Кожухотрубный реактор

Авторы патента:

B01J8 - Химические или физические процессы общего назначения, проводимые в присутствии жидкости или газа и твердых частиц; аппараты для их проведения (способы и устройства для гранулирования материалов B01J 2/00; печи F27B)

Техническое решение относится к кожухотрубным реакторам и теплообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, топливно-энергетической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с выделением или поглощением тепловой энергии через теплопередающую поверхность труб. Техническим результатом предполагаемого технического решения является увеличение интенсивности теплопереноса на внешней поверхности труб за счет установки продольных ребер на этой поверхности. Технический результат достигается тем, что в кожухотрубном реакторе, состоящем из корпуса, патрубков для входа и выхода теплоносителей и реакционной массы и закрепленных в трубных решетках цилиндрических труб, каждая из которых снабжена гильзой со сквозной продольной прорезью и симметричными ребрами из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы, причем гильза имеет внутренний диаметр, равный наружному диаметру трубы, а ребра направлены наружу.

Известна конструкция кожухотрубного реактора для проведения неизотермических реакций, состоящего из корпуса с пучком цилиндрических труб и снабженных симметрично установленными на внутренней поверхности пластинами треугольной формы с основанием на входе реакционной массы в трубу, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом каждая пластина снабжена вертикальным ребром трапецеидальной формы с большим основанием на входе реакционной массы в трубу и симметрично установленным на внутренней поверхности пластины (патент на полезную модель РФ 114425, B01J 8/00, 2012 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая теплоотдача от внешней поверхности труб к теплоносителю, находящемуся снаружи труб, так как их поверхность остается неоребренной.

Известна теплообменная труба с внутренней вставкой, включающая трубный корпус и плотно прилегающую к его внутренней стенке вставку в виде соединенных по оси радиальных пластин, при этом в каждой пластине выполнены окна, равноудаленные от оси и расположенные в продольном направлении трубы по спирали (патент на полезную модель РФ 137358, F28F 1/40, 2014 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата является отсутствие ребер на наружной поверхности трубы, что снижает теплоотдачу от теплоносителя или хладагента, находящегося снаружи теплообменной трубы.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип, является, конструкция кожухотрубного реактора для проведения неизотермических реакций, состоящих из корпуса с пучком цилиндрических труб, закрепленных в трубных решетках и снабженных симметрично установленными вертикальными ребрами, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, при этом в каждую трубу трубного пучка на входе в нее потока реакционной массы дополнительно установлена гильза с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, при этом гильза имеет сквозную вертикальную прорезь по длине и вертикальные ребра из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы (патент на полезную модель РФ 124187, B01J 8/00, 2012 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная теплопередающая поверхность на наружной поверхности труб трубного пучка, что снижает теплоотдачу теплоносителю.

Техническим результатом предполагаемого технического решения является увеличение интенсивности теплопереноса на внешней поверхности труб за счет установки продольных ребер на этой поверхности.

Технический результат достигается тем, что в кожухотрубном реакторе, состоящем из корпуса, патрубков для входа и выхода теплоносителей и реакционной массы и закрепленных в трубных решетках цилиндрических труб, каждая из которых снабжена гильзой со сквозной продольной прорезью и симметричными ребрами из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы, причем гильза имеет внутренний диаметр, равный наружному диаметру трубы, а ребра направлены наружу.

Установка гильзы с внутренним диаметром, равным наружному диаметру трубы, позволяет установить гильзу неподвижно относительно трубы и с плотно прилегающей к ее наружной поверхности внутренней поверхностью гильзы, что увеличивает теплопроводность от гильзы к стенке трубы, снижает термическое сопротивление самой гильзы и способствует увеличению теплопереноса.

Наружное направление отогнутых ребер увеличивает теплоотдачу от внешней поверхности трубы к хладагенту или теплоносителю за счет увеличения теплопередающей поверхности на величину, равную величине общей поверхности ребер, что интенсифицирует процесс теплоотдачи.

Таким образом, установка на наружной поверхности каждой трубы гильзы с внутренним диаметром, равным наружному диаметру трубы, со сквозной продольной прорезью по длине и с ребрами из вырезанной и отогнутой наружу частью боковой поверхности гильзы способствует увеличению поверхности теплоотдачи от наружной поверхности труб к теплоносителю или хладагенту, турбулизации их потока на наружной поверхности труб и в целом интенсификации теплопереноса.

На фиг. 1 изображена схема кожухотрубного реактора с гильзой, установленной на каждой наружной поверхности труб, и с ребрами, выполненными из боковой поверхности гильзы и отогнутыми наружу; на фиг. 2 - разрез цилиндрической трубы с установленной на ней гильзой; на фиг. 3 - вид гильзы с продольной прорезью и продольными ребрами в аксонометрии; на фиг. 4 - вид гильзы с поперечными ребрами в аксонометрии, на фиг. 5 - вид гильзы с наклонными ребрами.

Кожухотрубный реактор состоит из кожуха 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 теплоносителя или хладагента в межтрубном пространстве, патрубками входа 4 и выхода 5 реакционной массы, трубных решеток 6, в которых закреплены цилиндрические трубы 7. Снаружи каждой цилиндрической трубы 7 установлена гильза 8, имеющая внутренний диаметр d_г , равный наружному диаметру D_T цилиндрической трубы 7. Гильза 8 по всей ее длине имеет продольную прорезь 9. В боковой поверхности гильзы 8 вырезаны и отогнуты ребра 10. Ребра 10 могут быть продольными (фиг. 3), поперечными (фиг. 4), наклонными (фиг. 5).

Кожухотрубный реактор работает следующим образом.

Исходный поток реакционной массы подается по патрубку 4 в цилиндрические трубы 7, а выводится из них по патрубку 5. Поток теплоносителя или хладагента подается по патрубку 2 в межтрубное пространство и выводится из него по патрубку 3. При продольном обтекании ребер 10 теплоносителем или хладагентом (фиг. 1), находящемся снаружи цилиндрической трубы 7, ребра 10 целесообразно направлять вдоль оси цилиндрической трубы 7 (фиг. 2 и 3), чтобы уменьшить застойные зоны и гидравлическое сопротивление, и увеличить скорость обтекания ребер 10 теплоносителем или хладагентом. При поперечном обтекании цилиндрической трубы 7 снаружи теплоносителем или хладагентом целесообразно ребра 10 отгибать в поперечном направлении (фиг. 4), что так же способствует уменьшению гидравлического сопротивления и застойных зон, увеличивает площадь теплоотдачи к теплоносителю или хладагенту от внешней поверхности цилиндрической трубы 7 с такими ребрами 10 на величину поверхности ребер 10 и в целом приводит к интенсификации процесса теплопереноса. Для интенсификации процесса теплоотдачи снаружи каждой цилиндрической трубы 7 ребра 10 могут быть вырезаны и отогнуты под углом к оси цилиндрической трубы 7 (фиг. 5) либо иметь винтообразную форму. В этом случае, помимо увеличения теплопередающей поверхности, ребра 10 выполняют роль статических турбулизаторов.

Если цилиндрические трубы 7 длинные, то для упрощения монтажа и демонтажа гильз 8 последние могут состоять из секций, то есть отрезков небольшой длины.

Данный принцип работы может быть реализован в кожухотрубном и двухтрубном теплообменниках или в погружном трубчатом теплообменнике без рубашки. У всех у них может быть на наружной поверхности цилиндрических труб 7 установлена гильза 8 с продольной сквозной прорезью 9 и ребрами 10 из вырезанной и отогнутой наружу частью боковой поверхности гильзы 8, при этом внутренний диаметр гильзы 8 равен наружному диаметру цилиндрической трубы 7.

Все выше сказанное позволяет интенсифицировать теплоперенос между теплоносителями, находящимися снаружи и внутри цилиндрических труб 7, за счет увеличения поверхности теплоотдачи на наружной поверхности цилиндрических труб 7 на величину, равную поверхности ребер 10, а при наклонной или винтообразной форме ребер 10, выполняющих роль статического смесителя - за счет турбулизации потока снаружи цилиндрических труб 7.

Кожухотрубный реактор, состоящий из корпуса, патрубков для входа и выхода теплоносителей и реакционной массы и закрепленных в трубных решетках цилиндрических труб, каждая из которых снабжена гильзой со сквозной продольной прорезью и симметричными ребрами из вырезанной и отогнутой части боковой поверхности гильзы, отличающийся тем, что гильза имеет внутренний диаметр, равный наружному диаметру трубы, а ребра направлены наружу.