熱溶冷凝器製造工場

新型熱溶捕捉凝縮器の設計、製造及びその応用

新型熱融着捕集凝縮器の設計、製造およびその応用　新型熱融着捕集凝縮器は相変化を伴う熱交換装置であり、一般的な熱交換器とは大きく異なる特徴を持っている。本製品は合理的な構造を採用しており、内部には高度にフィン化されたフィンチューブが設置されているため、優れた熱伝達性能と大きな熱交換面積を実現しています。既存技術と比べて、サイズが小さく、温度差による応力の発生を抑えられ、繰り返し使用が可能で、物質による装置材質の溶接部への深刻な腐食を防げるといった利点がある。本製品は、フタル酸アンヒドリドおよび対クロロベンゾニトリルの製造における熱融縮冷凝器の多様な機能要求を満たしており、またフタル酸アンヒドリドの凝華過程における伝熱・伝質のメカニズムや、熱融捕捉冷凝器の構造的特徴および最適化パラメータについても概説している。さらに、熱融捕捉冷凝器の開発成果の応用状況についても示している。 キーワード：シームレス鋼管、溶接点のない巻き取り製品管、凝華特性、フィン高さ30mmによる生産性向上とエネルギー消費削減、高性能熱融着捕集凝縮器。新型熱融着捕集凝縮器とは、凝華方式によって物質を捕集する装置である。別名：切替コンデンサー；熱溶冷凝箱；部分凝縮器；凝縮器。 技術分野 本製品は、特にフタル酸アンヒドリド反応ガスやクロロベンゾニトリル反応ガスの回収を目的とした、高効率な気体物質回収装置に関するものである。 背景技術 多くの種類の化学製造プロセスにおいて、凝縮と加熱の両方が可能な物質回収装置が必要とされる。しかし、凝縮状態と加熱状態では作業時の温度差が非常に大きく、通常350℃以上に達するため、装置に大きな温度応力が生じる。さらに、凝縮と加熱の状態を繰り返し切り替えて使用するため、装置の稼働回数も多くなる。特に化学製造プロセスにおける腐食が激しい環境下では、昇華ガスを捕捉するための熱交換量や、凝華固体を回収するための熱量が必要となり、回収できなかった物質は排出されたり後処理されたりする。そのため、要件を満たすためには装置自体がより大きな熱交換面積と高い総伝熱係数を持つ必要がある。現在、フタル酸アンヒドリドや対クロロベンズアニリドの製造工程においては、原料を回収するために熱融縮凝縮器が必要であり、その回収効果は製造収率に直接影響を与えます。 既存の技術案では、より大きな熱交換面積を得るために、通常装置の体積を非常に大きくし、占有面積が広くなり、投資コストも高くなる。また、装置の材質の溶接部には深刻な腐食が生じやすく、材料が漏れ出して生産が停止し、多大な経済的損失を招きます。本品の開発により、上記の問題点がしっかりと解決されました。 一.動作原理： 1.製品と不純物を含む高温の混合ガスが上部から捕集凝縮器に入る。 2. フィンチューブ内の冷却媒体により、フィンチューブ上に捕捉すべき製品固体が凝華し、不要な不純物ガスは捕捉凝縮器の下部から排出される。 3. フィン上に固体製品が十分に集まったら、フィンチューブ内の冷却媒体を熱媒体に交換して加熱し、固体製品を溶融させてキャッチコンデンサーの底部領域に集める。本製品の箱体の底部にある下フランジは傾斜した形状の排出口となっており、物料の排出を容易にし、箱体底部での詰まりを防ぎます。 4. 液体製品を排出した後、フィン付き凝縮器管内の熱媒体を冷媒に交換し、新たなサイクルで製品の捕集を再開する。 冷媒媒体：循環水、冷油、温水。 熱媒体：温水、熱油、蒸気。 二.用途： 1.有機酸無水物（触媒酸化法による製造） ⑴ ベンゼンアンヒドリド（フタル酸アンヒドリド、フタルアンヒドリド）：C8H4O3；分子量148.12；CAS85-44-9；融点129℃-132℃；沸点284℃；引火点152℃。⑵ シュウアン（マレイン酸アンヒドリド、シュンビュテンジカルボン酸アンヒドリド）：C4H2O3；分子量98.06；CAS108-31-6；密度1.48；融点52℃-55℃；沸点200℃；引火点102℃。2.有機ベンゾニトリル（アンモニア酸化法による製造）⑴ メタクロロベンゾニトリル（3-クロロベンゾニトリル）：C7H4ClN；分子量137.57；CAS766-84-7；密度1.14；融点38℃～42℃；沸点94℃；引火点97℃。 3.パラクロロベンゾニトリル（パラクロロシアンベンゼン、4-クロロベンゾニトリル）：C7H4ClN；分子量137.57；CAS623-03-0；融点91℃-94.2℃；沸点223℃；引火点108℃。三．設計　新型捕捉冷凝器の設計プロトタイプは、イギリスの帝国化学会社（ICI）が大規模な安息香酸アニリド生産ラインで使用していた溶融冷凝器であり、その後著者の会社による研究を経て、有機酸アニリドや有機ベンズアニリドなどの流動層反応器における反応ガス処理工程で広く利用されている。反応によって生成した生成物ガスは捕捉冷凝器に入ると冷却されて固体結晶となり、冷却面に析出する。析出サイクルが終了すると操作を切り替えて加熱し、固体生成物を液体生成物に戻す。 著者が長年にわたり捕集凝縮器の応用設計に取り組んできた結果、捕集凝縮器の捕集効率は主に以下の要因によって影響されることが判明した。1.反応ガスの平均凝華量が捕集凝縮に与える影響　凝縮させる必要がある製品自体の凝固点や、凝華に伴って放出される熱量がそれぞれ異なるため、実験を通じて各種製品の反応ガスの平均凝華量を求めることができる。このパラメータを設計に適用し、流動層連続反応器の単位時間あたりの生産量および設定された切り替え運転時の生産量に基づいて必要な熱量を算出し、凝縮時間と切り替えサイクルを決定する。さらに適切な安全係数も考慮して、最終的に装置の容積および総熱交換面積を算出する。 2. 反応ガスの流速が捕捉凝縮に与える影響
反応ガスが捕捉凝縮器に入ると、すぐに凝縮・凝華の過程が始まる。ガスの流速が速すぎると、ガスが完全に凝縮されずに排気口から排出されてしまう。一方、流速が遅すぎると、凝縮器内に入った反応ガスが急速にエアロゾル状のものを形成し、移動する過程でより冷却された表面に衝突して集合する。ある程度集合するとガス通路が塞がれ、装置内で短絡が発生する。当社では研究を重ね、さまざまな物質を用いた実験から最適化された流速測定方法を確立しました。近年の実際の応用においても、良好な結果が得られています。 3. 温度差△tが捕集凝縮に与える影響 冷却媒体と製品ガス本体との間の温度差△tは、凝華効果に顕著な影響を与える。その中で、冷却温度、気流速度、製品ガスの3者間には関連性があり、様々な反応ガスに関する実験から明らかになったのは、温度差△tがエアロゾルが形成されるのに必要な最大温度差以下になると、凝華による針状結晶の生成が徐々に消失していくということである。この時、気体凝華物の堆積密度は徐々に増大する。冷却媒体の温度が反応ガス温度に近づくと、緻密な凝華結晶層が形成される。 4. 装置構造が凝縮捕集に与える影響　ガス流速や設計温度差などのパラメータを決定し、全体の容積や熱交換面積を算出した後、ガスの流路や凝縮・凝固空間を適切に設計する必要がある。フィン付き管のパラメータ調整、管間距離の調整、配列間隔の調整、管列数の調整、並列管束の設定などを行うことで、合理的な利用を実現できる。 四. 製造：考慮すべき点：1. 最高の製品捕捉率、または最低の排気ガス濃度を確保すること。2. 装置の使用寿命を延ばす。3. 設備投資コストと運用費用は低く抑える必要がある。したがって、構造設計においては、最適なフィンチューブのパラメータ、最適な管間隔、列間隔、そして最適な管列数を含む最適な構造パラメータが必要である。 新型捕集冷凝器の設計製造技術方案および工程要件は以下の通りである：1.筐体の外部には半円形の管状ジャケットがあり、このジャケットによって作業時に冷却水が継続的に循環し、筐体の内壁に結晶物質が付着して保護層を形成し、溶接部の腐食を防ぐ。同時に箱体の温度を下げて、腐食の速度を遅らせる。 2.ケースの内部は複数のチューブ群で構成されており、U字型チューブを採用することで、凝縮状態と加熱状態における温度差による応力を回避できる。曲げ加工を用いてU字型熱交換管のU部の直径を小さくし、U字管の上部と下部のフィン間の距離を縮めることで、同じ体積でより大きな熱交換面積を得ることができる。各管束はケーシング内に特別に設計されたスライド式支持構造を備えており、頻繁な冷温変化の過程で自由に伸縮できる。また、管束は個別に取り出して点検や交換が可能である。 3. 管束内の管はすべて、一本ずつオーダーメイドされたシームレス鋼管を曲げて作られており、管と巻かれたフィンとの間は予圧力をかけて巻き付けられているため、溶接箇所がなく、溶接によって生じる応力腐食を防いでいる。当社の洗練されたフィン巻き取り技術により、通常のフィンの高さが25mmから30mmに向上し、それによってフィンの面積が最大限に拡大されます。巻き取られた螺旋状のフィン間隔は、熱交換面積や物質の密度に応じて調整可能で、一般的には6mm以上とするべきです。 4. U字管と管板を強度拡管＋シール溶接、または強度溶接する方法。U字管の間に支持トレイを設置し、引き棒と定距離管を用いてトレイおよび各フィン付きU字管を固定する。これにより、フィン付きU字管、管板、トレイ、定距離管、引き棒が一体となって管束を形成する。各トレイの底板に溝を切り、その溝に平鋼をはめ込んでトレイからはみ出させることでスライドバーを作り、スライドバー付きの管束とする。 5. チューブバンドと管板の設計に基づき、シャッター付きのチューブボックスを製作し、その上部にはシール面が設けられている。これにより、ボルトの予圧力のもとでガスケットを用いて管板との間を密閉することができる。フィン付き管の幅に基づいて、箱体の幅を決定する。 6.箱体の外側に半円管ジャケットを溶接し、箱体の強度を向上させた。箱体の左右両側にはそれぞれ管束の挿入口が設けられており、箱体内部に管束を挿入した後、スライド棒の位置にスライドレールを設置することで、管束全体がスライドレール上をスムーズに滑動できるようにしている。 7. 管束挿入口の外部において、管束管板および管箱フランジに基づき対応するフランジを設置し、ケースフランジ、管束管板、管箱フランジの間にガスケットを使用して、フランジボルトの予圧により良好なシールが得られるようにする。 8. ボックスにガス原料の入口および不凝縮ガスの出口、点検口を設置し、フィン付きU字管群をボックス内に挿入して、管箱と管群、そしてボックスをボルトで接続する。新しいタイプの熱融着捕集凝縮器を構成する。チューブボックスをケースに直接溶接することもでき、これにより漏れがないようになります。 四.成功事例： 1.シエニコ化学工業（泰興）有限公司 2.岳陽プラマ化学工業有限公司 会社名：江蘇江南薬化装備有限公司 住所：江蘇省無錫市宜興市周鉄鎮竺西工業園中興路9番 圧力者：薛峰 電話：0510-80752301 ファックス：0510-80752303 携帯電話：13706175001