Аппарат для проведения процессов теплообмена

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, строительстве и смежных с ними отраслях. Задачей полезной модели является интенсификация процесса тонкослойной сепарации парожидкостной эмульсии на внутренней стенке внешней вращающейся трубы. Технический результат достигается тем, что в аппарате для проведения процессов теплообмена, содержащем полый теплообменный элемент, выполненный в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», и установленный соосно с цилиндрической поверхностью образуют с ней теплообменное устройство типа «труба в трубе», а в межтрубном пространстве смонтирован пакет радиально-кольцевых тарельчатых вставок, имеющих на периферии радиальные прорези, обеспечивающий сепарацию пара и жидкости в процессе тонкослойного центрифугирования парожидкостной эмульсии в узком радиально-кольцевом канале, а эмульсия за счет центробежных сил дополнительно отстаивается на внутренних стенках внешней трубы и далее через периферийные радиальные прорези выводится из аппарата. Предлагаемое конструктивное решение позволяет существенно интенсифицировать процесс теплообмена и тем самым сократить длину проточной части теплообменной поверхности, что влечет за собой общее снижение металлоемкости теплообменного аппарата.

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, строительстве и смежных с ними отраслях промышленности.

Известен теплообменный аппарат типа «труба в трубе», состоящий из трубчатых элементов, образованных двумя гладкими концентрически расположенными трубами (см. А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М.: Химия 1971 - с 348, 349). Известные теплообменные аппараты весьма громоздки, требуют большого расхода металла на единицу поверхности теплообмена. Значительные затраты энергии на прокачку жидкости. Для увеличения поверхности теплообмена аппарата теплообменные элементы необходимо выполнять из нескольких параллельных секций.

Наиболее близким к предполагаемому техническому решению является аппарат для проведения процессов теплообмена, содержащий полый теплообменный элемент, выполненный в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», установленный соосно с цилиндрической поверхностью и образующий с ней теплообменные устройства типа «труба в трубе» (см. патент на пол. модель 90887 опуб. 20.10.2010 Бюл.2)

Недостатком прототипа является сложность его конструкции, кроме того в аппарате не обеспечивается требуемая эффективность сепарации парожидкостной эмульсии при сбросе конденсатной пленки с внешней овальной поверхности внутренней вращающейся трубы в режиме «пленочно-капельной конденсации.

Задачей полезной модели является интенсификация процесса тонкослойной сепарации парожидкостной эмульсии на внутренней стенке внешней вращающейся трубы.

Результат достигается тем, что в аппарате для проведения процесса теплообмена, содержащем полый теплообменный элемент, выполненный в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», установленный соосно с цилиндрической поверхностью и образующий с ней теплообменное устройство типа «труба в трубе» в межтрубном пространстве смонтирован пакет радиально-кольцевых тарельчатых вставок, имеющих на периферии радиальные прорези.

Отличительным признаком предлагаемого теплообменного устройства от указанного прототипа является возможность тонкослойной сепарации парожидкостной эмульсии с размерами частиц от 0,10,5 мкм при разности плотности фаз не более 0,1 г/см ³

Предлагаемый аппарат для проведения процессов теплообмена представлен на фиг.1

Аппарат состоит из внутреннего теплообменного элемента 1, выполненного в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор». Соосно вращающемуся теплообменному элементу 1 установлена внешняя вращающееся труба 2, жестко связанная с элементом 1 и образующая с ним теплообменное устройство типа «труба в трубе», смонтированная в подшипниках 3 и через элемент 1, связанная с электродвигателем 4.

В межтрубном пространстве 5 элемента 1 и внешней трубы 2 установлен пакет радиально-кольцевых тарельчатых вставок 6, имеющих на периферии радиальные прорези 7 для отвода конденсата. Пакет радиально-кольцевых тарельчатых вставок 6 выполнен с возможностью их перемещения относительно внешней трубы 2 с минимальным зазором.

Внутрь теплообменного элемента 1 подают воду, а в межтрубное пространство 5 через штуцер 8, соединенный через сальник 9 с внешней трубой 2, в противоток насыщенный пар, который в виде конденсата выводится через штуцер 10.

Аппарат для процессов теплообмена работает следующим образом, После включения электродвигателя 4 при помощи клиноременной передачи осуществляется одновременное вращение теплообменного элемента 1 и внешней трубы 2. В проточную часть теплообменного элемента 1 подают воду, а в противоток в межтрубное пространство 5 через штуцер 9 - пар.

В процессе движения сред происходит нагрев жидкости в трубном пространстве теплообменного элемента 1 и конденсация пара, парожидкостная эмульсия которого в виде полидисперсных капель сбрасывается с внешней поверхности элемента 1 и пройдя межтрубное пространство 5 попадает в полости пакета радиально-кольцевых тарельчатых вставок 6, установленных с шагом между ними равным порядка 0,51 мм и далее через радиальные прорези 7 устремляются на внутреннюю поверхность внешней трубы 2. В процессе тонкослойного центрифугирования парожидкостной эмульсии в узком радиально-кольцевом канале происходит сепарация пара и жидкости, эмульсия которой устремляясь к внутренним стенкам внешней трубы 2 за счет центробежных сил дополнительно отстаивается на внутренних стенках внешней вращающейся трубы и через периферийные радиальные прорезы 7 вместе с паром выводится в виде конденсата через патрубок 10.

Тонкослойная сепарация в узких радиально-кольцевых каналах 6 практически исключает обратный заброс капель жидкости с внутренней стенки внешней трубы 2 на внешнюю поверхность элемента 1, что позволяет при наличии пакета радиально-кольцевых тарельчатых вставок 6 реализовать «капельный» режим конденсации, а при отсутствии вставок 6 имеет место «пленочно-капельный» режим конденсации. В термическое сопротивление теплоотдачи, а коэффициенты теплоотдачи, как показали экспериментальные исследования, могут достигать значений порядка 40000 Вт/(м²К).

Предлагаемое конструктивное решение позволяет существенно интенсифицировать процесс теплообмена и тем самым сократить длину проточной части теплообменной поверхности, что влечет за собой общее снижение металлоемкости теплообменного аппарата.

Аппарат для проведения процессов теплообмена, содержащий вращающийся теплообменный элемент с проточной частью, выполненной в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», и установленную соосно внешнюю трубу, образующую с ним теплообменное устройство типа «труба в трубе», отличающийся тем, что в межтрубном пространстве смонтирован пакет радиально-кольцевых тарельчатых вставок, имеющих на периферии радиальные прорези.