RU85221U1 - HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) - Google Patents
HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU85221U1 RU85221U1 RU2007143839/22U RU2007143839U RU85221U1 RU 85221 U1 RU85221 U1 RU 85221U1 RU 2007143839/22 U RU2007143839/22 U RU 2007143839/22U RU 2007143839 U RU2007143839 U RU 2007143839U RU 85221 U1 RU85221 U1 RU 85221U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- heat exchanger
- pipe
- exchanger according
- housing
- Prior art date
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
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, 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. ! 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. ! 3. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что трубы выступают от наружных поверхностей трубных решеток на длину, равную меньшему диаметру конической трубы или диаметру цилиндрической трубы. ! 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. ! 5. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в трубном пучке имеется центральная труба, ось которой совпадает с центральной осью теплообменного аппарата. ! 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. ! 7. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены в форме сегмента круга и образуют в межтрубном пространстве отсеки одинакового объема. ! 8. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийс1. A heat exchanger containing a housing with bottoms, pipes 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 annular space, characterized in that the casing of the device is conical, expanding into 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. 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. 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 or the diameter of the cylindrical pipe. ! 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. 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. 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. 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. The heat exchanger according to claim 1, characterized in
Description
Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а конкретно к теплообменной аппаратуре и может быть применена в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности при осуществлении гетерогенно-каталитических процессов, в том числе при получении водорода из углеводородов.The utility model relates to the field of heat power engineering, and specifically to heat exchange equipment, and can be applied in chemical, petrochemical, energy, and other industries when carrying out 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 openings of the partition, the external ones are equipped with a rotational movement mechanism, (AS USSR No. 826193, MKI F28D 15/00, publ. 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. 2333639 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 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 service life of the catalyst gratings. (Pat. Czechoslovakia No. 144129, class 12d 4/02, (B01J 9/04). The disadvantage of the reactor is the insufficient 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 диаметров 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 body with a tube bundle fixed in pipe lattices and nozzles for the entrance 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 diameters there remains a zone of low productivity in the process of 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 направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении интенсивности теплообмена при малой металлоемкости.The technical result, the achievement of which is proposed by the proposed utility model, is to increase the intensity of heat transfer at 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 by the fact that in a heat exchanger (option 1) containing a housing with bottoms, nozzles for introducing and discharging coolants into the pipe and annular spaces, pipe lattices, in the openings of which conical pipes are fixed, partitions forming compartments in the annulus, that 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 casing.
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.
Теплообменный аппарат (вариант 2), содержащий 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.A heat exchanger (option 2), comprising a housing with bottoms, coolant inlet and outlet pipes into the pipe and annular spaces, pipe grids, in the openings of which pipes are fixed, partitions forming compartments in the annular space, is new that the device’s body 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 bundle of pipes expanding in the direction of expansion of the conical body, while the angle of inclination of the pipes located closer to the neutral axis of the body is 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 to 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 evenly 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 housing 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 фигуре 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; на фиг.7, 8 и 9 - варианты подачи потоков теплоносителей.The 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 flow distribution at the entrance to the annulus; 7, 8 and 9 - options for supplying coolant flows.
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 1 0 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. The partitions 9 inside the housing 1 are made in the form of a circle segment and form compartments of the same volume in the annular space. The cylindrical pipes 10 inside the housing 1 are located at an angle to its central axis, forming a bundle of pipes that extends into the expansion cone of the conical body 1, while the angle of inclination of the pipes 10 located closer to the central axis of the housing 1 is less than the angle of inclination of the pipes 10 located at the periphery. hull 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 1 2, 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 9 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 to a length equal to the smaller diameter of the pipe 8 (option 1) and the diameter of the pipe 10 (option 2), while holes 11 are made on the protruding sections of the pipes 8 and 10, respectively 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 1 2 whose axis 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 9 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 (фиг.7), 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 6 в корпус 1. Далее огибает перегородки 9 (фиг.2), 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 5.In the case of organizing the operation of the apparatus by direct flow (Fig. 7), 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 coolant of the annulus flows through the pipe 6 into the housing 1. Next, it envelopes the partitions 9 (Fig. 2), some of it flows through the holes in the partitions 9 formed at the intersections of pipes 8 (option 1) or 10 (option 2) with partitions 9. The coolant exits the annulus from atrub 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 или 10, разность температур постепенно уменьшается; в то же время потоки теплоносителей постепенно сужаются, поступая в область постепенно уменьшающихся диаметров корпуса 1 и труб 8 или 9. 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 small diameters of the housing 1 and pipes 8 or 10, the temperature difference gradually decreases; at the same time, the coolant flows are gradually narrowing, entering the region of gradually decreasing diameters of the housing 1 and pipes 8 or 9. Consequently, 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 (фиг.8), 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 (Fig. 8), 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 annulus enters the pipe 5 into the housing 1. Next, it envelopes the partitions 9 (Figs. 2, 3), some of it flows through the holes in the partitions 9 formed at the intersections of pipes 8 (option 1) or 10 (option 2) with partitions 9. The heat carrier exits the annulus Xia through 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 (фиг.9), сырье (теплоноситель) подают по патрубку 4 через верхнее малое днище 2 в трубы 8 или 9, 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 ли 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 process reactor with significant thermal effects (Fig. 9), raw materials (heat carrier) are supplied through pipe 4 through the upper small bottom 2 to pipes 8 or 9 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 the raw material is maximum, the heat absorption 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 9, тепловой эффект реакции уменьшается, скорость, в связи с расширением диаметра труб, уменьшается, что сопровождается уменьшением тепловыделения или теплопоглощения на внутренних стеках труб. Одновременно, скорость потока теплоносителя в межтрубном пространстве, в связи с расширением корпуса, уменьшается, при этом уменьшается вероятность образования побочных продуктов из целевых продуктов.As the reaction mass moves through the pipes 9, the thermal effect of the reaction decreases, the speed decreases due to the expansion of the diameter of the pipes, which is accompanied by a decrease in heat generation or heat absorption on the inner pipe stacks. At the same time, the flow rate of the coolant in the annulus, due to the expansion of the body, 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 углеводорородов, 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 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 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 в 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, возникновения 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 pipe space and fixing the grids holding the catalyst layer, the pipes 8 or 10 are made in the 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, the 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)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007143839/22U RU85221U1 (en) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007143839/22U RU85221U1 (en) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU85221U1 true RU85221U1 (en) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007143839/22U RU85221U1 (en) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU85221U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107930174A (en) * | 2017-12-21 | 2018-04-20 | 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 | An Adaptive Condensed Ammonia Water Separator |
| CN116717803A (en) * | 2023-07-22 | 2023-09-08 | 洛阳瑞昌环境工程有限公司 | Water jacket tube type carbon black flue gas cooler |
-
2007
- 2007-11-26 RU RU2007143839/22U patent/RU85221U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107930174A (en) * | 2017-12-21 | 2018-04-20 | 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 | An Adaptive Condensed Ammonia Water Separator |
| CN116717803A (en) * | 2023-07-22 | 2023-09-08 | 洛阳瑞昌环境工程有限公司 | Water jacket tube type carbon black flue gas cooler |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10875002B2 (en) | Isothermal reactor | |
| RU2265480C2 (en) | Reactor for realization of the exothermic or endothermic heterogeneous reactions and a method of its production | |
| 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 | |
| KR101395994B1 (en) | Reactor for carrying out a continuous oxide hydrogenation, and method | |
| RU2234975C2 (en) | Radial-flow through reactor and method for processing of liquid reactant flow | |
| RU2435639C2 (en) | Isothermal reactor | |
| CS258104B2 (en) | Reactor for catalyzed reactions with through flow of gaseous reaction components in radial directions stepeise through particular chambers filled with catalyst | |
| JP2001038195A (en) | Reactor provided with heat-exchanger plate | |
| JPH01139137A (en) | Method for execution of non-uniform catalytic chemical process | |
| RU2015135889A (en) | CATALYTIC REACTOR WITH A RADIATING WALL AND METHOD FOR CARRYING OUT THE CHEMICAL REACTION IN SUCH REACTOR | |
| RU2489203C2 (en) | Plate-type reactors, methods of their production and method of producing reaction product using plate-type reactor | |
| CN107847899A (en) | Microstructured Reactors for Heterogeneously Catalyzed Exothermic Reactions Using Efficient Evaporative Cooling | |
| JP2012521960A (en) | Steam reformer with passive heat flux control element | |
| RU2372572C2 (en) | Heat-exchange apparatus (versions) | |
| KR20170110848A (en) | shell-and-multi-double concentric-tube reactor and heat exchanger | |
| RU85221U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE (OPTIONS) | |
| CN112316857B (en) | Spiral fluidized slurry bed reactor | |
| JPS60225632A (en) | reactor | |
| CN106999885A (en) | Reactor and its application method | |
| RU2006110354A (en) | REACTOR FOR HETEROGENEOUS SYNTHESIS OF CHEMICAL COMPOUNDS | |
| US20150071835A1 (en) | Non-adiabatic catalytic reactor | |
| UA81798C2 (en) | Pseudo-isothermal radial chemical reactor and method of optimization of pseudo-isothermal catalytic reactions | |
| CN106378063B (en) | A kind of methanator and methanation process | |
| RU2371243C1 (en) | Catalytic reactor | |
| RU2457415C2 (en) | Heat exchange unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20091127 |