Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к тепломассообменной технике, а именно к аппаратам водовоздушного охлаждения, и может быть использовано в нефтяной, химической, нефтехимической и пищевой промышленности. В холодильной и теплообменной технике используют много видов кожухотрубных и змеевиковых теплообменных аппаратов, в которых взаимодействие воды и воздуха происходит на теплопередающих поверхностях в условиях барботажного или пленочного режима (Павлов, Романков, Носков. Процессы и аппараты химической технологии.).

Известен испарительный конденсатор ЭКА предприятия «Позитрон» (www.positronmsk.ru), в котором основная секция батареи конденсации выполнена короткошланговой, из прямых горизонтальных труб, соединяющих вертикальные коллекторы и образующих шахматный пучок по ходу воздуха. В конструкции исключается подтопление аммиаком, что повышает производительность аппарата по сравнению с конструкцией змеевикового типа. Форконденсатор выполнен из труб с насаженными пластинчатыми ребрами, изогнутыми по ходу воздуха, оросительная система представляет собой гребенку коллекторов с установленными на них форсунками.

Известны градирни с центробежными и осевыми вентиляторами итальянской компании DECSA, процесс охлаждения в которых происходит за счет частичного, в районе 1-2% испарения воды под воздействием принудительной циркуляции воздуха с помощью вентиляторов, и с распределением воды по поверхности с большой площадью и малым объемом (насадке), что позволяет обеспечить максимальный контакт воды с воздухом.

Известен теплообменник, содержащий установленные вертикально плоские решетки и размещенные между ними пары гофрированных пластин, образующие каналы для прохода теплоносителей, причем пластины каждой пары снабжены на обращенных поверхностях конусными выступами, расположенными в шахматном порядке (а.с. SU №1084584).

За прототип взят аппарат для фракционной конденсации, включающий корпус с патрубками ввода и вывода взаимодействующих фаз, внутри которого по его высоте размещены контактные элементы и теплообменные трубки, где контактные элементы выполнены в виде желоба с коническим днищем, боковые стенки желоба расположены горизонтально, а теплообменные трубки пропущены через них (а.с. SU №1058570).

Цель изобретения - интенсификация процесса теплообмена.

Указанная цель достигается изменением конструкции аппарата. На фиг.1 изображен предлагаемый тепломассообменный аппарат. Он содержит теплообменные блоки 1, состоящие из попарно соединенных вертикальных параллельных теплопередающих пластин 8, называемых далее пластинчатыми элементами, которые являются поверхностью теплообмена и образуют внутренний узкий канал 9, по которому проходит охлаждаемый продукт, ороситель 2, предназаначенный для распределения орошающей воды по теплообменным блокам 1, циркуляционный насос 5, накопитель воды 4, вентиляторы 3, распределитель воздуха 6, каплеотбойная секция 7, предназначенная для улавливания капель воды, захваченных воздухом, и возврата их в орошающий поток.

Внутреннее устройство теплообменного блока подробно рассмотрено на увеличенном изображении фрагмента А фиг.1. Пластинчатые элементы 8 с внутренними узкими каналами для охлаждаемого продукта 9 образуют внешние широкие каналы для охлаждающего водовоздушного потока. Со стороны внешнего канала для противоточного водовоздушного потока параллельные пластины снабжены профилированными перегородками -отбойниками жидкости 10 и полками 11, на которых жидкость накапливается, прежде чем сорвется воздушным потоком. Профилированные перегородки 10 и полки 11 обеспечивают поддержание режима капельного орошения теплопередающей поверхности при работе аппарата. Аппарат работает следующим образом: по узким внутренним каналам 9 проходит охлаждаемый или конденсируемый продукт, поток I входящий, поток II выходящий. Вентиляторы 3 нагнетают в аппарат воздух, поток III, который через распределитель воздуха 6 равномерно поступает к теплообменным блокам 1. Насос 5 подает воду из накопителя воды 4 в ороситель 2, который равномерно распределяет ее по всем вертикальным параллельным теплопередающим пластинчатым элементам - поверхностям теплообмена, поток IV.

Стекающая вниз вода контактирует с воздухом во внешних широких каналах вертикальных параллельных пластин, где в каждой контактной камере от отбойника до отбойника (профилированной перегородки), срываясь с полок, разбрызгивается воздухом, поступающим из нижней части аппарата, и охлаждает поверхность теплообменных блоков.

В каждой контактной камере, ограниченной соседними профилированными перегородками для отбоя жидкости 10 (отбойниками) образуется обширный капельный поток жидкости, который орошает внешнюю, охлаждаемую поверхность параллельных теплопередающих пластинчатых элементов 8 теплообменного блока 1.

Технический результат настоящего конструктивного решения заключается, во-первых, в интенсификации теплообмена за счет эффекта удара капель о поверхность жидкостной пленки, вызывающего деформацию и разрушение вязкого подслоя жидкости стекающего вниз потока воды 12, являющегося основным термическим сопротивлением теплопередачи. Во-вторых, выполнение теплообменного блока из вертикальных параллельных теплообменных пластин по сравнению с трубчатым блоком в прототипе значительно увеличивает поверхность и эффективность водовоздушного взаимодействияя.

Все эти факторы в совокупности позволяют постоянно, многократно увеличить коэффициент теплопередачи между охлаждаемым продуктом и водовоздушным потоком.

На графике фиг.2 приведены сравнительные показатели эффективности теплообмена при капельном орошении теплопередающей поверхности по предлагаемому техническому решению (верхняя кривая 1) и при пленочном орошении по прототипу (нижняя кривая 2) при одинаковых нагрузках аппарата по воздуху и воде.

Видно, что при пленочном течении охлаждающей воды коэффициент теплоотдачи мало зависит от плотности орошения, быстро приходя к максимальному значению, тогда как при капельном орошении коэффициент теплоотдачи с увеличением плотности орошения постоянно растет, достигая четырехкратного увеличения по сравнению с пленочным режимом в пределах, заданных испытанием.

Это приводит к значительной экономии электроэнергии, затрачиваемой на работу вентиляторов и насоса и удешевляет процесс в целом.

1 - теплообменные блоки;

2 - ороситель;

3 - вентилятор;

4 - накопитель воды;

5 - насос;

6 - распределитель воздуха;

7 - каплеотбойник;

8 - теплопередающий пластинчатый элемент;

9 - внутренний узкий канал;

10 - профилированная перегородка-отбойник;

11 - полка;

12 - пленка стекающей жидкости.

I - вход продукта;

II - выход продукта;

III - воздух;

IV - вода на орошение.