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螺旋板换热器在甲酯生产中的应用

来源:暂无 浏览量:载入中...发布时间:2022.05.07


螺旋板换热器是一种新型高效的换热设备,主 要由螺旋板、接管、密封板组成,结构简单,体积 小,换热面积大,流量在Re>500时可达湍流状态, 因此比管壳式换热器传热效率高1倍以上。

螺旋板换热器的主要特点: 

①传热效能好。弯曲的螺旋通道和定距柱,有利于增 强流体的湍流状态,通道内流体阻力小,可提高设 计流速,来提高传热系数。对于水-水热交换,传热 系数可达1.8~3.5 kW/(m-2 ·℃) -1 。

② 有自清洗作用。单通道内的流体通过通道内 杂质沉积处时,流速会相对提高,容易把杂质冲掉。 并且由于设备本身没有死角,不容易形成沉积 

③ 不可拆式结构的密封性能好,适用于剧毒、 易燃易爆或贵重流体的换热。

④ 相邻通道内的流体呈纯逆流方式流动,可得 到蕞大的对数平均温差,有利于小温差传热

⑤ 结构较紧凑,单位设备体积内的传热面积可 达150 m2 /m。

⑥ 由于螺旋通道本身的弹性自由膨胀,温差应 力小。

⑦ 价格低廉。

一、 研究方案设计 

根据酯化反应的机理,结合实际生产经验,经充分论证,我们提出了采用外循环降温、增加换热 面积的技改方案: (1) 增设螺旋板换热器,进行同步外循环降温; (2) 提高盐水流量。

二、方案优化实验

影响换热效果的主要因素是:①换热面积及传 热效率;②冷冻盐水温度及流量。因此2006年8月, 我们经研究设计,确定了采用封闭式、每台换热面 积100 m2 的螺旋板换热器,并进行了以下三方面的 实验比对: 

(1) 冷冻盐水的温度(-21 ℃)及流量(28 kg/s) 不变,对使用换热器台数进行实验对比,得到了3 组试验数据。

通过以上3组数据对比可知:使用两台换热器, 冷冻盐水温度在-20 ℃,流量28 kg/s,不用机冰, 零下反应时间控制在50 min以上达到蕞佳效果。 

(2)冷冻盐水的流量(28 kg/s)和螺旋板换热器 两台保持不变,对冷冻盐水的温度进行实验对比, 得到了3组试验数据。结果见表2。 通过以上三组数据对比可知:使用两台换热器, 冷冻盐水流量 28 kg/s,冷冻盐水温度不高于-19 ℃,不能满足零下反应时间控制在50 min以上的工艺要求。

(3)螺旋板换热器两台保持不变,对冷冻盐水不 同温度下的不同流量进行实验对比,得到了9组试验数据。

通过以上数据可以看出,用两台螺旋板换热器, 盐水温度在-17 ℃时,盐水流量在56 kg/s和84 kg/s 时均可满足零下反应时间控制在50 min以上的工艺 要求,但盐水流量在56 kg/s和84 kg/s时差别不大, 因此我们选择盐水流量 56 kg/s。

三、确定新生产工艺 

根据以上实验结果,我们确定如下新工艺: 

(1)冷冻盐水温度控制在-17 ℃,以蕞大限度 的提高制冷机的制冷效率,节约电能。 

(2)用两台换热面积为100 m2 的螺旋板换热器 进行同步外循环降温 

(3)冷冻盐水流量控制在200 t/h。 通过几年来的运行,甲酯产品的质量和收率有了进 一步稳定和提高。

四、生产应用及效果 

2006年11月,我们对全部酯化釜进行改造,并 将原冰池改为盐水循环池。经过一年多的生产运行 证明:用螺旋板换热器代替机冰对酯化釜降温,完 全符合工艺要求,作用非常明显。根据统计:减少 非工艺用时3 h/d,节约人工3人/班,节电约63 kW·h/t 甲酯,节水 2 t/t甲酯;同时产品质量和收率有了进 一步稳定和提高,由于不用机冰,相应地减少了废水量。

五、安全与环保

该方案应用后,酯化反应温度控制更有保障,勿需使用机冰,减少了可能发生安全事故的环节和 因素,并有利于节约水资源,减少废弃物产生,特 别是可大的减少废水量,降低了废水处理费用。该 项目在安全生产、节能减排、环保方面有明显的创新性。

六、结束语 我们开发的酯化反应外循环降温技术具有以下特点: 

(1)采用外循环降温技术和传统的釜内盘管、釜 体夹层相结合的降温模式,使换热面积大幅度增加, 降低了对冷冻盐水的技术要求,提高了制冷机的制 冷效率,节约了电能; 

(2)采用该技术避免使用大量机冰,缩短了劳动 时间,降低了劳动强度,避免了机冰在生产、运输、 破碎过程中的冷量损失; 

(3)节电节水,降低了生产成本; 

(4)提高了产品质量和收率,保障了安全生产。 该方案具有一定的创新性、使用性,经济效益 和社会效益明显,具有一定的推广价值。如果将该 技术用于甲酯生产过程中的原材料预降温,也会取得不错的效果。

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