Fábrica de condensadores por fusión térmica

Diseño, fabricación y aplicaciones del nuevo condensador de captura por fusión térmica

Diseño, fabricación y aplicaciones del nuevo condensador de captura por fusión térmica. El nuevo condensador de captura por fusión térmica es un dispositivo de intercambio de calor que presenta cambios de fase, lo cual lo diferencia significativamente de los condensadores convencionales. Este producto cuenta con una estructura adecuada, e incluye tubos con aletas altamente desarrolladas en su interior, lo que permite una buena transferencia de calor y una gran superficie de intercambio térmico. En comparación con las tecnologías existentes, presenta ventajas como un tamaño reducido, la capacidad de evitar grandes esfuerzos debidos a las diferencias de temperatura, un mayor número de ciclos, y la posibilidad de evitar una corrosión severa en los puntos de soldadura del material del equipo. Este producto satisface las diversas necesidades de los condensadores de fusión térmica en la producción de anhídrido de ftalato y p-cianobenceno. Además, describe los mecanismos de transferencia de calor y masa en el proceso de cristalización del anhídrido de benceno, así como las características estructurales y los parámetros de optimización de los condensadores de captura por fusión térmica. También se presentan los casos de aplicación de los resultados obtenidos en el desarrollo de dichos condensadores. Palabras clave: Tubo de acero sin soldaduras, producto en forma de tubo obtenido por enrollado sin puntos de soldadura; propiedades de condensación; altura de las aletas de 30 mm para aumentar la capacidad productiva y reducir el consumo energético; condensador de captura por fusión térmica eficiente. El nuevo tipo de condensador de captura por fusión térmica es un dispositivo que utiliza el proceso de condensación para capturar los materiales. También conocido como: cambiador de condensadores ； Caja de condensación por fusión térmica ； Parte de los condensadores ； Condensador. Área técnica: Este producto se refiere específicamente a un equipo eficaz para la recolección de gases, en particular los gases resultantes de la reacción del anhídrido de ftalato y los gases generados por la reacción del clorobenczonitrilo. Tecnología de fondo: En muchos tipos de procesos industriales químicos, es necesario utilizar equipos para la recolección de materiales que puedan tanto condensar como calentar. Sin embargo, debido a las grandes diferencias de temperatura que se producen durante los procesos de condensación y calentamiento —que suelen superar los 350 °C—, el equipo está sometido a grandes tensiones térmicas. Además, al alternar entre estos dos modos de funcionamiento, el equipo debe realizar numerosos ciclos de trabajo. Esto es especialmente problemático en aquellos procesos químicos donde existe una alta corrosión. Por otro lado, es necesario utilizar calor para intercambiar energía con los gases sublimados y también para recoger los sólidos que se forman por condensación. Los materiales que no se pueden recoger generalmente se descartan o se someten a un tratamiento posterior. Por todo esto, el equipo necesita tener una gran superficie de intercambio térmico y un alto coeficiente de transferencia de calor para poder cumplir con los requisitos. Actualmente, en los procesos de producción de anhídrido de ftalato y cianuro de p-clorobenceno, se necesitan condensadores por fusión térmica para la recolección de los materiales, y la eficacia de esta recolección afecta directamente al rendimiento de la producción. En las soluciones técnicas existentes, para lograr una mayor superficie de intercambio térmico, generalmente se fabrica el equipo con un tamaño muy grande, lo que implica un gran espacio ocupado y costos de inversión elevados. Además, en las uniones soldadas de los materiales del equipo puede producirse una corrosión grave, lo que provoca fugas de materiales y la parada de la producción, causando grandes pérdidas económicas. El desarrollo de este producto resuelve muy bien las deficiencias de los problemas mencionados anteriormente. I. Principio de funcionamiento: 1. El gas mezclado a alta temperatura, que contiene el producto y las impurezas, entra al condensador de captura desde la parte superior. 2. El medio de enfriamiento dentro de los tubos con aletas hace que se condense sobre ellos el sólido del producto a capturar; los gases impuros no deseados se eliminan desde la parte inferior del condensador de captura. 3. Cuando las aletas ya estén repletas de producto sólido, se sustituye el medio de refrigeración dentro de los tubos con aletas por un medio calefactor, con el fin de fundir el producto sólido y que este se acumule en la zona inferior del condensador de captura. El cierre inferior de la carcasa de este producto cuenta con una salida en ángulo, lo que facilita aún más la extracción del contenido y evita obstrucciones en la parte inferior de la carcasa. 4. Después de extraer el producto líquido, se reemplaza el medio termocondensador presente en los tubos del condensador por un medio refrigerante, para así poder comenzar nuevamente con la captura de otro lote de producto. Medio refrigerante: agua de circulación, aceite frío, agua caliente. Medio calorífico: agua caliente, aceite caliente, vapor. II. Usos: 1. Anhídridos de ácidos orgánicos (producidos mediante el proceso de oxidación catalítica) ⑴ Anhídrido de benceno (anhídrido de ftalato, anhídrido de ftaloílo): C8H4O3 ； Peso molecular 148.12 ； CAS85-44-9 ； Punto de fusión 129°C-132℃ ； Punto de ebullición 284℃ ； Punto de inflamación: 152 °C. ⑵ Anhídrido maleico (anhídrido de maleico, anhídrido de succínico): C4H2O3 ； Peso molecular 98.06 ； CAS108-31-6 ； Densidad 1.48 ； Punto de fusión 52°C-55℃ ； Punto de ebullición 200℃ ； Punto de inflamación: 102 °C. 2. Benzonitrilos orgánicos (producidos mediante proceso de oxidación con amoníaco) ⑴ Clorobenzonitrilo (3-clorobenzonitrilo): C7H4ClN ； Peso molecular 137.57 ； CAS766-84-7 ； Densidad 1.14 ； Punto de fusión 38°C-42℃ ； Punto de ebullición 94℃ ； Punto de inflamación: 97 °C. 3. Clorobenczonitrilo (benczonitrilo clorado, 4-clorobenczonitrilo): C7H4CIN ； Peso molecular 137.57 ； CAS623-03-0 ； Punto de fusión 91°C-94,2℃ ； Punto de ebullición 223℃ ； Punto de inflamación: 108°C. III. Diseño: El prototipo de diseño del nuevo condensador de captura está basado en el condensador por fusión que utilizaba la compañía Imperial Chemical Industries (ICI) en sus grandes plantas de producción de anhídrido de benceno. Posteriormente, tras investigaciones realizadas por la empresa del autor, este dispositivo se ha empleado ampliamente en los procesos de tratamiento de gases de reacción en reactores de lecho fluidizado, como los relacionados con anhídridos orgánicos y cianobencenos. Los gases resultantes de la reacción, al entrar en el condensador de captura, se enfrían y se solidifican en forma de cristales sobre la superficie de enfriamiento. Una vez completado el ciclo de solidificación, se procede a calentar los productos sólidos para convertirlos en productos líquidos. Tras años de trabajo del autor en el diseño de los condensadores de captura, se ha descubierto que la eficiencia de estos dispositivos para la captura está influenciada principalmente por los siguientes factores: 1. La cantidad promedio de sublimación del gas reactivo y su impacto en el proceso de condensación. Dado que los puntos de congelación de los productos que deben ser condensados varían, al igual que la cantidad de calor liberada durante la sublimación, a través de experimentos se puede determinar la cantidad promedio de sublimación del gas reactivo para cada producto. A través de la aplicación de este parámetro en el diseño, y basándose en la producción por unidad de tiempo del reactor de lecho fluidizado, se calcula la cantidad de calor que debe ser transferido, se determinan el tiempo de condensación y el ciclo de cambio, teniendo en cuenta los factores de seguridad correspondientes. Finalmente, se calcula el volumen del equipo así como su área total de intercambio térmico. 2. Efecto de la velocidad del flujo de gas reactivo en la captura por condensación. Una vez que el gas reactivo entra en el condensador, comienza el proceso de condensación. Si la velocidad del flujo de gas es demasiado alta, es probable que el gas no se condense completamente y salga por la salida. Por otro lado, si la velocidad del flujo de gas es demasiado baja, el gas reactivo que ingresa al condensador formará rápidamente una especie de aerosol. Al moverse, este aerosol se acumulará en las superficies más frías, hasta el punto de obstruir los canales por donde fluye el gas, lo que causará cortocircuitos dentro del equipo. Tras realizar estudios, la empresa del autor desarrolló un método de medición de la velocidad de flujo óptima, basado en pruebas con diferentes materiales. Su aplicación en la práctica durante los últimos años ha dado resultados muy buenos. 3. Efecto de la diferencia de temperatura △t en la captura por condensación. La diferencia de temperatura △t entre el medio de enfriamiento y el gas producto puede influir significativamente en el efecto de condensación. Entre ellos, existe una relación entre la temperatura de enfriamiento, la velocidad del flujo de aire y el gas del producto. Según los resultados de numerosos experimentos con gases reactivos, cuando la diferencia de temperatura Δt disminuye por debajo del valor máximo que permite la formación de aerosoles, la formación de cristales en forma de agujas por proceso de depósito se va reduciendo gradualmente. En este momento, la densidad apilada de los depósitos gaseosos aumentará gradualmente. Cuando la temperatura del medio de enfriamiento aumenta hasta acercarse a la temperatura del gas reactivo, se forma una capa densa de cristales de depósito. 4. Influencia de la estructura del equipo en la captura de la condensación. Una vez determinados parámetros como la velocidad del flujo de gas y la diferencia de temperatura necesaria para el diseño, así como el volumen total y la superficie de intercambio térmico, es necesario diseñar adecuadamente los canales por donde fluye el gas y el espacio destinado a la condensación. Esto se logra mediante el ajuste de los parámetros de las tuberías con aletas, la distancia entre ellas, la disposición de las filas de tuberías y la configuración de los grupos de tuberías en paralelo, con el fin de lograr un uso óptimo del equipo. IV. Fabricación: Algunos aspectos a considerar: 1. Es necesario garantizar la mayor tasa de captura del producto o la menor concentración de emisiones en los gases de escape. 2. Aumentar la vida útil del equipo. 3. Los costos de inversión en equipos y los gastos de operación deben ser bajos. Por lo tanto, en el diseño estructural deben utilizarse los mejores parámetros estructurales, incluidos los mejores parámetros de las tuberías con aletas, la distancia óptima entre tuberías, la distancia entre filas de tuberías y el número óptimo de filas de tuberías. Las soluciones técnicas y los requisitos de proceso para el diseño y fabricación del nuevo tipo de condensador de captura son los siguientes: 1. En la parte exterior del cuerpo del dispositivo hay un revestimiento en forma de semicírculo; este revestimiento permite que el agua de refrigeración circule continuamente, lo que a su vez permite que se forme una capa de cristales sobre las paredes internas del cuerpo del dispositivo. Esta capa sirve como protección contra la corrosión en las soldaduras. Al mismo tiempo, se reduce la temperatura del interior de la caja, lo que disminuye la velocidad de corrosión. 2. El interior de la caja está compuesto por varios grupos de tuberías en forma de U, lo que permite evitar las tensiones debidas a las diferencias de temperatura en los estados de condensación y calentamiento. Se utiliza un proceso de doblado para reducir el diámetro de la parte en forma de “U” de los tubos de intercambio de calor. De esta manera, la distancia entre las aletas de los tubos superiores e inferiores se reduce, lo que permite obtener una mayor superficie de intercambio de calor en el mismo volumen. Cada grupo de tuberías cuenta, dentro de la carcasa, con una estructura de soporte deslizante de diseño especial, que permite que las tuberías se estiren y contrajan con facilidad durante los frecuentes cambios de temperatura. Asimismo, las tuberías pueden extraerse por separado para su mantenimiento o reemplazo. 3. Las tuberías que forman el conjunto están fabricadas a partir de tubos de acero sin costuras, elaborados de forma personalizada. Las tuberías se unen a las aletas que las rodean mediante una fuerza de apriete previa; no hay puntos de soldadura, lo que evita la corrosión causada por las tensiones generadas por la soldadura. La avanzada tecnología de enrollado de aletas de esta fábrica permite aumentar la altura de las aletas, que normalmente es de 25 mm, a 30 mm. De este modo, se incrementa al máximo la superficie de las aletas. La distancia entre las aletas en forma de espiral puede ajustarse en función del área de intercambio térmico y de la densidad del material; por lo general, debe ser mayor a 6 mm. 4. Unión del tubo en forma de U con la placa de tuberías mediante soldadura de resistencia + sellado, o bien mediante soldadura de resistencia pura. Se colocan placas de soporte entre los tubos en forma de U. Estas placas se fijan con barras de sujeción y tubos de ajuste, así como cada uno de los tubos en forma de U que forman las aletas. De esta manera, los tubos en forma de U, las placas de soporte, los tubos de ajuste y las barras de sujeción forman un conjunto de tuberías. Se realizan ranuras en la parte inferior de cada placa de soporte; se coloca acero plano dentro de estas ranuras, de modo que sobresalga por encima de la placa de soporte. De este modo, se crea un conjunto de tuberías con guías deslizantes. 5. Según el diseño de la placa de tuberías del conjunto de tuberías, se fabrica una caja de tuberías con separadores; en dicha caja existen superficies de sellado que permiten que, bajo la fuerza de apriete de los pernos, se logre un buen sellado entre ella y la placa de tuberías, gracias a los arandelas utilizadas. Se determina la anchura de la caja en función de la anchura de los tubos con aletas. 6. Se soldó un manguito semicircular en el exterior de la caja, lo que aumentó su resistencia. En los lados izquierdo y derecho de la caja se han previsto orificios para insertar los tubos. Una vez que los tubos se colocan dentro de la caja, se instalan guías en las posiciones adecuadas, lo que permite que todo el conjunto de tubos se deslice sin problemas a lo largo de esas guías. 7. Fuera de la entrada del haz de tuberías, se deben colocar las bridas correspondientes, según la placa del haz de tuberías y las bridas de la caja de tuberías. De esta manera, se asegura que existan juntas entre las bridas de la caja, la placa del haz de tuberías y las bridas de la caja de tuberías, lo que permite lograr un buen sellado bajo la presión de los pernos de las bridas. 8. Se deben instalar en la caja de contención las entradas para los gases y materiales, así como las salidas para los gases no condensables y los orificios de inspección. Luego, se insertan los tubos en forma de U con aletas dentro de la caja de contención. Finalmente, se conectan la caja de tubos, los mismos tubos y la caja de contención entre sí mediante pernos. Forma un nuevo tipo de condensador de captura por fusión térmica. También se puede soldar directamente la caja de tuberías al cuerpo del tanque, lo que garantiza la ausencia de fugas. IV. Casos de éxito:
1. Xianiko Chemical (Taixing) Co., Ltd.
2. Yueyang Prama Chemical Co., Ltd.

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