Регенератор

Регенератор

Реферат

 

Использование: в теплообменных аппаратах, применяемых в установках разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации. Сущность изобретения: в корпусе 1 регенератора установлены две соединенные между собой перфорированные корзины 5 и 6, заполненные насадкой 7. Нижняя корзина 6 установлена открытой частью на нижнее днище 3 регенератора, а верхняя корзина 5 снабжена комбинированным днищем 11 и юбкой 13, закрепленными на внутренней боковой поверхности корпуса 1, и конической крышкой 12. Комбинированное днище 11 верхней корзины 5 выполнено из двух частей, одна из которых соосна корпусу, а другая выполнена в виде усеченного конуса и параллельна юбке 13, крышке 12 верхней корзины 5 и днищу нижней корзины 6. В регенераторе верхнее днище 2 корпуса 1, боковая поверхность корпуса 1, расположенная выше места крепления к нему юбки 13, и некоторые другие конструктивные элементы выполнены из стали, не содержащей дорогостоящие добавки. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, применяемым в установках разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации.

Известен регенератор (Криогенные системы./ А. М. Архаров, В. П. Беляков, Е. И. Микулин и до. М. Машиностроение, 1987. с. 95), содержащий корпус из никелесодержащей нержавеющей стали с патрубками ввода и вывода потоков, насыпную насадку и встроенные змеевики.

Недостатком известной конструкции является ее сложность, сопровождающаяся большими трудозатратами при ее изготовлении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является, взятый в качестве прототипа, регенератор (Криогенные системы./ А. М. Архаров, В. П. Беляков, Е. И. Микулин и др. М. Машиностроение, 1987. с. 93), содержащий корпус из никелесодержащей нержавеющей стали с патрубками ввода и вывода потоков и размещенную внутри корпуса дисковую насадку из сдвоенных гофрированных алюминиевых лент с прорезями.

Недостатком известного регенератора является большая металлоемкость конструкции и высокая трудоемкость при ее изготовлении, высокая себестоимость, обусловленная использованием дорогостоящей никелесодержащей нержавеющей стали и алюминиевых сплавов.

Целью изобретения является снижение капитальных затрат за счет уменьшения металлоемкости, расхода дорогостоящих материалов и трудоемкости изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном регенераторе, включающем корпус с верхним и нижним днищами, патрубок отбора петлевого потока и размещенную в корпусе насадку, новым является то, что регенератор снабжен, по крайней мере, двумя корзинами с перфорированной боковой поверхностью, которые размещены соосно корпусу с кольцевым зазором по отношению к последнему и соединены между собой посредством конусообразного патрубка. Нижняя корзина установлена открытой частью на нижнее днище корпуса и снабжена перфорированным сердечником, в котором установлена заглушка, выполненная в виде перфорированного конуса, вершина которого обращена к нижнему днищу корпуса. Днище нижней корзины выполнено в виде усеченного перфорированного конуса и соединено посредством конусообразного перфорированного патрубка с перфорированным комбинированным днищем верхней корзины, одна часть которого выполнена в виде цилиндра, а другая, например, в виде соединенного с ним и с корпусом регенератора усеченного конуса. Комбинированное днище расположено соосно корпусу и днищу нижней корзины. Верхняя корзина снабжена патрубком для засыпки насадки, прикрепленным к узкой части перфорированной конической крышки, которая соединена широкой частью с боковой перфорированной поверхностью корзины. Боковая поверхность верхней корзины выполнена цилиндрической формы и соединена с внутренней поверхностью корпуса регенератора посредством конической юбки. Причем крышка, верхней корзины, днище нижней корзины и коническая юбка выполнены с одинаковым углом конусности 40-50^о. В заявляемом регенераторе пространство между корзинами образует канал, соединенный с патрубком для отбора петлевого потока.

Новым является и то, что в заявляемом регенераторе верхнее днище корпуса, боковая его поверхность, расположенная выше места крепления к нему юбки, а также сама юбка, боковая поверхность и крышка верхней корзины, патрубок для засыпки насадки выполнены из конструкционной стали, не содержащей дорогостоящих добавок.

Заявляемое устройство характеризуют следующие геометрические соотношения: отношение высоты боковой поверхности нижней корзины к высоте боковой поверхности верхней корзины 0,25-0,8; отношения , и составляют 0,8-1,2 где a расстояние между точками крепления юбки и днища верхней корзины на внутренней поверхности корпуса; b, e толщина слоя насадки соответственно в верхней и нижней корзинах; c наименьшее расстояние от крышки верхней корзины до точки крепления ее днища к конусообразному патрубку; d наименьшее расстояние от днища нижней корзины до верхнего сердечника.

Участки конической части днища верхней корзины, боковой поверхности и сердечника нижней корзины, примыкающие к корпусу регенератора, выполнены без перфорации. Так, что отношения и составляют 0,1-0,2, где f ширина неперфорированного участка конической части днища верхней корзины; g ширина неперфорированного участка сердечника нижней корзины; h ширина неперфорированного участка боковой поверхности нижней корзины.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Сущность изобретения заключается в следующем.

В настоящее время в воздухоразделительных установках для получения технологического кислорода используют регенераторы с дисковой насадкой. Как известно, эти регенераторы требуют больших капитальных затрат за счет использования дорогостоящей нержавеющей стали, высокой металлоемкости и трудоемкости их изготовления. Поэтому предлагается конструкция регенератора, в котором вместо дисковой насадки используется насыпная. Учитывая то, что насыпная насадка обладает повышенным гидравлическим сопротивлением по сравнению с дисковой, для обеспечения допустимого перепада давления на регенераторе, необходимо уменьшить толщину слоя и скорость газового потока. Использование традиционных аппаратов с осевым током газа привело бы в этом случае к неприемлемым, с конструктивной точки зрения, соотношениям между высотой и диаметром аппарата.

Новое техническое решение дает возможность полностью отказаться от металлоемкой дисковой насадки и, в то же время, сохранить основной габаритный размер диаметр регенератора, что имеет большое значение при его изготовлении и транспортировке.

В заявляемом устройстве насыпная насадка размещена в корзинах, установленных в корпусе.

Для организации направления движения газового потока через слои насадки боковые поверхности корзин, днище верхней корзины и сердечник, расположенный внутри нижней корзины, выполнены перфорированными, а нижнее днище верхней корзины жестко закреплено с внутренней поверхностью корпуса.

Для исключения прямого контакта холодного и теплого газовых потоков, приводящего к намерзанию инея на поверхности раздела и потерям холода, а также для более полного вовлечения насадки в процессы тепло- и массообмена крышка верхней и днище нижней корзин выполнены перфорированными. С этой же целью сердечник нижней корзины и цилиндрическая часть днища верхней корзины выполнены таким образом, что отношение расстояния между ними и перфорированными днищем нижней корзины и крышкой верхней корзины к толщине слоя насадки соответственно в нижней и верхней корзинах, составляют 0,8-1,2. Кроме того, отношение расстояния между точками крепления юбки и днища верхней корзины к боковой поверхности корпуса к толщине слоя насадки в верхней корзине также составляет 0,8-1,2.

Для уменьшения потерь воздуха при переключении регенераторов и образования каналов постоянной скорости, для обеспечения равномерного газораспределения, в сердечнике нижней корзины установлена перфорированная конусообразная заглушка, заполненная насадкой, а патрубок, соединяющий обе корзины, который одновременно является и патрубком для засыпки насадки в нижнюю корзину, выполнен конусообразным.

Для уменьшения теплопритоков из окружающей среды и исключения пристеночного проскока примесей участки конической части днища верхней корзины, боковой поверхности и сердечника нижней корзины, примыкающие к корпусу регенератора, выполнены без перфорации, причем отношение ширины неперфорированных участков к толщине соответствующих слоев насадки составляет 0,1-0,2.

Перфорация заглушки и конусообразного патрубка обеспечивает участие в тепло- и массообмене находящейся в них насадки.

В целях снижения трудоемкости при изготовлении регенератора такие конструктивные элементы корпуса, как крышка, юбка верхней корзины и днище нижней корзины выполнены с одинаковым углом наклона их образующих к горизонту 40-50^о, что соответствует углу естественного откоса насыпной насадки.

Кроме того, нижняя корзина установлена открытой своей частью непосредственно на нижнее днище корпуса, что также упрощает изготовление регенератора, и, кроме того, дополнительно увеличивает рабочий объем аппарата.

Петлевой поток в заявляемом регенераторе отбирается из канала, образованного между днищами корзин.

Данная конструкция обеспечивает возможность замены дорогостоящей и трудоемкой насадки из алюминиевой ленты на насадку из базальтовой крошки при сохранении эксплуатационных характеристик регенераторов.

Существенным отличием заявляемого технического решения является также то, что верхнее днище и боковая поверхность корпуса, расположенная выше места крепления к нему юбки, а также сама юбка, боковая поверхность и крышка верхней корзины и патрубок для засыпки насадки выявлены из конструкционной стали, не содержащей дорогостоящих добавок, что значительно снижает его себестоимость.

Необходимо отметить, что верхняя часть регенератора может быть размещена вне кожуха с теплоизоляцией. Это становится возможным потому, что температура корпуса в верхней его части порядка 300 К, что в известных регенераторах достигнуто быть не может.

Таким образом, сравнивая заявляемое техническое решение с известными техническими решениями, можно сделать вывод о том, что признаки, характеризующие его, в известных технических решениях не обнаружены. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" и пром. применимость.

Описываемый регенератор изображен на чертеже.

Он включает корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 днищами, патрубок отбора петлевого потока 4. Регенератор снабжен перфорированными верхней корзиной 5 и нижней корзиной 6, заполненными насадкой 7 и соединенными между собой посредством конусообразного патрубка 8. Нижняя корзина 6 установлена открытой частью на нижнее днище 3 корпуса 1 и снабжена перфорированным сердечником 9, в котором установлена заглушка 10.

Верхняя корзина 5 снабжена комбинированным днищем 11, которое одной стороной закреплено на конусообразном патрубке 8, а другой на внутренней поверхности корпуса 1. Кроме того, верхняя корзина 5 снабжена крышкой 12 и юбкой 13, закрепленной на ее боковой поверхности и на внутренней поверхности корпуса 1. Верхняя корзина имеет патрубок 14 для засыпки насадки 7, закрепленной на крышке 12 верхней корзины 5. Между днищем 11 верхней корзины 5 и днищем 15 нижней корзины 6 размещен канал 16, соединенный с патрубком 4 отбора петлевого потока.

Регенератор работает следующим образом.

Поток газа (например, воздуха, с температурой 300 К) поступает в верхнюю часть регенератора, проходит через насадку верхней корзины, охлаждается до температуры 150 К, очищается от влаги. Затем проходит по каналу, образованному днищами верхней и нижней корзин, и попадает на насадку нижней корзины. При этом часть воздуха ( 10%) отбирается через патрубок петлевого потока. Остальной воздух охлаждается на насадке нижней корзины до 100 К и очищается от диоксида углерода, который вымораживается на насадке. Обратный поток (например, азот) охлаждает насадку и обеспечивает очистку ее от примесей, которые выносятся в атмосферу.

В заявляемом устройстве выполнены следующие соотношения между его конструктивными элементами: отношение высоты боковой поверхности нижней корзины к высоте боковой поверхности верхней корзины составляет 0,25-0,8; при уменьшении указанного соотношения менее 0,25 возрастает скорость газа, проходящего через насадку нижней корзины, увеличивается гидравлическое сопротивление насадки и ухудшаются условия очистки регенераторов, а температура петлевого потока имеет заниженные значения, при увеличении указанного соотношения более 0,8 температура петлевого потока имеет завышенные значения, что неблагоприятно сказывается на работе петлевых адсорберов, кроме того, заниженная скорость течения газа в нижней зоне ведет в этом случае к неполному использованию насадки; отношения и должны быть в пределах 0,8-1,2; при уменьшении указанных соотношений менее 0,8 скорость течения газа через зоны насадки, примыкающие к днищам верхней и нижней корзины, а также к крышке верхней корзины, будет превышать скорость газа по радиусу корзин, что приведет к ухудшению в этих областях очистки от примесей, к снижению эффективности процессов теплообмена. При превышении величины этих соотношений более 1,2 скорость течения газа через эти зоны будет меньше, чем по радиусу корзин, что приведет к неполному использованию насадки этих зон в тепло- и массообмене; отношения и должны быть в пределах 0,1- 0,2, при уменьшении этих соотношений возрастает скорость газа в пристеночных областях слоя, что ведет к увеличению теплопритоков из окружающей среды и к проскоку примесей в пристеночной зоне, а при превышении этих отношений значительная часть насадки выводится из зоны активного тепломассообмена; угол наклона к горизонту образующих крышки, юбки и конической части днища верхней корзины, а также днища нижней корзины составляет 40-50^о, при уменьшении этого угла менее 40^о возможно образование внутри корзин под крышками и юбкой областей, не заполненных насадкой, что приведет к истиранию насадки и проскоку через эти зоны больших количеств неочищенного газа, а при превышении угла более 50^о возрастают габариты аппарата, его металлоемкость и трудоемкость.

Трудоемкость при замене вида насадки снижается в 1,2 раза.

Кроме того, использование заявляемого решения позволяет увеличить производительность аппарата за счет увеличения его высоты, что позволяет сократить число регенераторов в установке, а следовательно, получить дополнительную экономию за счет сокращения размеров фундамента и кожуха с теплоизоляцией и уменьшения количества переключающей арматуры.

Формула изобретения

1. РЕГЕНЕРАТОР, включающий корпус, содержащий верхнее и нижнее днища, патрубок отбора петлевого потока и размещенную в корпусе насадку, отличающийся тем, что, с целью снижения капитальных затрат за счет уменьшения металлоемкости и трудоемкости, регенератор снабжен по крайней мере двумя корзинами с перфорированной боковой поверхностью, которые размещены соосно с корпусом с кольцевым зазором по отношению к последнему и соединены между собой посредством конусообразного патрубка, причем нижняя корзина установлена открытой частью на нижнее днище корпуса и снабжена перфорированным сердечником, в котором установлена заглушка, а верхняя корзина снабжена комбинированным днищем, закрепленным на внутренней поверхности корпуса и на упомянутом конусообразном патрубке, крышкой, по крайней мере одним патрубком для засыпки насадки, закрепленным на упомянутой крышке, и юбкой, закрепленной на боковой поверхности верхней корзины и внутренней поверхности корпуса, при этом комбинированное днище выполнено из двух частей, одна из которых - перфорирована, имеет цилиндрическую форму и соосна с корпусом, а вторая имеет, например, коническую форму, причем между днищами корзин образован канал, соединенный с патрубком для отбора петлевого потока.

2. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что крышка, юбка верхней корзины и днище нижней корзины выполнены коническими, причем образующие конусов имеют одинаковый угол наклона к горизонту 40 50^o.

3. Регенератор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что крышка, вторая часть комбинированного днища верхней корзины и днище нижней корзины выполнены перфорированными.

4. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что заглушка выполнена в виде конуса, вершина которого обращена к нижнему днищу корпуса.

5. Регенератор по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что заглушка и конусообразный патрубок, соединяющий обе корзины, выполнены перфорированными.

6. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что верхнее днище корпуса и боковая поверхность корпуса, расположенная выше места крепления к нему юбки, выполнены из стали, не содержащей дорогостоящих добавок.

7. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что патрубок для засыпки насадки, юбка, боковая поверхность и крышка верхней корзины выполнены из стали, не содержащей дорогостоящих добавок.

8. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты боковых поверхностей нижней корзины и верхней составляет 0,25 0,8.

9. Регенератор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что отношение a/b, c/b, d/e составляют 0,8 1,2, где a расстояние между точками крепления юбки и днища верхней корзины и внутренней поверхности корпуса; b, e толщина слоя насадки соответственно в верхней и нижней корзинках; c наименьшее расстояние от крышки верхней корзины до точки крепления ее днища к конусообразному патрубку; d наименьшее расстояние от днища нижней корзины до верхнего конца сердечника.

10. Регенератор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что участки днища верхней корзины, боковой поверхности и сердечника нижней корзины, примыкающие к корпусу, выполнены без перфорации так, что отношения f/b, g/e, h/e составляют 0,1 0,2, где f ширина неперфорированного участка днища верхней корзины; g ширина неперфорированного участка сердечника нижней корзины; h ширина неперфорированного участка боковой поверхности нижней корзины.

РИСУНКИ

Рисунок 1