Парциальный конденсатор
В заявке описан парциальный конденсатор, имеющий по меньшей мере один теплообменный блок (1) с конденсационными каналами и каналами для прохода хладоносителя и рассчитанный на работу под давлением корпус (2), охватывающий теплообменный блок (1) сверху и с боков. В таком парциальном конденсаторе предусмотрены далее средства (14, 15, 16, 17) для подачи пара в нижнюю часть конденсационных каналов, средства (19) для отвода жидкого конденсата из нижней части конденсационных каналов, средства (29, 30) для отвода пара из верхней части конденсационных каналов и средства для подачи хладоносителя в предназначенные для его прохода каналы. Согласно изобретению конденсационные каналы на их нижнем конце сообщаются с коллектором, который расположен под теплообменным блоком (1) и имеет фазоразделительное устройство. Использование изобретения позволит повысить экономическую эффективность парциального конденсатора и снизить расходы на его изготовление и эксплуатацию. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к парциальному конденсатору согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
В настоящее время известны две основные конструктивные разновидности парциальных конденсаторов. У парциальных конденсаторов первого конструктивного типа теплообменный блок (или же множество теплообменных блоков) расположен внутри рассчитанного на работу под давлением корпуса, как это описано, например, в ЕР 1189000 А2, а у парциальных конденсаторов второго конструктивного типа теплообменный блок со всех сторон закрыт коллектором, как это описано, например, в US 6128920. Настоящее изобретение относится к парциальным конденсаторам первого конструктивного типа.
При работе парциального конденсатора в его конденсационные каналы (ходы) снизу поступает пар. По мере подъема в конденсационных каналах пар частично конденсируется в них. Конденсационные каналы имеют при этом такую конструкцию, что жидкий конденсат не захватывается и не уносится паром, а стекает вниз. В результате противоточного движения пара и жидкого конденсата в конденсационных каналах происходит ректификация. Жидкий конденсат, выходящий с нижнего конца парциального конденсатора, обогащен труднолетучими (высококипящими) компонентами, а выходящий сверху пар обогащен легколетучими (низкокипящими) компонентами.
Парциальный конденсатор (называемый также дефлегматором) может использоваться как отдельное разделительное устройство. В другом варианте парциальный конденсатор может использоваться в качестве парциального конденсатора на верху ректификационной колонны для повышения эффективности проводимого в ней процесса разделения жидких смесей.
Используемые выше и в последующем для описания пространственного положения определения, такие как "сверху", "снизу", "сбоку" и т.д., всегда относятся к рабочему положению парциального конденсатора, соответствующему его назначению.
В основу настоящего изобретения была положена задача повысить экономическую эффективность парциального конденсатора указанного в начале описания типа и прежде всего добиться снижения расходов на его изготовление и/или эксплуатацию.
Указанная задача решается благодаря тому, что конденсационные каналы на их нижнем конце сообщаются с коллектором, который расположен под теплообменным блоком и имеет фазоразделительное устройство.
Подобный коллектор является по меньшей мере частью средств для подачи пара в нижнюю часть конденсационных каналов и средств для отвода жидкого конденсата из нижней части конденсационных каналов.
Конденсационные каналы теплообменного блока предлагаемого в изобретении парциального конденсатора, несмотря на то что теплообменный блок установлен внутри рассчитанного на работу под давлением корпуса, не сообщаются с промежуточным пространством между стенкой рассчитанного на работу под давлением корпуса и теплообменным блоком, а оканчиваются в коллекторе. Хотя подобное решение на первый взгляд может показаться излишне сложным, однако оно обладает существенным преимуществом, состоящим в возможности размещения в коллекторе фазоразделительного устройства, которое позволяет эффективно отделять друг от друга пар и жидкий конденсат под конденсационными каналами. Тем самым удается прежде всего предотвратить захват жидкого конденсата потоком пара. В целом же в предлагаемом в изобретении парциальном конденсаторе достигается особо высокая эффективность процессов тепло- и массообмена.
Еще одно преимущество парциального конденсатора предлагаемой в изобретении конструкции состоит в возможности использовать пространство внутри рассчитанного на работу под давлением корпуса, т.е. промежуточное пространство между его стенками и теплообменным блоком, для других целей, а также в возможности создания в этом пространстве давления, отличного от давления в конденсационных каналах.
Теплообменный блок предпочтительно выполнять в виде пластинчатого теплообменника, прежде всего паяного алюминиевого пластинчатого теплообменника.
У расположенного в коллекторе фазоразделительного устройства целесообразно предусмотреть днище с по меньшей мере одним отверстием для прохода газа, которое со своей верхней стороны окружено круговым бортиком, обеспечивающим скапливание снаружи него жидкого конденсата.
Благодаря наличию такого кругового бортика, окружающего по меньшей мере одно отверстие для прохода газа в днище фазоразделительного устройства, вытекающий из конденсационных каналов жидкий конденсат скапливается на днище фазоразделительного устройства. Поднимающийся же и далее попадающий в конденсационные каналы пар проходит через отверстие для прохода газа в обход скопившегося на днище фазоразделительного устройства жидкого конденсата без существенной потери своего давления и без захвата при этом капелек жидкого конденсата.
Круговой бортик, окружающий по меньшей мере одно отверстие для прохода газа в днище фазоразделительного устройства, может быть образован одной или несколькими вертикальными стенками, а в простейшем случае - цилиндрической стенкой с вертикальной осью симметрии. Вместе с тем круговой бортик можно выполнять и иной формы, например расширяющимся или сужающимся кверху. Круговой бортик предпочтительно располагать непосредственно по краю отверстия для прохода газа, однако его можно также располагать и с определенным отступом от края отверстия для прохода газа.
Со своей нижней стороны отверстие для прохода газа может сообщаться с верхней частью разделительной колонны, из которой ее головной газообразный продукт может непосредственно поступать в конденсационные каналы.
Фазоразделительное устройство теплообменного блока имеет, например, от одного до десяти, предпочтительно от двух до шести, отверстий для прохода газа.
В предпочтительном варианте фазоразделительное устройство имеет по меньшей мере одну сливную трубу для отвода скопившегося на его днище жидкого конденсата. Через эту сливную трубу скопившийся на днище фазоразделительного устройства жидкий конденсат отводится из фазоразделительного устройства без контакта с потоком поступающего в него пара.
Сливная труба может сообщаться, например, с распределителем жидкости, который распределяет образовавшийся в конденсационных каналах жидкий конденсат на массообменном участке разделительной колонны, имеющей упорядоченную насадку или насадочные тела. В случае тарельчатой колонны сливная труба оканчивается у одной из тарелок колонны.
Предпочтительно далее располагать над отверстием для прохода газа с отступом от днища фазоразделительного устройства дефлектор или экран, который перекрывает по меньшей мере часть площади поперечного сечения отверстия для прохода газа. Подобный дефлектор или экран предотвращает попадание вытекающего из конденсационных каналов жидкого конденсата в отверстие для прохода газа. В предпочтительном варианте дефлектор или экран должен перекрывать все поперечное сечение отверстия для прохода газа. При этом дефлектор или экран необходимо располагать на таком вертикальном расстоянии от днища фазоразделительного устройства, соответственно от верхнего конца окружающего отверстие для прохода газа в днище фазоразделительного устройства кругового бортика, при котором пар мог свободно проходить вверх без сколько-нибудь заметного падения давления. Всю такую конструкцию можно выполнить по принципу нижней части дымовой трубы.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет существенно увеличить по сравнению с обычным присоединяемым через патрубок коллектором суммарную площадь поперечного сечения, через которое пар поступает в парциальный конденсатор. В предпочтительном варианте площадь поперечного сечения отверстия для прохода газа в днище фазоразделительного устройства составляет по меньшей мере одну сороковую, более предпочтительно по меньшей мере одну двадцатую, наиболее предпочтительно по меньшей мере одну десятую часть площади нижней торцовой поверхности теплообменного блока. При наличии в фазоразделительном устройстве более одного отверстия для прохода газа указанная величина относится к сумме площадей поперечных сечений всех отверстий для прохода газа.
Коллектор может иметь плоские, прежде всего прямоугольные, боковые стенки, соединенные с нижними краями теплообменного блока. Помимо этого коллектор может иметь днище, одновременно образующее также днище фазоразделительного устройства. Так, например, коллектор может иметь в целом форму прямоугольного параллелепипеда, верхняя торцовая поверхность которого образована нижней торцовой поверхностью теплообменного блока.
Средства для подачи хладоносителя в соответствующие каналы выполнены в виде боковых отверстий теплообменного блока, через которые каналы для прохода хладоносителя сообщаются с промежуточным пространством между стенкой рассчитанного на работу под давлением корпуса и теплообменным блоком. Тем самым это промежуточное пространство можно задействовать для подачи хладагента, не используя с этой целью коллектор. При применении жидкого хладоносителя промежуточное пространство между стенкой рассчитанного на работу под давлением корпуса и теплообменным блоком можно использовать в качестве расходной жидкостной ванны. В этом случае боковые отверстия должны располагаться на таком уровне, чтобы в процессе работы парциального конденсатора они находились ниже поверхности жидкого хладоносителя. Боковые отверстия могут располагаться с одной или с двух сторон теплообменного блока.
Предпочтительно далее выполнять каналы для прохода хладоносителя открытыми кверху с верхней стороны теплообменного блока. В этом случае каналы для прохода хладоносителя могут работать аналогично обычному циркуляционному выпарному аппарату (ванному испарителю) по принципу термосифона, что не требует использования коллектора в контуре хладоносителя. В этом варианте теплообменный блок наряду с описанным выше коллектором на нижнем конце конденсационных каналов имеет еще только один коллектор, выполняющий функцию средств для отвода пара из верхней части конденсационных каналов.
Изобретение относится также к заявленному в п.9 формулы изобретения применению предлагаемого в нем парциального конденсатора.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - вид парциального конденсатора в продольном разрезе и
на фиг.2 - вид парциального конденсатора в поперечном разрезе плоскостью А-А.
Внутри рассчитанного на работу под давлением корпуса 2 расположен теплообменный блок 1. Теплообменный блок выполнен в виде паяного алюминиевого пластинчатого теплообменника и имеет не показанные на чертежах попеременно чередующиеся конденсационные каналы и каналы для прохода хладоносителя.
В рассматриваемом варианте каналы для прохода хладоносителя работают аналогично циркуляционному выпарному аппарату. Жидкий хладоноситель подается через патрубок 4 в промежуточное пространство 3 между стенкой рассчитанного на работу под давлением корпуса 2 и теплообменным блоком 1 и образует в этом пространстве жидкостную ванну. Жидкий хладоноситель 5 попадает из жидкостной ванны в каналы для прохода хладоносителя через их боковые отверстия. В результате эффекта термосифона двухфазная смесь движется по каналам для прохода хладоносителя вверх и выходит с верхней стороны теплообменного блока 1 из открытых в этом месте каналов для прохода хладоносителя. Газообразный хладоноситель 6 отводится по газопроводу 7, а остающийся в жидком виде хладоноситель 8 возвращается обратно в жидкостную ванну.
Конденсационные каналы открыты на своих нижних концах и сообщаются с коллектором, который расположен под теплообменным блоком 1. Этот коллектор имеет четыре прямоугольные боковые стенки 9, 10, 11, 12 и днище 13. Днище 13 одновременно образует днище фазоразделительного устройства и имеет в рассматриваемом примере четыре отверстия 14, 15, 16, 17 для прохода газа (пара). Каждое из этих отверстий для прохода газа окружено со своей верхней стороны круговым буртиком 18, обеспечивающим скапливание жидкого конденсата на днище фазоразделительного устройства. Скопившийся на днище фазоразделительного устройства жидкий конденсат может стекать из него по сливной трубе 19. Над каждым из отверстий для прохода газа расположено по дефлектору или экрану 20, 21.
Парциальный конденсатор расположен непосредственно на верху разделительной колонны. Стенка 22 колонны обозначена на фиг.1 штриховыми линиями. Из верха колонны пар 23 проходит через отверстия для прохода газа, отклоняется дефлекторами или экранами 20, 21 (стрелка 24) и в конечном итоге попадает в конденсационные каналы (стрелка 25). Жидкий конденсат, образовавшийся в конденсационных каналах, выходит из них через их нижние концы (стрелка 26), при определенных условиях также ударяется в один из дефлекторов или экранов 20, 21, скапливается на днище 13 и в конечном итоге сливается через сливную трубу 19 (стрелки 27, 28). Оставшаяся газообразная часть отводится сверху из конденсационных каналов через боковой коллектор 29 и газоотводную трубу 30.
1. Парциальный конденсатор, имеющий по меньшей мере один теплообменный блок (1) с конденсационными каналами и каналами для прохода хладоносителя, рассчитанный на работу под давлением корпус (2), охватывающий теплообменный блок (1) сверху и с боков, причем между теплообменным блоком и стенкой рассчитанного на работу под давлением корпуса находится боковое промежуточное пространство, средства (14, 15, 16, 17) для подачи пара в нижнюю часть конденсационных каналов, средства (19) для отвода жидкого конденсата из нижней части конденсационных каналов, средства (29, 30) для отвода пара из верхней части конденсационных каналов и средства для подачи хладоносителя в предназначенные для его прохода каналы, отличающийся тем, что конденсационные каналы на их нижнем конце сообщаются с коллектором, который расположен под теплообменным блоком (1) и имеет фазоразделительное устройство.
2. Парциальный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что фазоразделительное устройство имеет днище (13).
3. Парциальный конденсатор по п.2, отличающийся тем, что днище имеет по меньшей мере одно отверстие (14, 15, 16, 17) для прохода газа, которое со своей верхней стороны окружено круговым бортиком (18), обеспечивающим скапливание снаружи него жидкого конденсата.
4. Парциальный конденсатор по п.2, отличающийся тем, что фазоразделительное устройство имеет по меньшей мере одну сливную трубу (19) для отвода скопившегося на его днище (13) жидкого конденсата.
5. Парциальный конденсатор по п.3, отличающийся тем, что фазоразделительное устройство имеет по меньшей мере одну сливную трубу (19) для отвода скопившегося на его днище (13) жидкого конденсата.
6. Парциальный конденсатор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что над отверстием (14, 15, 16, 17) для прохода газа с отступом от днища (13) фазоразделительного устройства расположен дефлектор или экран (20, 21), который перекрывает по меньшей мере часть площади поперечного сечения отверстия для прохода газа.
7. Парциальный конденсатор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения отверстия для прохода газа, соответственно сумма площадей поперечных сечений всех отверстий (14, 15, 16, 17) для прохода газа в днище фазоразделительного устройства составляет по меньшей мере одну сороковую, предпочтительно по меньшей мере одну двадцатую, наиболее предпочтительно по меньшей мере одну десятую часть площади нижней торцевой поверхности теплообменного блока (1).
8. Парциальный конденсатор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что коллектор имеет плоские, прежде всего прямоугольные боковые стенки (9, 10, 11, 12), соединенные с нижними краями теплообменного блока (1).
9. Парциальный конденсатор по п.2, отличающийся тем, что коллектор имеет днище, образующее также днище фазоразделительного устройства.
10. Парциальный конденсатор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что средства для подачи хладоносителя в предназначенные для его прохода каналы выполнены в виде боковых отверстий теплообменного блока (1), через которые эти каналы сообщаются с боковым промежуточным пространством (3).
11. Парциальный конденсатор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что коллектор имеет форму прямоугольного параллелепипеда, верхняя торцевая поверхность которого образована нижней торцевой поверхностью теплообменного блока (1).
12. Применение парциального конденсатора по одному из пп.1-11 в качестве парциального конденсатора на верху разделительной колонны или ее дефлегматора.
