ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Изобретение относится к тешюобменным аппаратам, более конкретно - к теплообменным аппаратам с падающей пленкой жидкости, в которых осуществляются одновременно и массообменные процессы, например, дистилляция, ректификация, выпаривание, абсорбция, конденсация, и может быть использовано в энергетике, химической и других отраслях промышленности, например, в производстве карбамида.
Вертикальный пленочный теплообменник включает корпус с патрубками ввода и вывода сред, теплообменные трубы, закрепленные в верх-ей и нижней трубных решетках, коллекторную камеру жидкости, расположенную над верхней трубной решеткой, и укрепленные в верхней части каждой трубы распределительные втулки. Коллекторная камера содержит соединенный с па-трубком ввода жидкости кольцевой короб со щелями в нижней части внутренней цилиндрической поверхности короба и опорную решетку с отвер-стиями для прохода распределительных втулок. Распределительные втулки имеют отверстия для входа жидкости и выполненные по оси втулок отверстия для выхода газа. Распределительные втулки выполнены с сужением в верхней части таким образом, что суммарная площадь верхних срезов распределительных втулок составляет 10-45% от площади трубной решетки.
Техническим результатом изобретения является равномерное распределение жидкости между теплообменными трубами.

Область техники
Изобретение относится к теплообмениым ап-паратам, более конкретно - к теплообменным ап-паратам с падающей пленкой жидкости, в кото-рых осуществля¬ются одновременно и массооб-менные процессы, например, дистилляция, ректи-фи¬кация, выпариание, абсорбция, конденсация, и может быть использовано в энергетике, химической и других отраслях промышленности, напри-мер, в производстве карбамида.
Предшествующий уровень техники
Известны вертикальные пленочные теплооб-менники, включающие корпус с патрубками ввода и вывода сред, теплообмснные трубы, закреплен-ные в верхней и нижней трубных решетках, кол-лекторную камеру жидкости, расположенную над верхней трубной решеткой, и расположенные в верхней части каждой трубы рас¬пределительные вставки в виде патрубков, конусов, пластин и т.п. (SU 638832, F 28 D 3/04, 1978; SU 851078, F 28 D 3/04, F 28 D 3/02, 1981; SU 903685, F 28 D 3/04, 1982;SU 1286115, F 28 D 3/04, В 01 D 1/22, 1987; SU 1444611, F 28 D 3/04, 1988; SU 1579153, F 28 D 3/04, 1994).
Наиболее близким к предложенному по тех-нической сущности является вертикальный пле-ночный теплообменник, включающий корпус с патрубками ввода и вывода сред, теплообменные трубы, закрепленные в верхней и нижней трубных решетках, коллекторную камеру жидкости, распо-ложенную над верхней трубной решеткой и со-держащую сетку и слой насадки, в частности, высотой 500-2000 мм, а также укрепленные в верхней части каждой трубы, заглушенные сверху распреде¬лительные втулки, имеющие тангенци-альные отверстия для входа жидкости в средней части и радиальные отверстия для выхода газа в верхней части (SU 1114353, F 28 D 3/04, 1984).
Известная конструкция позволяет обеспечить относительно равномерное распределение обра-батываемой жидкости по внутренней поверхности теплообмен-ных труб. Это достигается, однако, ценой размещения в коллекторной камере до-вольно громоздких внутренних устройств. Без этих устройств не удавалось бы обеспечить по-стоянство уровня жидкости по сечению коллек-торной камеры и, сле¬довательно, равномерность распределения жидкости по трубам.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая предлагаемой конструкци-ей теплообменника, состоит в обеспечении про-стыми средствами равномерного распределения жидкости по внут¬ренней поверхности теплооб-менных труб.
Для решения поставленной задачи предложен вертикальный пленочный те¬плообменник, вклю-чающий корпус с патрубками ввода и вывода сред, тешюобмен-ные трубы, закрепленные в верхней и нижней трубных решетках, коллектор-ную камеру жидкости, расположенную над верх-ней трубной решеткой, и укрепленные в верхней части каждой трубы распределительные втулки, имеющие отверстия для входа жидкости и отвер-стия для выхода газа, отличающийся тем, что коллекторная камера содержит соединенный с патрубком ввода жидкости кольцевой короб со щелями в нижней части внутренней цилиндриче-ской поверхности короба и опор¬ную решетку с отверстиями для прохода распределительных втулок, отверстия для выхода газа в распредели-тельных втулках выполнены по их оси, и распре-делитель¬ные втулки выполнены с сужением в верхней части таким образом, что суммарная площадь верхних срезов распределительных вту-лок составляет 10-45% от площади трубной ре-шетки.
Техническим результатом изобретения явля-ется равномерное распределение жидкости между теплообменными трубами, так как изменение кон-струкции рас¬пределительных втулок уменьшает их сопротивление свободному перетоку жидко¬сти в пространстве между ними настолько, что ис-пользование для ввода жидкости предложенного кольцевого короба простой конструкции со щеля-ми для выхода жидкости уже оказывается доста-точным для поддержания в коллекторной камере уровня, постоянного по сечению камеры. Если суммарная площадь верхних срезов распредели-тельных втулок составляет более 45% от площади трубной решетки, со¬противление втулок свобод-ному перетоку жидкости в пространстве между ними возрастает настолько, что поверхность жид-кости в коллекторной камере перестает быть гори-зонтальной, и жидкость неравномерно распреде-ляется между теплооб¬менными трубами. Суммар-ная площадь верхних срезов распределительных втулок по конструктивным соображениям практи-чески не может быть менее 10% от пло¬щади труб-ной решетки.
В предложенной конструкции предпочти-тельным является, чтобы верхняя часть распреде-лительной втулки ниже опорной решетки была снабжена охватывающей ее пружиной, нижний конец которой прикреплен к наружной поверхно-сти распределительной втулки, а верхний конец свободен. Это позволяет зафиксиро¬вать распреде-лительные втулки, предотвратив как радиальное, так и осевое их пе¬ремещение.
Краткое описание фигур чертежей
Сущность изобретения иллюстрируется при-лагаемыми чертежами, на кото¬рых изображена конструкция, являющаяся конкретным воплощени-ем изобретения. На фиг. 1 изображена в разрезе верхняя часть вертикального пленочного теплооб-менника для осуществления процесса дистилля-ции, на фиг. 2 - распределительная втулка.
Лучший вариант осуществления изобретения
В соответствии с фиг. 1 вертикальный пле-ночный теплообменник включает корпус 1 с па-трубками ввода исходной жидкости 2, вывода газа (пара) 3 и вывода дистиллята (на фиг. 1 не пока-зан), тешюобменные трубы 4, закрепленные в верхней трубной решетке 5 и нижней трубной решетке (на фиг. 1 не показана), коллектор¬ную камеру жидкости 6, расположенную над верхней трубной решеткой 5, укреп¬ленные в верхней части каждой трубы 4 распределительные втулки 7, расположен¬ный в коллекторной камере кольцевой короб 8 со щелями 9 для выхода жидкости и от-верстиями 10 для выхода паров, прикрепленный к внутренней поверхности теп¬лообменника, опор-ную решетку 11.
В соответствии с фиг. 2 распределительная втулка 7 состоит из нижней час¬ти 12, присоеди-ненной к теплообменной трубе 4 через ушютни-тельное кольцо 13 и имеющей радиальные отвер-стия для входа жидкости 14 на боковой поверхно-сти, и верхней, суженной вверху, части 15, присо-единенной к нижней части 12 и имею¬щей осевое отверстие 16 для выхода газа. Нижний торец верхней части распредели¬тельной втулки распо-ложен ниже отверстий 14 для входа жидкости. Отверстия 14 могут быть выполнены тангенциаль-ными; в этом случае нет необходимости в вы-полнении распределительной втулки из двух ча-стей. Верхняя часть 15 распредели¬тельной втулки проходит через отверстие в опорной решетке 11 и удерживается этой решеткой от осевого переме-щения благодаря пружине 17, нижний конец кото-рой приварен к наружной поверхности верхней части распределительной втулки, а верхний конец свободен.
При работе теплообменника исходная жид-кость поступает через патрубок 2 внутрь кольце-вого короба 8. Пары, выделяющиеся из жидкости при ее движении, выводятся из короба в верхнюю часть коллекторной камеры через отверстия 10, что сглаживает возможные колебания уровня жидкости при случайных возмущениях. Из кольце-вого короба жидкость через щели 9 поступает в коллекторную камеру 6. откуда через отверстия 14 - в каждую из распределительных втулок. При постоян¬ной скорости подачи исходной жидкости в коллекторной камере устанавливается постоян-ный ее уровень, зависящий от расположения па-трубка ввода жидкости и отверстий для входа жидкости в распределительных втулках. Благода-ря тому, что распределительные втулки сужены в верхней части, их совокупность оказывает не-значительное сопротивление перетоку жидкости в коллекторной камере, и уровень жидкости в ней поддерживается постоянным по ее сечению, что обеспечивает рав¬номерное распределение жидко-сти по теплообменным трубам. Поступая через ра-диальные отверстия 14 в нижнюю часть 12 рас-пределительной втулки 7, жидкость распределяет-ся в виде пленки по се внутренней поверхности благодаря тому, что нижний торец верхней части распределительной втулки расположен ниже от-вер¬стий 14 для входа жидкости. При выполнении отверстий 14 тангенциальными рас¬пределение жидкости в виде пленки осуществляется благодаря центробежным си¬лам. Образовавшаяся в распре-делительной втулке пленка стекает по внутренней поверхности теплообменной трубы 4, где и осу-ществляются процессы тепло- и мас-сообмена. Дистиллят отводится из нижней части теплооб-менника через патрубок вывода. Выделившийся пар осевым потоком выходит из распределитель-ной втулки через отверстие 16 и удаляется из ап-парата через патрубок 3.
Использование предложенного аппарата в процессе дистилляции продуктов реакции синтеза карбамида, проводимом в токе диоксида углерода, покачало, что в нем достигается равномерность распределения жидкости по трубам, определяю-щая высокую эффективность процесса.
Промышленная применимость
Изобретение может быть использовано в энергетике, химической и других отраслях про-мышленности, например, в производстве карбамида.

1. SU 1114353 A (СНАМПРОГЕТТИ С.П.А.) 15.09.1984.
2. DE 4228923 A1 (SLADKY HANS H.) 03.03.1994.
3. SU 1208453 A (ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ БИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ) 30.01.1986.
4. SU 1444611 А (НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ТЕХЭНЕРГОХИМПРОМ») 15.12.1998.