Завод по производству конденсаторов с термофусионным эффектом

Проектирование, изготовление и применение нового типа термоконденсатора с улавливанием тепла

Проектирование, производство и применение нового типа конденсаторов с термофиксированным поглощением. Новый тип конденсаторов с термофиксированным поглощением представляет собой устройство для теплообмена с фазовыми изменениями; оно имеет существенные отличия от обычных устройств для теплообмена. Данное устройство имеет рациональную конструкцию: внутри расположены трубки с многочисленными радиаторными лопастями, что обеспечивает эффективную передачу тепла и большую площадь для теплообмена. По сравнению с существующими технологиями, он обладает преимуществами в виде малых габаритов, способности избегать значительных напряжений, вызванных разницей температур, большого количества циклов работы, а также защиты от серьезной коррозии материала оборудования в зонах сварки. Данное изделие удовлетворяет различным требованиям к функциям термоплавкого конденсатора в производстве ангидрида фталевой кислоты и п-хлорбензонитрила. В работе также описаны мехизмы тепло- и массопереноса в процессе конденсации ангидрида фталевой кислоты, структурные особенности и оптимизированные параметры термоплавкого конденсатора, а также приводятся примеры применения результатов его разработки. Ключевые слова: бесшовные стальные трубы, трубы, полученные путем намотки без сварных швов, свойства кристаллизации, высота лопастей 30 мм для повышения производительности и снижения энергопотребления, эффективный конденсатор с термическим сбором, новый тип конденсатора с термическим сбором – это устройство для сбора веществ путем кристаллизации. Также известно как: переключаемый конденсатор ； Коробка для конденсации при термофусии ； Часть конденсаторов ； Конденсатор. Техническая область: Данный продукт относится к устройствам для эффективного сбора газообразных веществ, в частности газов, образующихся в процессе реакции фталевого ангидрида, а также газов, образующихся в процессе реакции хлорбензонитрила. Предшествующий уровень техники: Во многих видах химического производства необходимо использовать устройства для сбора материалов, способные одновременно осуществлять процессы конденсации и нагрева. Однако при работе в режимах конденсации и нагрева разница температур достигает значительных значений — более 350°C. Это приводит к большим напряжениям в устройстве. Кроме того, из-за частой смены режимов работы устройство подвергается значительным нагрузкам. Особенно это актуально в условиях сильной коррозии, возникающей в процессе химического производства. Помимо этого, для охлаждения газов, подвергающихся сублимации, и для нагрева твердых веществ, образующихся в результате конденсации, требуется значительная площадь поверхности для теплообмена, а также высокий коэффициент теплопередачи. В настоящее время в процессах производства ангидрида фталевой кислоты и параклорбензонитрила для сбора продукта используются конденсаторы с тепловым охлаждением, причем эффективность сбора напрямую влияет на выход продукции. В существующих технических решениях для получения большой площади теплообмена обычно делают устройства очень большими по размерам, что приводит к большой площади занимаемого пространства и высоким инвестиционным затратам. Кроме того, в местах сварки материалов оборудования легко возникает серьезная коррозия и утечки материалов, что приводит к остановке производства и значительным финансовым потерям. Разработка данного продукта эффективно устраняет недостатки, упомянутые выше. I. Принцип работы: 1. Высокотемпературная смесь газа, содержащая продукт и примеси, поступает в конденсатор-уловитель с верхней части. 2. Охлаждающая среда в трубках с ребрами обеспечивает осаждение на их поверхности необходимого твердого продукта, а ненужные примеси газов удаляются снизу конденсатора. 3. Когда на ребрах уже накопится достаточное количество твердого продукта, средство охлаждения в трубках с ребрами заменяется теплоносителем для нагрева; это позволяет расплавить твердый продукт, который затем собирается в области дна конденсатора-зажимника. Нижняя часть корпуса этого изделия имеет наклонный выход для выгрузки, что способствует более легкой выгрузке продукта и предотвращает засорение в нижней части корпуса. 4. После слива жидкого продукта в трубах конденсатора с ребрами охлаждения средство, обеспечивающее нагрев, заменяется на средство, обеспечивающее охлаждение, и начинается новый цикл сбора продукта. Работающая среда: циркулирующая вода, холодное масло, горячая вода. Теплоноситель: горячая вода, горячее масло, пар. II. Применение: 1. Органические ангидриды (получаемые методом каталитического окисления) ⑴ Фталевый ангидрид (ангидрид ортофталевой кислоты): C8H4O3 ； Молекулярная масса 148,12 ； CAS85-44-9 ； Температура плавления 129°C–132°C℃ ； Температура кипения 284℃ ； Температура вспышки 152°C. ⑵ Ангидрид малеиновой кислоты (ангидрид цис-бутендиоловой кислоты): C4H2O3 ； Молекулярная масса 98,06 ； CAS108-31-6 ； Плотность 1,48 ； Температура плавления 52°C–55℃ ； Температура кипения 200℃ ； Температура вспышки 102°C. 2. Органические бензонитрилы (производимые методом оксидации аммиака) ⑴ М-хлорбензонитрил (3-хлорбензонитрил): C7H4ClN ； Молекулярная масса 137,57 ； CAS766-84-7 ； Плотность 1,14 ； Температура плавления 38°C–42℃ ； Температура кипения 94℃ ； Температура вспышки 97°C. 3. П-хлорбензонитрил (п-хлорбензонитрил, 4-хлорбензонитрил): C7H4ClN ； Молекулярная масса 137,57 ； CAS623-03-0 ； Температура плавления 91°C–94,2℃ ； Температура кипения 223℃ ； Температура вспышки — 108°C. III. Проектирование. Прототипом конструкции нового конденсатора для захвата газов является термический конденсатор, используемый компанией ICI на крупных производственных линиях по выпуску фталоилциклогексаноата. После дальнейших исследований, проведенных компанией автора, этот прототип нашел широкое применение в процессах обработки газов, образующихся в реакторах с плавающим слоем, таких как реакторы для производства органических ангидридов и органических бензонитрилов. Газы, образующиеся в результате реакции, после прохождения через конденсатор охлаждаются, в результате чего образуются твердые кристаллы на его поверхности. По окончании процесса кристаллизации происходит нагрев, в результате чего твердый продукт превращается в жидкий. Благодаря многолетнему опыту автора в области проектирования конденсаторов для улавливания веществ, было установлено, что эффективность улавливания в таких конденсаторах в первую очередь зависит от следующих факторов: 1. Средний объем осаждения реакционных газов и его влияние на процесс конденсации. Поскольку температура замерзания самого продукта, который необходимо улавливать, различается, а также различается количество тепла, выделяющегося при осаждении, с помощью экспериментов можно определить средний объем осаждения реакционных газов для различных продуктов. С помощью данного параметра в процессе проектирования, исходя из производительности непрерывного реактора с псевдоожиженным слоем и планируемой производительности при переключении режимов работы, рассчитывается необходимое количество тепла для передачи; определяются время конденсации и период переключения. С учетом соответствующего коэффициента запаса прочности в итоге рассчитываются объем оборудования и общая площадь поверхности теплообмена. 2. Влияние скорости потока реакционного газа на процесс конденсации. После входа реакционного газа в конденсатор начинается процесс его конденсации и осаждения. Если скорость потока газа слишком велика, газ может не успеть полностью конденсироваться и выйти через выходное отверстие. Если же скорость потока слишком мала, реакционный газ, попавший в конденсатор, быстро превращается в аэрозоль; при движении он оседает на более холодных поверхностях. При достижении определенной массы осадка это приводит к заблокировке каналов для прохождения газа, что вызывает короткое замыкание в устройстве. После исследований компания-автор разработала метод измерения оптимальной скорости потока, основанный на экспериментах с различными материалами; благодаря практическому применению в последние годы этот метод показал хорошие результаты. 3. Влияние разницы температур △t на процесс осаждения конденсата. Разница температур △t между охлаждающей средой и газом-продуктом может существенно влиять на эффективность процесса конденсации. Существует взаимосвязь между температурой охлаждения, скоростью потока газа и составом продуктового газа. Результаты множества экспериментов с различными газами показывают, что когда разница температур △t снижается ниже максимально допустимого значения для образования аэрозолей, процесс образования игольчатых кристаллов посредством конденсации постепенно прекращается. В этот момент плотность накопления твердых частиц газа постепенно увеличивается. Когда температура охлаждающей среды повышается до уровня, близкого к температуре реакционной смеси, образуется плотный слой кристаллов, возникших в результате осадки. 4. Влияние конструкции оборудования на процесс конденсации. После определения таких параметров, как скорость потока газа и разница температур, а также после расчета общего объема и площади теплообмена, необходимо правильно спроектировать каналы для протекания газа и пространство для процесса конденсации. Для этого используются такие методы, как регулировка параметров ребристых труб, расстояния между трубами, количества рядов труб, а также использование параллельных трубных сеток, чтобы обеспечить эффективное функционирование оборудования. IV. Производство: Некоторые моменты, которые необходимо учитывать: 1. Необходимо обеспечить максимальную эффективность захвата продуктов разложения или минимальную концентрацию выхлопных газов. 2. Увеличение срока службы оборудования. 3. Стоимость инвестиций в оборудование и эксплуатационные расходы должны быть низкими. Поэтому в проектировании конструкции должны быть выбраны оптимальные параметры, включая оптимальные параметры труб с ребрами, оптимальное расстояние между трубами, расстояние между рядами труб, а также оптимальное количество рядов труб. Техническое решение и технологические требования к проектированию и изготовлению нового типа конденсатора-уловителя следующие: 1. Снаружи корпуса расположен полукруглый трубчатый кожух, который в рабочем состоянии обеспечивает непрерывную циркуляцию охлаждающей воды; это приводит к образованию на внутренней стенке корпуса слоя кристаллизовавшегося вещества, выполняющего функцию защитного слоя, предотвращающего коррозию сварных швов. Одновременно снижение температуры внутри корпуса замедляет скорость коррозии. 2. Внутри корпуса расположены несколько групп трубчатых структур, выполненных в форме U-образных труб, что позволяет избежать напряжений, возникающих из-за разницы температур в условиях конденсации и нагрева. С помощью технологии изгиба диаметр буквы «U» в теплообменных трубках уменьшается, что позволяет сократить расстояние между ребрами жалюзи на верхней и нижней частях трубки. Благодаря этому при одинаковом объеме удается получить большую площадь теплообмена. Внутри корпуса каждая группа трубопроводов имеет специально разработанную систему скользящей поддержки, которая позволяет трубопроводам свободно растягиваться и сжиматься в процессе частых смен температур. Кроме того, трубопроводы можно отдельно извлекать для технического обслуживания или замены. 3. Трубы в трубном пучке изготовлены путем гибки цельных заказных бесшовных стальных труб; трубы и навитые на них ребра охлаждения соединены с предварительным натяжением, сварных швов нет, что исключает коррозию под напряжением, вызванную сварочными напряжениями. Благодаря совершенной технологии намотки ребер, разработанной нашим заводом, высота обычных ребер увеличивается с 25 мм до 30 мм, что позволяет максимально увеличить площадь ребер. Расстояние между спиральными ребрами можно регулировать в зависимости от площади теплообмена и плотности материала; обычно оно должно быть больше 6 мм. 4. Соединение U-образной трубы с пластиной методом прочного растяжного соединения + герметизирующей сварки или прочной сварки. Между U-образными трубами устанавливаются опорные плиты, которые фиксируются с помощью тяговых стержней и элементов для регулировки расстояния. Таким образом, U-образные трубы, трубные пластины, опорные плиты, элементы для регулировки расстояния и тяговые стержни образуют своего рода пакет труб. На нижней поверхности каждой опорной плиты делаются канавки; в эти канавки помещаются плоские стальные элементы, которые выступают за пределы опорной плиты. Это создает своего рода направляющие, что позволяет формировать пакет труб с направляющими. 5. Согласно проекту трубчатой пластины теплообменника, изготавливается корпус с перегородками; на корпусе имеются уплотнительные поверхности, обеспечивающие герметичность между ним и трубчатой пластиной под действием предварительного затягивания болтов с использованием прокладок. Ширину корпуса определяют исходя из ширины ребристой трубы. 6. Снаружи корпуса сваривается полукруглая трубчатая оболочка, что повышает прочность корпуса. С левой и правой сторон корпуса предусмотрены отверстия для вставки трубопроводных комплексов. Внутри корпуса, после установки трубопроводных комплексов, на их местоположении размещаются направляющие, что обеспечивает возможность свободного скольжения всего трубопроводного комплекса по этим направляющим. 7. За входом в трубчатый пакет устанавливаются соответствующие фланцы в соответствии с фланцами трубчатого пакета и корпуса. Это обеспечивает наличие прокладок между фланцами корпуса, фланцами трубчатого пакета и фланцами корпуса, что позволяет достичь надежной герметизации под действием затяжки болтов фланцев. 8. На корпусе устанавливаются вход для газового материала и выход для негазифицируемых газов, а также отверстия для проверки. В корпус вставляется решетка из U-образных труб; затем корпус, решетку и трубы соединяются между собой с помощью болтов. Составляет новый тип термофусионного уловителя-конденсатора. Также можно напрямую сварить трубную коробку к корпусу, что обеспечит отсутствие утечек. IV. Примеры успешного сотрудничества: 1. Компания Сяньнико Химикалс (Тайсин) Лтд. 2. Компания Юэян Прама Химикалс Лтд. Название компании: Цзянсу Цзяньнань Фармахимическое оборудование Лтд. Адрес: улица Чжунсин, 9, промышленный парк Чжусяй, городок Чжоуте, город Уси, провинция Цзянсу. Контактное лицо: Сюэ Фэн. Телефон: 0510-80752301. Факс: 0510-80752303. Мобильный телефон: 13706175001