 11 для прохождения труб соответственно 8 или 10 в перегородках 9 имеют выемки 14 в виде полукругов, расположенных диаметрально противоположно друг другу. Выемки 14, соприкасаясь с внешними поверхностями труб соответственно 8 или 10, образуют ряд небольших просветов вокруг них для перетекания некоторой части теплоносителя.For options 1 and 2, respectively, pipes 8 and 10 protrude from the outer surfaces of the tube sheets 7 by a length equal to the smaller diameter of the pipe 8 (option 1) and the diameter of the pipe 10 (option 2), while holes are made on the protruding sections of the pipes 8 and 10, respectively 11, evenly spaced around the circumference, the diameters of which are equal to the wall thickness of the pipe 8 or 10, respectively. The tube bundle, respectively 8 or 10, has a central pipe 12, the axis of which coincides with the central axis of the heat exchanger. Inside the central pipe 12, temperature sensors are placed in the casing 13, with the formation of an annular cavity, the volume of which is equal to the volume of the internal cavity of a single pipe, respectively 8 or 10. The holes 11 for the passage of pipes 8 or 10, respectively, in the partitions 9 have recesses 14 in the form of semicircles arranged diametrically opposite to each other. The recesses 14, in contact with the outer surfaces of the pipes 8 or 10, respectively, form a series of small gaps around them to flow some of the coolant.

Штуцеры 15 предназначены для термодатчиков, штуцер 16 - для подвижных или многозонных термодатчиков, штуцер 17 - для подсоединения дополнительных потоков, необходимых для проведения конкретных экспериментов. Так же предусмотрены приспособления 18 для различных датчиков, необходимых для проведения конкретных экспериментов (фиг.1).The fittings 15 are intended for temperature sensors, the fitting 16 is for movable or multi-zone temperature sensors, the fitting 17 is for connecting additional flows necessary for carrying out specific experiments. Also, fixtures 18 are provided for various sensors necessary for carrying out specific experiments (Fig. 1).

Работает теплообменный аппарат следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

В случае организации работы аппарата прямотоком, теплоноситель трубного пространства поступает по патрубку 3 через днище большого диаметра 2 в трубы 8 (фиг.2) или 10 (фиг.3) и выходит через днище малого диаметра и патрубок 4. Теплоноситель межтрубного пространства поступает по патрубку 6 в корпус 1. Далее огибает перегородки 9 (фиг.2, 3), некоторое его количество перетекает через отверстия в перегородках 9, образованных на пересечениях труб 8 (вариант 1) или 10 (вариант 2) с перегородками 9. Выход теплоносителя осуществляется через патрубок 5.In the case of organizing the operation of the apparatus by direct flow, the coolant of the pipe space enters through pipe 3 through the bottom of a large diameter 2 into pipes 8 (Fig. 2) or 10 (Fig. 3) and exits through the bottom of a small diameter and pipe 4. The coolant of the annulus enters through the pipe 6 into the housing 1. Then it bends around the partitions 9 (FIGS. 2, 3), some of it flows through the holes in the partitions 9 formed at the intersections of the pipes 8 (option 1) or 10 (option 2) with the partitions 9. The heat carrier exits through branch pipe 5.

Теплообмен между двумя теплоносителями происходит через стенки труб соответственно 8 или 10. Интенсивность теплообмена вблизи входа теплоносителей определяется в основном начальной разностью температур.The heat exchange between two heat carriers occurs through the walls of the pipes, respectively 8 or 10. The heat transfer intensity near the inlet of the heat carriers is determined mainly by the initial temperature difference.

По мере продвижения теплоносителей в сторону малых диаметров корпуса 1 и труб 8 (вариант 1) или 10 (вариант 2), разность температур постепенно уменьшается; в то же время потоки теплоносителей сужаются, поступая в область постепенно уменьшающегося диаметра корпуса 1, а для варианта 1, и уменьшающегося диаметра труб 8. Следовательно, скорости потоков увеличиваются. Постепенно увеличивающиеся скорости теплоносителей компенсируют уменьшение интенсивности теплообмена, вызываемого снижением разности температур, при этом интенсивность теплообмена остается более постоянной на всей теплообменной поверхности.As the heat carriers move towards the small diameters of the housing 1 and pipes 8 (option 1) or 10 (option 2), the temperature difference gradually decreases; at the same time, the coolant flows narrow, entering the region of a gradually decreasing diameter of the housing 1, and for option 1, and the decreasing diameter of the pipes 8. Therefore, the flow rates increase. Gradually increasing coolant speeds compensate for the decrease in heat transfer intensity caused by a decrease in temperature difference, while the heat transfer rate remains more constant on the entire heat transfer surface.

В случае организации работы теплообменника противотоком, теплоноситель трубного пространства поступает по патрубку 3 через днище большого диаметра 2 в трубы 8 или 10 и выходит через днище малого диаметра и патрубок 4. Теплоноситель межтрубного пространства поступает по патрубку 5 в корпус 1. Далее огибает перегородки 9 (фиг.2, 3), некоторое его количество перетекает через отверстия в перегородках 9, образованных на пересечениях труб 8 (вариант 1) или 10 (вариант 2) с перегородками 9. Выход теплоносителя из межтрубного пространства осуществляется через патрубок 6. В этом случае один из теплоносителей удается нагреть до более высокой температуры, чем в случае работы прямотоком, что особенно важно для высокотемпературных процессов.In the case of organizing the operation of the heat exchanger countercurrent, the coolant of the tube space enters the pipe 3 through the bottom of a large diameter 2 into pipes 8 or 10 and exits through the bottom of the small diameter and the pipe 4. The heat transfer medium of the pipe ends through the pipe 5 into the housing 1. Then it bends around the partition 9 ( 2, 3), a certain amount of it flows through the holes in the partitions 9 formed at the intersections of the pipes 8 (option 1) or 10 (option 2) with the partitions 9. The heat carrier exits the annulus es pipe 6. In this case, one of possible to heat the coolant to a higher temperature than in the case of co-current operation, which is especially important for high temperature processes.

В случае использования теплообменника в качестве реактора каталитических процессов со значительными тепловыми эффектами, сырье (теплоноситель) подают по патрубку 4 через верхнее малое днище 2 в трубы 8 или 10, заполненные катализатором. Теплоноситель в межтрубное пространство подают через патрубок 5, а выходит он через патрубок 6. В верхних участках труб 8 или 10, где концентрация сырья максимальная, выделение и поглощение тепла наибольшее. В этой же области конусообразные трубы 8 (вариант 1) имеют минимальные диаметры, поэтому скорость сырья максимальная. Следовательно, теплоотдача или поглощение стенками труб также максимальна.In the case of using a heat exchanger as a catalytic processes reactor with significant thermal effects, raw materials (coolant) are fed through pipe 4 through an upper small bottom 2 into pipes 8 or 10 filled with a catalyst. The coolant is fed into the annulus through the nozzle 5, and it exits through the nozzle 6. In the upper sections of the pipes 8 or 10, where the concentration of raw materials is maximum, the generation and absorption of heat is greatest. In the same area, cone-shaped pipes 8 (option 1) have minimum diameters, therefore, the raw material speed is maximum. Therefore, heat transfer or absorption by the walls of the pipes is also maximum.

Более того, в этой же области, в отличие от прототипа, корпус 1 имеет наименьший диаметр. Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве максимальная. Следовательно, теплосъем или теплопоглощение на наружных стенках труб еще более интенсивно.Moreover, in the same area, unlike the prototype, the housing 1 has the smallest diameter. The coolant speed in the annulus is maximum. Therefore, heat removal or heat absorption on the outer walls of the pipes is even more intense.

По мере продвижения реакционной массы по трубам 8, тепловой эффект реакции уменьшается, скорость, в связи с расширением диаметра труб 8, уменьшается, что сопровождается уменьшением тепловыделения или теплопоглощения на внутренних стеках труб. Одновременно, скорость потока теплоносителя в межтрубном пространстве, в связи с расширением корпуса 1, уменьшается, при этом уменьшается вероятность образования побочных продуктов из целевых продуктов.As the reaction mass moves through the pipes 8, the thermal effect of the reaction decreases, the speed, due to the expansion of the diameter of the pipes 8, decreases, which is accompanied by a decrease in heat generation or heat absorption on the inner stacks of the pipes. At the same time, the flow rate of the coolant in the annulus, due to the expansion of the housing 1, decreases, while the likelihood of the formation of by-products from the target products decreases.

При пользовании теплообменника в качестве реактора каталитического получения водорода из углеводородов или из их смесей, сочетание конических труб 8 и конического корпуса 1 обеспечивает увеличение выхода водорода на 1,3-15% по сравнению с выходом, достигаемым в реакторе с цилиндрическими трубами и корпусом, имеющими неизменные диаметры по всей длине.When using a heat exchanger as a reactor for the catalytic production of hydrogen from hydrocarbons or from mixtures thereof, the combination of conical pipes 8 and conical body 1 provides an increase in hydrogen yield by 1.3-15% compared with the output achieved in a reactor with cylindrical pipes and a body having constant diameters along the entire length.

Интенсивный теплообмен, более интенсивная эндотермическая реакция получения водорода из углеводородов или из их смесей в начальном периоде процесса в верхней области, где самые большие скорости потоков, быстрее, чем по классической схеме, обогащает реакционную смесь водородом. Благодаря высокой теплопроводности водорода по сравнению с парами углеводородов, средняя теплопроводность массы увеличивается, приближаясь к величине теплопроводности чистого водорода. Это приводит к более интенсивному теплообмену по всей высоте теплообменного аппарата, к повышению коэффициента его использования. Предлагаемый теплообменный аппарат позволяет проводить высокотемпературные процессы, в частности дегидрирование углеводородов, в том числе олефинов.Intensive heat transfer, a more intense endothermic reaction to produce hydrogen from hydrocarbons or from mixtures thereof in the initial period of the process in the upper region, where the highest flow rates, more quickly than in the classical scheme, enrich the reaction mixture with hydrogen. Due to the high thermal conductivity of hydrogen compared to hydrocarbon vapors, the average thermal conductivity of the mass increases, approaching the thermal conductivity of pure hydrogen. This leads to more intense heat transfer along the entire height of the heat exchanger, to an increase in its utilization. The proposed heat exchanger allows for high-temperature processes, in particular the dehydrogenation of hydrocarbons, including olefins.

Начальное соприкосновение теплоносителя с поверхностями периферийных труб с большими углами наклона, чем у близких к центру труб, происходит под углом, несколько меньшим 90 градусов. Поток быстрее и с меньшим сопротивлением распределяется в объеме около входа и выхода из межтрубного пространства. Это в сочетании с поворотами потока на перегородках и перетеканием теплоносителя через выемки на них обеспечивает более равномерную плотность потока, лучшее перемешивание и стабильную турбулентность, кроме того уменьшается общее сопротивление. В результате возникает возможность увеличивать объемную скорость теплоносителя в межтрубном пространстве, что способствует более интенсивному теплообмену.The initial contact of the coolant with the surfaces of the peripheral pipes with larger angles of inclination than at the pipes close to the center occurs at an angle slightly less than 90 degrees. The flow is faster and with less resistance distributed in the volume near the inlet and outlet of the annulus. This, combined with the rotation of the flow on the partitions and the flow of coolant through the recesses on them, provides a more uniform flow density, better mixing and stable turbulence, in addition, the overall resistance decreases. As a result, it becomes possible to increase the volumetric velocity of the coolant in the annulus, which contributes to a more intense heat transfer.

Для облегчения процессов загрузки и выгрузки катализатора из трубного пространства и закрепления сеток, удерживающих катализаторный слой, трубы 8 или 10 выполнены выступающими с поверхности трубных решеток на небольшую высоту так, чтобы на концы труб 8 или 10 можно было надеть полугибкий или гофрированный шланг. Во время эксплуатации выступающие концы труб 8 или 10 будут препятствовать появлению крупных вихрей, возникающих при отражении потока от трубных решеток. Чтобы предотвратить увеличение сопротивления, возникновение завихрений, а также для создания дополнительного фактора перемешивания реагирующей смеси, выступающие концы имеют поперечные отверстия, через которые может циркулировать сырьевая смесь.To facilitate the process of loading and unloading the catalyst from the tube space and fixing the grids holding the catalyst layer, the pipes 8 or 10 are made protruding from the surface of the tube sheets to a small height so that a semi-flexible or corrugated hose can be put on the ends of the pipes 8 or 10. During operation, the protruding ends of the pipes 8 or 10 will prevent the appearance of large vortices arising from the reflection of the flow from the tube sheets. To prevent an increase in resistance, the occurrence of vortices, as well as to create an additional factor for mixing the reacting mixture, the protruding ends have transverse openings through which the raw material mixture can circulate.

При выполнении теплообменного аппарата по первому варианту - конический корпус 1 и конические трубы 8, экономия металла составит 10-12% по сравнению с прототипом, что особенно существенно, если детали изготовлены из высоколегированных сталей.When performing the heat exchanger according to the first embodiment - a conical body 1 and conical pipes 8, the metal savings will be 10-12% compared with the prototype, which is especially important if the parts are made of high alloy steels.

Для процессов, в ходе которых обратные реакции и превращение целевых продуктов незначительны, более эффективная модель, выполненная по второму варианту, т.е. сочетанием конического корпуса 1 с наклонными цилиндрическими трубами 10. В этом случае экономия металла составит 14-15% по сравнению с моделью теплообменника, имеющего цилиндрический корпус и цилиндрические трубы равных диаметров по всей длине при одинаковой общей мощности.For processes in which the back reactions and the conversion of the target products are insignificant, a more efficient model performed according to the second option, i.e. a combination of a conical body 1 with inclined cylindrical pipes 10. In this case, the metal savings will be 14-15% compared with the model of a heat exchanger having a cylindrical body and cylindrical pipes of equal diameters along the entire length with the same total power.

Claims (16)

1. Теплообменный аппарат, содержащий корпус с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены конические трубы, образующие трубный пучок, перегородки образующие в межтрубном пространстве отсеки, отличающийся тем, что корпус аппарата выполнен коническим, расширяющимся в направлении расширения труб, при этом центральные оси труб расположены под углом к центральной оси корпуса.1. A heat exchanger containing a housing with bottoms, nozzles for introducing and discharging coolants into the pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which are conical pipes forming a tube bundle, partitions forming compartments in the annular space, characterized in that the casing of the apparatus is made conical expanding in the direction of expansion of the pipes, while the Central axis of the pipes are located at an angle to the Central axis of the housing. 2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что угол отклонения образующих корпуса по отношению к центральной оси больше, чем углы отклонения образующих конических труб относительно своих осей в 1,5-1,6 раза.2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the deflection angle of the generatrix of the housing with respect to the central axis is greater than the deflection angles of the generatrix of the conical pipes relative to its axes by 1.5-1.6 times. 3. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что трубы выступают от наружных поверхностей трубных решеток на длину, равную меньшему диаметру конической трубы.3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pipes protrude from the outer surfaces of the tube sheets by a length equal to the smaller diameter of the conical pipe. 4. Теплообменный аппарат по п.1 или 3, отличающийся тем, что на выступающих участках труб выполнены отверстия, равномерно расположенные по окружности, диаметры которых равны толщине стенки трубы.4. The heat exchanger according to claim 1 or 3, characterized in that on the protruding sections of the pipes holes are made uniformly spaced around the circumference, the diameters of which are equal to the thickness of the pipe wall. 5. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в трубном пучке имеется центральная труба, ось которой совпадает с центральной осью теплообменного аппарата.5. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube bundle has a central pipe whose axis coincides with the central axis of the heat exchanger. 6. Теплообменный аппарат по п.5, отличающийся тем, что внутри центральной трубы размещены в кожухе термодатчики с образованием кольцевой полости, объем которой равен объему внутренней полости отдельно взятой трубы.6. The heat exchanger according to claim 5, characterized in that temperature sensors are placed inside the central pipe to form an annular cavity, the volume of which is equal to the volume of the internal cavity of a single pipe. 7. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены в форме сегмента круга и образуют в межтрубном пространстве отсеки одинакового объема.7. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the partitions are made in the form of a circle segment and form compartments of the same volume in the annulus. 8. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстия для прохождения труб в перегородках имеют выемки в виде полукругов, расположенные диаметрально противоположно друг другу.8. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the holes for the passage of pipes in the partitions have recesses in the form of semicircles located diametrically opposite to each other. 9. Теплообменный аппарат, содержащий корпус с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены трубы, образующие трубный пучок, перегородки, образующие в межтрубном пространстве отсеки, отличающийся тем, что корпус аппарата выполнен коническим, а трубы, внутри него, выполнены цилиндрическими и расположены под углом к центральной оси корпуса, образуя трубный пучок, расширяющийся в направлении расширения конического корпуса, при этом углы наклона труб, расположенных ближе к центральной оси корпуса, меньше угла наклона труб, расположенных по периферии.9. A heat exchanger comprising a housing with bottoms, nozzles for introducing and discharging coolants into the pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which pipes forming the tube bundle are fixed, partitions forming compartments in the annulus, characterized in that the housing of the apparatus is conical and the pipes inside it are made cylindrical and are located at an angle to the central axis of the body, forming a tube bundle expanding in the direction of expansion of the conical body, while the angle of inclination of the pipes, races laid closer to the central axis of the housing, less than the angle of inclination of the pipes located on the periphery. 10. Теплообменный аппарат по п.9, отличающийся тем, что угол отклонения образующей поверхности корпуса от его центральной оси больше угла отклонения осей цилиндрических труб от центральной оси корпуса в 1,5-1,6 раза.10. The heat exchanger according to claim 9, characterized in that the angle of deviation of the forming surface of the housing from its central axis is greater than the angle of deviation of the axes of the cylindrical pipes from the central axis of the housing by 1.5-1.6 times. 11. Теплообменный аппарат по п.9, отличающийся тем, что трубы выступают от наружных поверхностей трубных решеток на длину, равную диаметру трубы.11. The heat exchanger according to claim 9, characterized in that the pipes protrude from the outer surfaces of the tube sheets by a length equal to the diameter of the pipe. 12. Теплообменный аппарат по п.9 или 11, отличающийся тем, что на выступающих участках труб выполнены отверстия, равномерно расположенные по окружности, которые имеют диаметры, равные толщине стенки трубы.12. The heat exchanger according to claim 9 or 11, characterized in that on the protruding sections of the pipes holes are made evenly spaced around the circumference, which have diameters equal to the thickness of the pipe wall. 13. Теплообменный аппарат по п.9, отличающийся тем, что в трубном пучке имеется центральная труба, ось которой совпадает с центральной осью теплообменного аппарата.13. The heat exchanger according to claim 9, characterized in that the tube bundle has a central pipe whose axis coincides with the central axis of the heat exchanger. 14. Теплообменный аппарат по п.13, отличающийся тем, что внутри центральной трубы размещены в кожухе термодатчики с образованием кольцевой полости, объем которой равен объему внутренней полости отдельно взятой трубы.14. The heat exchanger according to claim 13, characterized in that temperature sensors are placed inside the central pipe to form an annular cavity, the volume of which is equal to the volume of the internal cavity of an individual pipe. 15. Теплообменный аппарат по п.9, отличающийся тем, что перегородки выполнены в форме сегмента круга и образуют в межтрубном пространстве отсеки одинакового объема.15. The heat exchanger according to claim 9, characterized in that the partitions are made in the form of a circle segment and form compartments of the same volume in the annulus. 16. Теплообменный аппарат по п.9, отличающийся тем, что отверстия для прохождения труб в перегородках имеют выемки в виде полукругов, расположенных диаметрально противоположно друг другу. 16. The heat exchanger according to claim 9, characterized in that the holes for the passage of pipes in the partitions have recesses in the form of semicircles located diametrically opposite to each other.
RU2007143840/06A 2007-11-26 2007-11-26 Heat-exchange apparatus (versions) RU2372572C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007143840/06A RU2372572C2 (en) 2007-11-26 2007-11-26 Heat-exchange apparatus (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007143840/06A RU2372572C2 (en) 2007-11-26 2007-11-26 Heat-exchange apparatus (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007143840A RU2007143840A (en) 2009-06-10
RU2372572C2 true RU2372572C2 (en) 2009-11-10

Family

ID=41024059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007143840/06A RU2372572C2 (en) 2007-11-26 2007-11-26 Heat-exchange apparatus (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2372572C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570275C1 (en) * 2014-12-12 2015-12-10 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Cryogenic fluid evaporator
RU2570281C1 (en) * 2014-08-12 2015-12-10 Дмитрий Юрьевич Мартынов Gas-separation heat exchange unit
RU189136U1 (en) * 2019-01-22 2019-05-14 Виталий Григорьевич Барон Heat exchanger

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1048622A (en) * 1962-05-11 1966-11-16 Pierre Leclercq Improvements in heat-exchangers
SU373025A1 (en) * 1971-07-12 1973-03-12 MATNIT.-C & i'iOni4O4'eH.a tor ^^^^^^ _ _ ^^
SU1088781A1 (en) * 1982-01-06 1984-04-30 Волгоградский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Shell and tube-type reactor
RU2011943C1 (en) * 1992-08-31 1994-04-30 Павел Николаевич Назаров Multipass heat exchanger
RU2179290C1 (en) * 2000-11-15 2002-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро химавтоматики" Heat-exchanger

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1048622A (en) * 1962-05-11 1966-11-16 Pierre Leclercq Improvements in heat-exchangers
SU373025A1 (en) * 1971-07-12 1973-03-12 MATNIT.-C & i'iOni4O4'eH.a tor ^^^^^^ _ _ ^^
SU1088781A1 (en) * 1982-01-06 1984-04-30 Волгоградский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Shell and tube-type reactor
RU2011943C1 (en) * 1992-08-31 1994-04-30 Павел Николаевич Назаров Multipass heat exchanger
RU2179290C1 (en) * 2000-11-15 2002-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро химавтоматики" Heat-exchanger

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570281C1 (en) * 2014-08-12 2015-12-10 Дмитрий Юрьевич Мартынов Gas-separation heat exchange unit
RU2570275C1 (en) * 2014-12-12 2015-12-10 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Cryogenic fluid evaporator
RU189136U1 (en) * 2019-01-22 2019-05-14 Виталий Григорьевич Барон Heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007143840A (en) 2009-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2265480C2 (en) Reactor for realization of the exothermic or endothermic heterogeneous reactions and a method of its production
US10875002B2 (en) Isothermal reactor
KR870000086B1 (en) Reactor
RU2638217C1 (en) Compact reactor for producing synthetic hydrocarbons in fisher-tropsh process, method of activating fisher-tropsh catheter, and method of implementing fisher-tropsh synthesis in compact version with its use
RU2435639C2 (en) Isothermal reactor
RU2234975C2 (en) Radial-flow through reactor and method for processing of liquid reactant flow
US6168765B1 (en) Process and apparatus for interbed injection in plate reactor arrangement
US6190624B1 (en) Simplified plate channel reactor arrangement
RU2459658C2 (en) Reactor and method for continuous oxidative dehydration
JP2001038195A (en) Reactor provided with heat-exchanger plate
RU2015135889A (en) CATALYTIC REACTOR WITH A RADIATING WALL AND METHOD FOR CARRYING OUT THE CHEMICAL REACTION IN SUCH REACTOR
RU2372572C2 (en) Heat-exchange apparatus (versions)
RU2007107174A (en) FIXED CATALYST REACTOR
JP2012521960A (en) Steam reformer with passive heat flux control element
CN112316857B (en) Spiral fluidized slurry bed reactor
RU85221U1 (en) HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS)
RU2306173C2 (en) Method and the reactor for realization of the chemical reactions in the pseudo-isothermal conditions
JPS60225632A (en) reactor
RU2006110354A (en) REACTOR FOR HETEROGENEOUS SYNTHESIS OF CHEMICAL COMPOUNDS
UA81798C2 (en) Pseudo-isothermal radial chemical reactor and method of optimization of pseudo-isothermal catalytic reactions
CN107617392B (en) Catalytic reactor
RU2457415C2 (en) Heat exchange unit
CN112316858B (en) Spiral fluidized slurry bed reactor
RU101162U1 (en) HEAT EXCHANGE DEVICE
RU2371243C1 (en) Catalytic reactor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161127