BG64644B1

BG64644B1 - Топлообменник - реактор

Info

Publication number: BG64644B1
Application number: BG106785A
Authority: BG
Inventors: Lothar Moerl; Gerhard Krueger; Димитър МИТЕВ; Евгени КРАЙЧЕВ
Original assignee: Lothar Moerl; Gerhard Krueger; Димитър МИТЕВ; Евгени КРАЙЧЕВ
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2005-10-31
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: BG106785A; DE10303836B4; DE10303836A1

Abstract

Топлообменникът реактор се прилага в химическата, хранително-вкусовата, фармацевтичната промишленост и биотехнологиите, при изследвания и в производството, при термична обработка на насипни нелепнещиматериали и при осъществяване на химически реакции в системата "газ-твърдо тяло-газ". Реакциите протичат при ниски хидравлични съпротивления на системата и значителна икономия на енергия. Топлообменникът реактор е съставен от процепна решетка (3) за вихров кипящ слой на сепарационна камера над нея. Към външната страна на решетката (3) са вградени две еднакви камери (4 и 5) за течен топлоносител, които са свързани чрез хоризонтален сноп от топлообменни тръби (12). Перпендикулярно на тръбите (12), в междутръбното им пространство, са поместени други газоразпределителни тръби (19), свързани с газова камера (17) чрез стена решетка (16). Към решетката (3) са монтирани още два щита (14 и 20), поддържащи материала, и една удължителна пластина (15) като продължение на щита (14).

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до топлообменник реактор за термична обработка на зърнести нелепнещи материали във вихров кипящ слой, осъществяван в апарат с процепна решетка от два независими газови потока, в комбинация с хоризонтален тръбен топлообменен сноп. Той намира приложение в химическите, хранително-вкусовите, фармацевтичните и биотехнологични изследвания и производства.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са апарати с вихров кипящ слой и процепна решетка за въвеждане на основния поток от газ, осъществяващ “кипенето” на материала. Тези апарати са известни предимно като сушилни за зърнести, нелепнещи материали [1]. Някои от тях ползват и инертен слой от пълнежни тела [2]. Тези апарати имат голямо хидравлично съпротивление (загуба в налягане) в началото на кипенето, когато решетката е запълнена с материал. Това изисква монтиране към апарата на високонапорен вентилатор с голяма мощност на двигателя.

Известни са и апарати за топлинна обработка на зърнести, нелепнещи материали, изпълнени като секционни топлообменници с хоризонтални тръбни снопове, вътре в тръбите на които тече топлоносител, а насипният материал обтича напречно тръбите отвън [3]. Ограничено количество въздух изравнява температурното поле и се продухва от други газоразпределителни тръби с отвори.

Този тип топлообменници са металоемки като конструкции, с тежко почистване и ремонт. Те имат относително нисък коефициент на топлоотдаване a[W/m²K] откъм страна на “пълзящия “ между тръбите насипен материал, което лимитира ефективността на цялата топлообменна система.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да създаде топлообменник реактор за термична обработка на дребнозърнести, нелепнещи, насипни материали във вихров кипящ слой, създаван от твърдите частици и два независими по температура и химически състав газови потока, при наличие на допълнителен, кондуктивен топлообмен, осигурен от хоризонтален тръбен сноп, подходящо вграден в решетката на вихровия кипящ слой и обтичащ се напречно от частиците в посока надолу, като се създават условия за интензивно нагряване (или охлаждане на материала) или протичане на химически реакции при определена температура на системата “газ - твърдо тяло - газ”.

Задачата се решава чрез топлообменник реактор, снабден с необходимите датчици и щуцери за обработка на насипни материали, като апаратът включва процепна газоразпределителна решетка за вихров кипящ слой и сепарационна камера. Към процепната решетка са вградени два хоризонтални снопа от тръби: първият сноп е за захранване на апарата с течен топлоносител и в двата си края той се свързва с две еднакви паралелепипедни камери, а вторият тръбен сноп, монтиран хоризонтално и перпендикулярно на първия, е изграден от къси газоразпределителни тръби, върху които са изработени отвори. Те са заварени към газоразпределителна камера, вградена също към решетката на апарата.

Съгласно изобретението към предната стена и задната, успоредна на нея стена на процепната решетка, са монтирани неподвижно чрез болтове и с уплътнения, съответно две паралелепипедни камери, всяка една със собствена външна стена, към които са заварени съответно тръбни щуцери за вход и изход на течен топлоносител, като камерите са свързани съответно с две еднакви вертикални тръбни решетки. В отворите на решетките са заварени хоризонтално разположени определен брой топлообменни тръби за течен топлоносител. Топлообменните тръби са ограничени отляво по цялата си дължина с лява метална преграда, която в долната си част е огъната надясно и заема форма на поддържащ щит за материала, препокрит с една удължителна пластина. Дясната част на хоризонталните тръби е ограничена от неподвижна вертикална стена решетка, която е стена на газова камера, снабдена с газозахранващ щуцер. Към стената решетка са заварени къси метални тръби, които в лявата си част са затапени, по дължината си са перфорирани с кръгли отвори и са монтирани на редове, перпендикулярно на хоризонталните тръби. Вертикалната стена решетка на газовата камера продължава надолу и е огъната наляво, като втори щит за поддържане на материала. Лявата метална преграда е монтирана подвижно и може да се премества и установява наляво и надясно в определени граници, както и удължителната пластина към нея може да се премества и фиксира на зададено положение нагоре и надолу по отношение на поддържащия щит.

Предимствата на изобретението са следните. Ефектът на топлинна обработка на зърнести, нелепнещи материали значително нараства при едновременно използване на конвективен и кондуктивен режим; създадени са условия насипният материал да се обработва от най-малко два газови потока, имащи еднаква или различна температура, както и еднакъв или различен химически състав; да се осъществяват химически реакции в системата “газ твърдо тяло - газ”, при фиксирана в тесни граници температура на реакцията; намалява се значително съпротивлението на слоя и вихровата решетка като комплект, поради задържане на значителна част от него с помощта на поддържащи материала щитове и регулируема пластина, с което се реализира значителна икономия на енергия; процесът на изтичане на зърнестия материал между тръбите може да се регулира и синхронизира с дозирането на материал в апарата.

Пояснения на приложените фигури

Примерно изпълнение на изобретението е показано на приложените фигури, от които:

фигура 1 представлява напречен разрез по ширината на топлооблемнника реактор, минаващ през процепната решетка и сепарационното пространство над нея;

фигура 2 е външен изглед (по дължината на апарата), означен на фигура 1 като изглед А.

Примери за изпълнение на изобретението

Топлообменникът реактор, показан на фигура 1 и 2, е апарат, работещ с вихров кипящ слой и процепна решетка със сепарационна камера. Към предната стена 1 и задната, успоредна на нея стена 2 на процепната решетка 3 са неподвижно монтирани чрез болтове и уплътнения две паралелепипедни камери 4 и 5, като всяка една от тях има собствена външна стена 6 и 7. Към тези стени са заварени съответно тръбни щуцери 8 и 9 за вход и изход на течен топлоносител. Камерите 4 и 5 са свързани с две еднакви вертикални тръбни решетки 10 и 11, в отворите на които са заварени хоризонтално разположени определен брой топлообменни тръби 12 за течен топлоносител. Топлообменните тръби 12 са ограничени отляво по цялата си дължина с лява метална преграда 13, която в долната си част е огъната надясно и заема формата на поддържащ щит 14 за материала. Той е препокрит с една удължителна пластина 15. Дясната част на хоризонталните тръби 12 е ограничена от една неподвижна вертикална стена решетка 16, която е стена на газовата камера 17, снабдена с газозахранващ щуцер 18. Към стената решетка 16 са заварени къси метални тръби 19, които в лявата си част са затапени, по дължината си са перфорирани с кръгли отвори и са монтирани на редове, перпендикулярно на хоризонталните тръби 12. Вертикалната стена решетка 16 на газовата камера 17, продължава надолу и е огъната наляво, като втори щит 20 за поддържане на материала.

Лявата метална преграда 13 е монтирана подвижно и може да се премества наляво и надясно в определени граници. Удължителната пластина 15 може да се премества и фиксира към поддържащия щит 14 на зададено, регулируемо положение.

Използване на изобретението

Топлообменникът реактор работи в един примерен режим на охладител за гранулиран продукт по следния начин.

Щуцерът Б към решетката 3 е регулиран предварително на подходящ процеп, който пропуска в нея атмосферен въздух, изсмуквай през щуцер В от вентилатор. Скоростта на въздуха на входа на процепната решетка е такава, че се създава режим на нормално вихрово кипене на слоя. Горещ гранулиран материал постъпва чрез дозатор от щуцер Г върху горната част на хоризонталните топлообменни тръби 12. Тръбите са наредени шахматно и материалът тече между тях надолу. През отворите на газоразпределителните тръби 19, между частиците на материала, се подава втори поток въздух, който е изпълнил газоразпределителната камера 17. Този въздух извършва изравняване на температурното поле между тръбите. 12, предизвиква и трептене на частиците по външния диаметър на тръбите 12. По вътрешния диаметър на тръбите 12 протича охлаждаща вода, която постъпва през щуцер 8 на камерата 4 и през тръбите 12 преминава към камера 5 и напуска апарата през щуцер 9. Материалът се стича между тръбите 12 със скорост и, която може да се регулира синхронизирано от дозатора на материал към системата и положението на удължителната пластина 15 върху левия поддържащ щит 14. Материалът изтича равномерно върху закръгленото дъно на решетката 3, подема се от основния поток въздух, постъпващ през щуцер Б, извършва с него възходящ кръгов вихър, като извършва топлообмен в конвективен режим. След отклоняване на потока от огъната пластина материалът се връща върху горната част на топлообменните тръби 12 и операцията на охлаждането се повтаря. Гранулите преминават ширината на апарата отлявонадясно за определено време и напускат решетката 3, охладени през щуцер Е, насочени към приемен съд за обработен материал.

В режим на загряване или протичане на химически реакции в системата “газ -твърдо тяло - газ” процедурата по дозиране и движение на материала в апарата се повтаря по начин, описан по-горе. Тогава през щуцери Б и Д може да постъпват газове с различна температура и химически състав, а през топлообменната система от хоризонтални тръби 12 протича топлоносител, например пара, високотемпературни масла или течни метали.

Claims

Патентни претенции

1. Топлообменник реактор за термична обработка на зърнести нелепнещи материали, снабден с необходимите щуцери за апарат, работещ с вихров кипящ слой и процепна решетка със сепарационна камера, характеризиращ се с това, че към предната стена (1) и задната, успоредна на нея стена (2) на процепната решетка (3) са неподвижно монтирани чрез болтове и с уплътнения съответно две паралеле пипедни камери (4 и 5), всяка една със собствена външна стена (6 и 7), към които са заварени съответно тръбни щуцери (8 и 9) за вход и изход на течен топлоносител, като камерите (4 и 5) са свързани съответно с две еднакви вертикални тръбни решетки (10 и 11), в отворите на които са заварени хоризонтално разположени определен брой топлообменни тръби (12) за течен топлоносител, като топлообменните тръби (12) са ограничени отляво по цялата си дължина с лява метална преграда (13), която в долната си част е огъната надясно и заема формата на поддържащ щит (14) за материала, препокрит с една удължителна пластина (15), а дясната част на хоризонталните тръби (12) е ограничена от неподвижна вертикална стена решетка (16), която е стена на газовата камера (17), снабдена с газозахранващ щуцер (18), като към стената решетка (16) са заварени къси метални газоразпределителни тръби (19), които в лявата си част са затапени, по дължината си са перфорирани с кръгли отвори и са монтирани на редове, перпендикулярно на хоризонталните топлообменни тръби (12), а вертикалната стена решетка (16) на газовата камера (17) продължава надолу и е огъната наляво, като втори щит (20) за поддържане на материала.
2. Топлообменник реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че лявата метална преграда (13) е монтирана подвижно и може да се премества и установява на определена дистанция от тръбите (12), а удължителната пластина (15) може да се премества и фиксира към поддържащия щит (14) на зададено регулируемо положение.

Приложение: 2 фигури