ЗОННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ЖИДКИХ СРЕД С ПОВЫШЕННОЙ ВЯЗКОСТЬЮ


Лаптев Анатолий Григорьевич, заведующий кафедрой ТВТ, доктор технических наук

тел. +7 (843) 519-42-53

tvt_kgeu@mail.ru

Техническим результатом является повышение эффективности теплообмена от сред с повышенной вязкостью в теплообменнике за счет интенсификации теплоотдачи объемными интенсификаторами и регулирования процесса теплообмена.

Технический результат достигается тем, что зонный теплообменник, содержащий трубу с патрубками для входа и выхода теплоносителя и нагреваемой или охлаждаемой среды, а также интенсификатор потока. Теплообменник состоит не менее чем из трех зон с проточными витыми нагревательными элементами, которые располагаются по зонам нагрева исходной смеси, в каждой зоне расположены датчики для контроля температуры среды, а интенсификатор потока выполнен в виде фланцов с тубулизирующей решеткой или насадкой.

Витые проточные нагревательные элементы, обеспечивают кроме интенсификации теплообмена равномерный нагрев или охлаждение среды по всему объему зоны. Турбулизирующая решетка даже при турбулентном режиме течении исходной смеси способствует разрушению ламинарного пограничного слоя на входном участке вихревых элементов нагрева, что также способствует повышению эффективности теплообмена. Кроме этого за счет интенсификации обеспечивается компактное аппаратурное оформление теплообменника.

Например, в процессах переработки и разделения углеводородных смесей перед ректификационными колоннами используются подогреватели жидких потоков перед подачей на тарелку питания колонны. Чаще всего применяются кожухотрубчатые теплообменники, обогреваемые горячей водой, поступающей после холодильника-дефлегматора с верха колонны. При этом для проведения процесса ректификации в оптимальном режиме необходимо точно поддерживать температуры жидкой смеси перед подачей в колонну. В связи с возможными изменениями расхода и состава смеси представляются более целесообразно применение зонного теплообменника-подогревателя с управлением по температурам нагрева смеси по зонам. Предлагаемый зонный теплообменник, состоящий из как минимум из трех зон с витыми проточными элементами, которые располагается по зонам (секциям) нагрева исходной смеси, устанавливается вместо кожухотрубчатого теплообменника. В каждую зону подается теплоноситель для нагрева смеси. Контроль нагрева осуществляется по датчикам температур нагрева смеси на выходе из каждой зоны. Таким образом, при перегреве смеси выше заданной температуры возможно исключение одной из зон нагрева, путем прекращения в эту зону подачи теплоносителя или снижения его расхода. Контроль температурного профиля нагрева исходной смеси позволяет гибко управлять процессом нагрева исходной жидкой смеси перед подачей в колонну ректификации.

При небольших расходах исходной смеси и сред с повышенной вязкостью, если режим течения ее в зонах нагрева ламинарный, то перед каждой зоной предлагается применение турбулизирующих решеток или хаотичных насадок, за счет чего происходит значительное повышение эффективности теплоотдачи в каждой зоне. Даже при турбулентном режиме течении исходной смеси турбулизирующая решетка способствует разрушению ламинарного пограничного слоя на входном участке вихревых элементов нагрева, что также способствует повышению эффективности теплообмена.

Зонный теплообменник поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема предлагаемого зонного теплообменника.


Цифрами на чертеже обозначены:

  1. Выход нагреваемой или охлаждаемой среды;
  2. Фланцы с турбулизируюшей решеткой;
  3. Витые проточные нагревательные элементы;
  4. Вход теплоносителя;
  5. Выход теплоносителя;
  6. Датчики температур для контроля температуры нагрева смеси;
  7. Горизонтальный цилиндр


Зонный теплообменник содержит вход 1 и выход 2 нагреваемой или охлаждаемой среды, горизонтальный цилиндр 8, фланцы с тубулизирующей решеткой 3, витые проточные нагревательные элементы 4, патрубки для входа и выхода теплоносителя 5, 6 и датчики температур 7 для контроля температуры воды.

Зонный теплообменник работает следующим образом.

Исходная среда поступает на вход 1 и далее на фланцы с турбулизирующей решеткой 3, благодаря чему интенсифицируется теплообмен, на витые проточные нагревательные элементы 4 сверху на вход 5 подается теплоноситель, который выходит из аппарата через выход 6, при этом температура смеси регулируется датчиком температур 7. Таким образом, при перегреве смеси выше заданной температуры возможно исключение одной из зон нагрева, путем прекращения в эту зону подачи теплоносителя или снижения его расхода. И так исходная среда проходит четыре зоны и направляется для дальнейшего использования через выход 2.


Презентационные материалы о разработке можно просмотреть по ссылке.