×
19.04.2019
219.017.3250

ТЕПЛООБМЕННИК-РЕАКТОР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к теплообменному и реакторному оборудованию и может быть использовано в энергетической, химической, нефтехимической отраслях промышленности. Теплообменник-реактор содержит корпус в виде усеченного конуса с вогнутой в направлении к его вертикальной оси поверхностью с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителя трубного и межтрубного пространств. Внутри корпуса 1 расположен трубный пучок, который состоит из по меньшей мере двух рядов конусообразных труб, закрепленных концами в отверстиях решеток по концентрическим окружностям. Трубы расположены с наклоном одновременно в двух направлениях: с наклоном к вертикальной оси корпуса и с дополнительным наклоном, выполненным путем смещения концов в окружном направлении, т.е. по дугам окружностей размещения их в трубных решетках. При этом углы наклонов выполнены в пределах 0,5-50,0 градусов от вертикальной плоскости, проходящей через вертикальную ось корпуса. При таком выполнении отпадает необходимость усиливать входные параметры теплоносителя, что позволяет экономить тепловую и электрическую энергию. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в энергетической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, при осуществлении процессов, сопровождаемых большими тепловыми эффектами, в частности при гетерогенно-каталитическом окислении, гидрировании и дегидрировании.

Известен реактор для проведения эндотермических и экзотермических каталитических реакций, состоящий из кожуха, труб теплопередачи, в которых может быть расположен твердый катализатор. Кроме того, теплообменник содержит периферийные трубы теплопередачи. Реакционная смесь проходит через слой катализатора, расположенного вне труб теплопередачи, затем - через слой катализатора, расположенного в кольцевом пространстве двойных труб теплопередачи или внутри труб теплопередачи, после чего покидает аппарат через периферийные трубы теплопередачи (Патент РФ 2379100 МПК С2 B01J 8/02 С01В 3/3, опубл в 2008 году).

Реактор сложен по конструкции. Загрузка и выгрузка катализатора затруднительны. Большое сопротивление реакционным газам не оправдано повышенной эффективностью теплообмена по сравнению с другими аналогичного назначения аппаратами.

Известен кожухотрубный реактор с жидкостным охлаждением под давлением для проведения каталитических реакций, содержащий пучок вертикальных заполненных катализатором реакторных труб, концы которых герметично закреплены в верхней и нижней трубных решетках. Трубные решетки соединены с корпусом герметично посредством уплотнительного устройства и состоят из отдельных участков, соединенных герметично друг с другом также герметизирующим устройством. По меньшей мере одна из трубных решеток имеет фиксирующий элемент в виде параллельного к решетке удерживающего диска, а также отверстие для прохода отводящей или подводящей трубы. Узлы реактора могут быть соединены сваркой и не нуждаются в термической обработке после сборки (Патент РФ 2392045 МПК B01J 8/06 опубл. 2008 году).

В кожухотрубном реакторе указанной конструкции сложно добиться равномерного и одинакового во всех трубах теплообмена, а также согласованности скоростей отвода или подвода тепла со скоростью процесса, происходящего в катализаторных трубах. Более того, в реакторе остаются полости, используемые недостаточно полно. Разборка и ремонт реакторов с паровым барабаном более сложны по сравнению с традиционной компоновкой реакторов.

Известен теплообменник, пригодный для проведения химических процессов, в котором проходы для нагреваемой среды (холодного теплоносителя) постепенно увеличиваются, а для нагревающей среды (охлаждаемого теплоносителя) - постепенно сужаются. Скорость потока сред вдоль поверхности теплообмена остается постоянной. Это достигается применением кольцевых секторов. В данном аппарате осуществляют оптимальный теплообмен (Заявка Германии DE 102590398 МПК F28D 9/00 опубл. 2004 году).

В таких теплообменниках в кольцевых секторах параметры потока на различных уровнях будут различны. Причем эти различия не совпадают с подобными различиями в соседних секторах. В таком аппарате достичь высокой эффективности достаточно сложно.

Известен теплообменник, который может быть использован в качестве химического реактора, где для выравнивания скорости и градиента сопротивления величина проходного сечения первого потока (трубное пространство) выполняется неравномерной - обратно пропорциональной плотности заполнителя или величине локальных значений теплового потока (Пат. США 4108241 кл. 165/146, МПК F28F 13/00 опубл. 1978 году).

Теплообменник способен работать лишь в узком диапазоне расходов без переналадки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению и принятым за прототип является теплообменный аппарат, содержащий корпус в форме усеченного конуса с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены трубы в форме усеченных конусов наклонно под углом относительно центральной вертикальной оси корпуса, причем трубы, кроме центральной, дополнительно наклонены путем смещения концов по окружностям их размещения в трубной решетке на 0,5-50,0 градусов, а отверстия в трубных решетках выполнены под усеченные конуса одинаковой высоты сомкнутыми вершинами (Патент на полезную модель РФ 101162 МПК F28D 15/00 опубл. в 10.01.2011 году). Однако в известном теплообменном аппарате недостаточно полно используется объем, что приводит к недостаточно высокой интенсивности теплообмена и, кроме того, создаются дополнительные напряжения, возникающие в процессе эксплуатации, вызываемые центробежными силами, что снижает надежность работы аппарата.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении интенсивности теплообмена и эффективности процесса в ректоре, а также повышении надежности при эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в теплообменнике-реакторе, содержащем корпус в форме усеченного конуса с днищами, патрубки ввода и вывода теплоносителей трубного и межтрубного пространств, трубные решетки, в отверстиях которых закреплены по концентрическим окружностям наклонно к оси, по меньшей мере, два ряда труб, кроме того, трубы дополнительно наклонены со смещением по дугам окружностей размещения их концов на одной из трубных решеток, центральную трубу, при этом, по меньшей мере, в одном ряду, трубы наклонены со смещением по дугам окружностей размещения их концов на одной из трубных решеток в противоположном направлении относительно наклона со смещением в прилежащем ряду или в прилежащих рядах.

Трубы имеют форму усеченного конуса.

Поверхность корпуса выполнена вогнутой к своей вертикальной оси, при этом максимальная вогнутость расположена на расстоянии 02,58-0,65 от большой трубной решетки.

В центральной трубе расположены тепловые и другие датчики.

На фиг.1 показан общий вид теплообменника-реактора (без теплоизоляции и опорных приспособлений), на фиг.2 - общий вид трубного пучка, по меньшей мере, с двумя рядами труб и с трубными решетками (без корпуса и днищ), на фиг.3 - вид А в направлении трубного пучка по фиг.2 (без трубных решеток), на фиг.4 - вид Б в направлении трубного пучка (без трубных решеток).

Теплообменник-реактор (фиг.1) содержит корпус 1 в форме усеченного конуса с вогнутой в направлении к его вертикальной оси поверхностью с днищами 2, 3, патрубки 4, 5 ввода и вывода теплоносителя трубного пространства, а также патрубки 6, 7 ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства. Внутри корпуса 1 размещен трубный пучок (фиг.2). Он состоит из, по меньшей мере, двух рядов конусообразных труб 8, 9, расположенных по концентрическим окружностям и закрепленных концами в трубных решетках 11, 12. Отверстия в трубных решетках 11, 12 выполнены под усеченные конусы одинаковой высоты сомкнутыми малыми вершинами. Центральная труба 10 конусообразной формы, ее ось совпадает с вертикальной осью корпуса 1. Внутри трубы 10 расположен кожух для тепловых и других датчиков. Трубы 8, 9 расположены с наклоном одновременно в двух направлениях: с наклоном к вертикальной оси корпуса 1 и с дополнительным наклоном, выполненным путем смещения концов в окружном направлении, т.е. по дугам окружностей размещения их в трубных решетках 11 или 12. При этом углы наклонов выполнены в пределах 0,5-50,0 градусов от вертикальной плоскости, проходящей через вертикальную ось корпуса 1. Направление дополнительных наклонов труб 8, 9 выполнены чередующимся. Например, трубы 9 второго ряда с края пучка наклонены в противоположную сторону по отношению к трубам 8 первого крайнего ряда. Может быть выбран любой другой порядок чередования рядов с противоположными наклонами. Предпочтительно, если чередование будет осуществляться через два или нескольких рядов от крайнего ряда.

В результате осуществления двух видов наклонов достигнуто уменьшение диаметра трубного пучка. Это уменьшение плавно развивается при мысленном движении от трубных решеток 11, 12 в направлении к средней области. Минимальный диаметр достигнут на расстоянии 0,58-0,65 высоты, проведенной от большой трубной решетки 11.

На этой высоте корпус 1 имеет максимальное сужение. Расстояние от внутренней поверхности корпуса 1 до трубного пучка равно расстоянию между наружными поверхностями труб 8, 9, а на трубных решетках - согласно расчетам.

Теплообменник-реактор работает следующим образом. В случае организации теплообмена прямотоком, теплоноситель или реакционная смесь трубного пространства поступает через патрубок 4 и днище 3 малого диаметра в трубы 8, 9, 10, проходя по ним, реагируя и обмениваясь теплом через их стенки с теплоносителем межтрубного пространства, выходит через днище 5 большого диаметра и патрубок 6. При этом поток трубного пространства из-за наклонов труб 8, 9 стремится приобрести закрученный вид. Угол атаки потока трубного пространства направлен в сторону внутренних стенок труб 8, 9. Теплоноситель межтрубного пространства поступает в теплообменник-реактор через патрубок 6 и, отдавая или принимая тепло через наружные стенки труб 8, 9, 10, в теплоноситель трубного пространства, выходит из него через патрубок 7. При организации теплообмена противотоком, теплоноситель или реакционная смесь трубного пространства проходит аналогичный путь, а теплоноситель межтрубного пространства поступает через патрубок 7 и, обмениваясь теплом через стенки труб 8, 9, 10 с теплоносителем или реакционной смесью трубного пространства, выходит через патрубок 6. Иногда выгодно подавать теплоноситель трубного пространства или реакционную смесь через патрубок 5 со стороны большого диаметра теплообменника-реактора. В этом случае потоки организуют в противоположных направлениях.

Преимущества заявляемого теплообменника-реактора в том, что если в каком-то ряду труб в межтрубном пространстве возникает закручивание потока в одном направлении, то в следующем за ним другом ряду формируется закручивание в противоположном направлении. Центробежные силы, возникающие при наклонах одинаковой направленности, уравновешиваются. Осевая нагрузка от потока трубного пространства распределяется более равномерно.

При направлении потока от периферии к центру, от входа к выходу и по окружности, поток приобретает сложную по направлениям волнообразную форму, более равномерную по всем направлениям. Некоторое увеличение сопротивления потоку, вызванное изменением направления части потока при соприкосновении с трубами, наклоны которых противоположны, способствует увеличению части потока, направляющейся по окружности, обеспечивая полноту использования объема. При этом исчезают преобладающие по скорости отдельные течения. Омывание внешних поверхностей труб приближается к поперечному омыванию, а общее сопротивление теплообменника-реактора не увеличивается.

В трубном пространстве появляется разнонаправленная вторичная циркуляция, возникающая в поперечном сечении труб, интенсифицируя теплообмен и процессы в реакторе.

В результате использования корпуса с вогнутой поверхностью и осуществления двух видов наклонов труб происходит дополнительное уменьшение проходного сечения межтрубного пространства. Это приводит к дополнительному увеличению скорости потока, следовательно, усилению теплообмена в области, где наиболее вероятны перегревы или дефицит тепла в трубном пространстве, кроме того, разнонаправленные наклоны труб уравновешивают центробежные силы, что способствует повышению надежности реактора при эксплуатации. Отпадает необходимость усиливать входные параметры теплоносителя межтрубного пространства, что позволяет экономить тепловую и/или электрическую энергию. Таким образом, в предлагаемом теплообменнике-реакторе полнота использования тепловой энергии повышается на 6-7%.

За счет более равномерного и интенсивного теплообмена, уменьшения или полного исчезновения зон перегрева или переохлаждения, как показали предварительные расчеты, выход целевых продуктов в процессах таких, как дегидрирование и парциальное окисление углеводородов, увеличивается до 10%.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 11 items.
10.05.2013
№216.012.3ed0

Способ получения световозвращающего покрытия в электростатическом поле и устройство для нанесения микросферических световозвращающих частиц в электростатическом поле

Изобретение относится к области световозвращающих материалов, используемых для изготовления информационных знаков, и касается способа получения световозвращающего покрытия в электростатическом поле и устройства для нанесения микросферических световозвращающих частиц в электростатическом поле....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481647
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.04.2014
№216.012.b412

Теплообменник-реактор

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в энергетике, нефтехимической и других отраслях промышленности, в частности в процессах, протекающих с большими тепловыми эффектами. Теплообменник-реактор содержит корпус (1) в форме усеченного конуса с днищами (2) и (3),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511815
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.05.2014
№216.012.c58f

Способ изготовления конусообразных труб для теплообменных аппаратов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к энергетическому и химическому машиностроению, в частности к производству труб с переменными диаметрами по длине и может быть использовано в производстве конусообразных теплообменных аппаратов. Гибку и последующую формовку ведут последовательным воздействием на развертку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516334
Дата охранного документа: 20.05.2014
12.01.2017
№217.015.6211

Способ проведения экзотермических и эндотермических каталитических процессов частичного превращения углеводородов и реакторная группа для его осуществления

Изобретение относится к химической, нефтехимической и энергетической промышленности и может быть использовано для проведения каталитических процессов со значительными тепловыми эффектами при частичном превращении углеводородов. Способ проведения экзотермических и эндотермических каталитических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588617
Дата охранного документа: 10.07.2016
26.08.2017
№217.015.dc96

Теплообменник-реактор

Изобретение относится к области теплотехнике и может быть использовано в энергетической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, в частности, в процессах, протекающих с высокими тепловыми эффектами. Теплообменник-реактор, имеющий трубный пучок с разъемным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624378
Дата охранного документа: 03.07.2017
01.03.2019
№219.016.cd7f

Устройство для очистки внутренней поверхности труб от отложений

Изобретение относится к области очистки внутренней поверхности труб от консервирующей смазки, коррозии, парафина, различных отложений, старых лакокрасочных покрытий в различных отраслях промышленности - нефтехимической, газовой, пищевой и т.д., и позволяет уменьшить поперечные габариты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002363569
Дата охранного документа: 10.08.2009
17.04.2019
№219.017.15ac

Система подачи криогенного топлива в энергетическую установку

Изобретение относится к машиностроению, в частности к криогенным топливным системам энергетических установок. Теплообменник-газификатор (2) частично газифицирует топливо при постоянном давлении. Адиабатное парогенерирующее устройство - дроссель либо сопло Лаваля (3) - снижает давление и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002347934
Дата охранного документа: 27.02.2009
19.04.2019
№219.017.2fa3

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания (варианты)

Изобретение относится к двигателестроению. Поршневое уплотнение включает расположенные в одной поршневой канавке (3) ступенчатое упругое разрезное кольцо (4), под ним последовательно установлены верхнее (6), промежуточное (7) и нижнее (8) компрессионные кольца. На дне поршневой канавки (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002372507
Дата охранного документа: 10.11.2009
18.05.2019
№219.017.57cd

Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании, производстве и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания и позволяет увеличить мощность и ресурс двигателя, уменьшить расход топлива и масла, улучшить экологические показатели...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002372508
Дата охранного документа: 10.11.2009
09.06.2019
№219.017.7e05

Устройство для термоабразивной очистки внутренней поверхности труб от отложений (варианты)

Изобретение относится к области очистки внутренней поверхности труб. Устройство содержит газогенератор, эжектор, топливную форсунку и свечу зажигания. В корпусе газогенератора с зазором относительно его стенок установлены камера сгорания с отверстиями для подвода воздуха и сопло газогенератора....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002451592
Дата охранного документа: 27.05.2012
Showing 1-10 of 54 items.
20.05.2013
№216.012.4172

Вакуумная гидроустановка

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на любой равнинной местности, где имеется водоем или резервуар с водой. Вакуумная гидроустановка содержит герметичную камеру 25, в которой создается давление ниже атмосферного, куда доставляется вода. В герметичной камере 25...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482324
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.41cb

Способ предотвращения образования и роста углеродистых отложений на стенках теплообменных каналов

Изобретение относится к области энергетики, в частности к способам предотвращения отложений на стенках теплообменных каналов, и может быть применено в энергоустановках многоразового использования на жидких углеводородных горючих. Технический результат заключается в предотвращении отложений на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482413
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.09.2013
№216.012.7035

Способ информационного квч воздействия на живой организм

Способ информационного КВЧ воздействия на живой организм относится к области биологии и медицины и может быть использован для стимуляции жизнедеятельности живых организмов или растений, в частности для лечения ряда заболеваний человека и животных. Технический результат - упрощение процесса и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494376
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.11.2013
№216.012.85af

Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению. В поршневой канавке (7) установлены верхнее скребковое кольцо (3) и нижнее скребковое кольцо (6), между которыми расположено расширительное кольцо (4) с радиальными пазами (5), сообщающими полость, расположенную между стенкой цилиндра (1) и поверхностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499901
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.880e

Способ задержки развития дефектов в конструкциях и устройство "кыскыч" для его осуществления

Изобретение относится к ремонту, а именно к задержке развития дефектов в деталях. Осуществляют закрепление предварительно растянутой пружинной вставки с лапками в фиксирующей рамке. Затем прикрепляют лапки пружинной вставки к детали вне зоны дефекта и снимают фиксирующую рамку. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500512
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.01.2014
№216.012.9782

Кондиционер транспортного средства

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к установкам искусственного климата, а именно к кондиционерам, обеспечивающим регулирование микроклимата в салонах транспортных средств. Кондиционер содержит конденсатор, смеситель, теплообменники, насос, ресивер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504485
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.98e8

Способ определения конфигурации распространения силовых линий электростатических полей в жидких углеводородных средах

Изобретение относится к области исследования электростатических полей в различных средах и условиях, преимущественно в области жидких углеводородных горючих в условиях их естественной конвекции. Устанавливают отдающий и принимающий электроды. Между электродами фиксировано устанавливают на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504843
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.04.2014
№216.012.b412

Теплообменник-реактор

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в энергетике, нефтехимической и других отраслях промышленности, в частности в процессах, протекающих с большими тепловыми эффектами. Теплообменник-реактор содержит корпус (1) в форме усеченного конуса с днищами (2) и (3),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511815
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2014
№216.012.c0d9

Способ измерения пористости хлебобулочного изделия и устройство для осуществления

Изобретение относится к области технологического контроля пористости хлебобулочных изделий в процессе их производства и может быть использовано при отработке оптимального режима технологии получения заданной пористости в цеховых лабораторных условиях. В способе измерения пористости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515118
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c58f

Способ изготовления конусообразных труб для теплообменных аппаратов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к энергетическому и химическому машиностроению, в частности к производству труб с переменными диаметрами по длине и может быть использовано в производстве конусообразных теплообменных аппаратов. Гибку и последующую формовку ведут последовательным воздействием на развертку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516334
Дата охранного документа: 20.05.2014
+ добавить свой РИД