Десорбер

(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Агеев Вечеслав Васильевич Лакомкин Александр Андреевич Васильченко Михаил Андреевич Кротов Максим Викторович Борисов Михаил Константинович Короткий Иван Павлович Антонов Николай Анатолиевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Десорбер, содержащий корпус, разделенный на кубовую и массообменную зоны,систему выносного термосифонного подогрева циркулирующего раствора в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, подключенного верхним и нижним концом к кубовой зоне, а межтрубным пространством к источнику греющего теплоносителя, штуцер ввода раствора, штуцер вывода раствора и штуцер вывода парогазовой смеси, штуцера ввода и вывода теплоносителей, отличающийся тем, что система выносного подогрева циркулирующего раствора выполнена состоящей из двух, как минимум, теплообменников, при этом, как минимум, один из теплообменников подключен к источнику дешевого теплоносителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменники с различной поверхностью теплопередачи размещены своим верхним концом на одной высоте, а подключены верхним концом к кубовой зоне на различной высоте, при этом теплообменник с меньшей поверхностью теплопередачи подключен к кубовой зоне по высоте ниже, чем теплообменник с большей поверхностью теплопередачи.(56) 1. Рамм В.М. Абсорбция газов. - М. Химия, 1976. - С. 592 (рис. -4) (аналог). 2. Горловский Д.М., Альтшуллер Л.Н., Кучерявый В.И. Технология карбамида. - Л. Химия, 1981. - С. 231 (рис. .13) (аналог). 3. Справочник по теплообменникам в 2-х томах. Т. 2 / Пер. с англ. Под ред. О.Г. Мартыненко и др. - М. Энергоатомиздат, 1987. - С. 75 (рис. 4) (прототип). Полезная модель относится к аппаратам для проведения тепло-массообменных процессов с подводом внешнего тепла и может применяться в химической промышленности в процессах термического обезвреживания сточных вод (гидролиз), в процессах выделения растворенных газов из жидкости (десорбция). Известен десорбер 1, содержащий корпус, разделенный на кубовую и массообменную зоны, штуцер ввода раствора, штуцер вывода раствора и штуцер вывода парогазовой смеси. Недостатком устройства является возможность его использования только для очистки растворов, содержащих примеси в виде хорошо растворимых газов, т.е. его применение ограничено областью физической десорбции. Известное устройство не может применяться в процессах хемосорбции (выделение примесей из раствора в результате химической реакции и последующей физической десорбции), главным образом, из-за отсутствия подвода тепла к раствору для протекания необходимой химической реакции. Известен десорбер 2, содержащий корпус, разделенный на кубовую и массообменную зоны, систему встроенного подогрева в виде теплообменника, штуцер ввода раствора,штуцер вывода раствора, штуцер вывода парогазовой смеси, штуцера ввода и вывода греющего теплоносителя. Недостатком известного устройства является его низкая технологическая надежность при проведении процессов десорбции, протекающих с подводом внешнего тепла. Обусловлено это тем, что система встроенного подогрева не обеспечивает равномерного прогрева раствора в объеме кубовой зоны из-за отсутствия процесса циркуляции раствора в активном гидродинамическом режиме. Это приводит к образованию в кубовой зоне как участков перегрева раствора (вблизи трубок теплообменника), так и участков недостаточного нагрева раствора (вдали от трубок теплообменника), что снижает эффективность очистки раствора от примесей. Прототипом полезной модели выбран десорбер 3, содержащий корпус, разделенный на кубовую и массообменную зоны, систему выносного термосифонного подогрева циркулирующего раствора в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, подключенного верхним и нижним концом к кубовой зоне, штуцер ввода раствора, штуцер вывода раствора и штуцер вывода парогазовой смеси, штуцера ввода и вывода теплоносителей. К основным недостаткам известного устройства относятся высокие энергетические затраты процесса десорбции. Это обусловлено тем, что система термосифонного подогрева циркуляционного раствора выполнена из единичного теплообменника, что допускает использование в нем только одного вида греющего теплоносителя, предпочтительно в виде дорогостоящего пара высокого потенциала. Использование в качестве греющего теплоносителя дешевых энергоресурсов (отработанного пара или конденсата), вместо пара высокого потенциала, в единичном теплообменнике не допустимо, т.к. их использование в условиях существующего оборудования приводит к снижению тепловой нагрузки и, следовательно, снижению производительности процесса, что не допустимо. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - снижение стоимости энергопотребления за счет использования тепла дешевых энергоресурсов. Технический результат, достигаемый с использованием полезной модели, - снижение потребления высокопотенциального пара (давлением 27 ати) в процессе десорбции на 3040 при сохранении показателей качества процесса во всем диапазоне нагрузок. 2 1266 Поставленная задача решается в десорбере, содержащем корпус, разделенный на кубовую и массообменную зоны, систему выносного термосифонного подогрева циркулирующего раствора в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, подключенного верхним и нижним концом к кубовой зоне, штуцер ввода раствора, штуцер вывода раствора и штуцер вывода парогазовой смеси, штуцера ввода и вывода теплоносителей, в котором, согласно полезной модели, система выносного подогрева циркулирующего раствора выполнена состоящей из двух, как минимум, теплообменников, при этом, как минимум, один из теплообменников подключен к источнику дешевого теплоносителя. Теплообменники с различной поверхностью теплопередачи размещены своим верхним концом на одной высоте, а подключены верхним концом к кубовой зоне на различной высоте, при этом теплообменник с меньшей поверхностью теплопередачи подключен к кубовой зоне по высоте ниже, чем теплообменник с большей поверхностью теплопередачи. Существенность отличий полезной модели заключается в том, что система выносного подогрева циркулирующего раствора выполнена состоящей из двух, как минимум, теплообменников. Такое решение позволяет в одном, как минимум, из теплообменников использовать в качестве греющего теплоносителя дешевый теплоноситель (отработанный технологический пар или конденсат), стоимость единицы тепла которого в несколько раз ниже стоимости единицы тепла высокопотенциального пара. Использование тепла дешевых теплоносителей (вторичных энергоресурсов) обуславливает снижение потребления высокопотенциального тепла, что, в результате, и обеспечивает снижение стоимости энергопотребления процесса десорбции. В случае различия теплообменников по величине поверхности теплопередачи их верхний конец размещают на одной высоте, а подключение верхнего конца к кубовой зоне- на различной высоте. Такое техническое решение обеспечивает более равномерную гидравлическую характеристику циркуляционных контуров системы выносного термосифонного подогрева раствора, что способствует повышению технологической надежности процесса десорбции. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид десорбера, фронтальный разрез на фиг. 2 - десорбер, вид в плане. Десорбер содержит корпус 1, кубовую зону 2 и массообменную зону 3 (насадочная или тарельчатая), штуцер ввода раствора 4, штуцер вывода раствора 5, штуцер вывода парогазовой смеси 6, систему выносного термосифонного подогрева циркулирующего раствора. Система выносного термосифонного подогрева циркулирующего раствора выполнена в виде вертикальных кожухотрубных теплообменников 7 и 8, подключенных к кубовой зоне 2 с помощью нижних труб 9 и верхних труб 10. Межтрубное пространство теплообменников подключено к источникам греющего теплоносителя. Ввод греющего теплоносителя в виде дорогостоящего высокопотенциального пара осуществляется в теплообменник 7 через штуцер 11, отработанный теплоноситель выводится через штуцер 12. Ввод греющего теплоносителя в виде вторичных энергоресурсов (отработанный пар или конденсат) осуществляется в теплообменник 8 через штуцер 13, отработанный теплоноситель выводится через штуцер 14. Поверхность теплопередачи теплообменников 7 и 8 может быть как равной, так и различной. В случае равной поверхности теплопередачи теплообменники 7 и 8 размещаются предпочтительно симметрично относительно оси куба. В случае если поверхность теплопередачи теплообменников 7 и 8 различная, то они устанавливаются своим верхним концом 15 на одной высоте, а подключаются верхними трубами 10 к кубовой зоне 2 на различной высоте. В случае если поверхность теплопередачи теплообменника 7 больше, чем теплообменника 8, то зона 16 подключения верхней трубы 10 теплообменника 8 к кубовой зоне 2 располагается по высоте выше, чем зона 17 у теплообменника 8. Десорбер работает следующим образом. Водный раствор, содержащий растворимые компоненты (карбамид, диоксид углерода, аммиак и др.), поступает в десорбер через шту 3 1266 цер 4, распределяется в массообменной зоне 3 и стекает в ней за счет силы тяжести в кубовую зону 2. При этом в массообменной зоне 3 происходит взаимодействие раствора с паром, поднимающимся снизу вверх по высоте устройства, что приводит к выделению(десорбции) из раствора растворимых газов и их выносу из устройства через штуцер 6. Из кубовой зоны 2 раствор, частично освобожденный от растворимых примесей, поступает по нижним трубам 9 в выносные теплообменники 7 и 8. В теплообменниках происходит нагревание раствора и его вскипание с образованием парожидкостной смеси, что приводит к полному выделению растворимых примесей из раствора в паровую фазу. Парожидкостная смесь по верхним трубам 10 поступает в кубовую зону 2, где происходит инерционное отделение пара от раствора. Пар далее поднимается вверх по высоте десорбера,участвуя в массообменном (хемосорбционном) процессе выделения примесей из стекающего противотоком раствора. Отделенный и освобожденный от примесей раствор, непрерывно выводится из устройства через штуцер 5. Остальной раствор в кубовой зоне 2 смешивается с раствором, поступающим из массообменной зоны 3, и поступает в нижние трубы 9, образуя контур циркуляции. Выполнение системы выносного термосифонного подогрева из двух теплообменников 7 и 8 позволяет в одном из них использовать греющий теплоноситель низкого потенциала (отработанный пар, конденсат и т.д.), что снижает стоимость энергопотребления процесса десорбции. В случае различия теплообменников 7 и 8 по величине поверхности теплопередачи(поверхность теплообменника 7 больше, чем поверхность теплообменника 8) равномерность работы циркуляционных контуров и, следовательно, технологическая эффективность процесса десорбции обеспечивается путем снижения сопротивления выхода парожидкостной смеси в контуре теплообменника 8 за счет более низкого размещения зоны 17 по высоте кубовой зоны 2, чем в контуре теплообменника 7. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.