Термосифонный блок
Предложен термосифонный блок, включающий испаритель и конденсатор даутерма, в котором в качестве испарителя используется контактный аппарат трубчатого типа, а в роли конденсатора кожухотрубчатый теплообменние с линзовым компенсатором и предохранительным клапаном.
Достигаемый технический результат - стабилизация температурного режима в контактном аппарате и аккумулирование тепла химической реакции ввиде водяного пара давлением 1,2 МПа.
Предлагаемое техническое устройство относится к термосифонам, осуществляющих циркуляцию высокотемпературного теплоносителя под действием различия его плотности в двух ветвях контура испаритель - конденсатор и может быть использовано для съема тепла экзотермических реакций, протекающих в контактных аппаратах трубчатого типа, например при каталитическом окислении метанола в формальдегид.
Известна промышленная установка получения формалина [Махлай В.Н., Афанасьев С.В. Химия и технология карбамидоформальдегидного концентрата. Изд. Самарского научн. центра РАН.2007., С.29], в состав которой входит контактный аппарат трубчатого типа и связанный с ним котел-утилизатор. Последний предназначен для съема тепла экзотермической реакции, протекающей в катализаторных трубках контактного аппарата, путем циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру: межтрубное пространство контактного аппарата - циркуляционный насос - котел-утилизатор. В качестве теплоносителя используется масло АМТ-300У с повышенным содержанием ароматических и многоядерных углеводородов.
К недостаткам данного устройства теплосъема, являющимся аналогом предлагаемой полезной модели, относятся повышенные затраты электроэнергии на работу циркуляционного насоса, а также трудность поддержания равномерной температуры теплоносителя в межтрубном пространстве контактного аппарата. Одновременно с этим, при температуре масла АМТ-300У более 210°С происходит его деструкция с образованием пожароопасных низкомолекулярных соединений и смолообразных продуктов, которые ухудшают теплосъем с поверхности реакционных трубок и приводят к преждевременному выводу из строя катализатора. По указанной причине разброс температуры по высоте контактного аппарата может превышать 50°С.
Известно, что для улучшения теплосъема в некоторых процессах могут быть использованы термосифонные устройства.
Принцип действия одного из них описан в книге [Справочник по теплообменникам. Том 2. М.: Энергоатомиздат. 1987. С.105] и предусматривает испарение воды в одном аппарате и возврат парового конденсата в зону испарения из другого аппарата (или его части) под влиянием гравитационных сил. Следует отметить, что известные конструкции термосифонов недостаточно эффективны для съема тепла экзотермических реакций, к которым относится окисление метанола в формальдегид в присутствии железомолибденового катализатора, протекающее при температурах около 250°С.
Технической задачей полезной модели является улучшение теплосъема и снижение разброса температур в контактном аппарате трубчатого типа путем включения в технологическую схему промышленной установки получения формалина термосифонного блока.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве теплоносителя предложено использовать смесь дифенила и дифенилоксида (техническое наименование даутерм), температура кипения которой при атмосферном давлении находится около 250°С, а основными конструкционными элементами предлагаемого термосифонного блока являются пространственно разделенные контактный аппарат трубчатого типа 7, выполняющий функции испарителя теплоносителя и конденсатор 2 в виде кожухотрубчатого теплообменника с линзовым компенсатором 3 и предохранительным клапаном 4 (Фиг).
Сущностью предлагаемой полезной модели является термосифонный блок, включающий испаритель и конденсатор даутерма, причем в качестве испарителя используется контактный аппарат трубчатого типа с железомолибденовым катализатором, а в роли конденсатора кожухотрубчатый теплообменник с линзовым компенсатором и предохранительным клапаном.
Пример
На фиг. показан общий вид термосифонного блока.
Он представляет два стальных термоизолированных аппарата, соединенных трубопроводами для циркуляции теплоносителя. В контактном аппарате размещены 10800 трубок с внутренним диаметром 21 мм и длиной 1400 мм, заполненные железомолибденовым катализатором.
Перед пуском формалиновой установки в эксплуатацию термосифонный блок продувается азотом и в межтрубное пространство контактного аппарата 7 с помощью циркулирующего насоса (на фиг. не показан) подается даутерм, разогретый до 220°С.
При подаче в трубный пучок подогретой метаноло-воздушной смеси (МВС) начинается экзотермическая реакция образования формальдегида, повышающая температуру теплоносителя на 30-40°С. С целью предотвращения взрыва внутри контактного аппарата, на нем установлена предохранительная разрывная мембрана 4.
При достижении температуры 267°С даутерм начинает кипеть, его плотность существенно снижается и пары теплоносителя с частицами жидкой фазы по трубопроводу направляются в конденсатор. Данный аппарат представляет теплообменник с линзовым компенсатором, в котором размещено 2300 трубок высотой 1400 мм и диаметром 38 мм.
Для охлаждения трубного пучка и сжижения даутерма в межтрубное пространство конденсатора подается демвода, трансформируемая на выходе из аппарата в пар давлением 1,2 МПа. Сконденсированный теплоноситель поступает в нижнюю часть контактного аппарата трубчатого типа 7 и благодаря его циркуляции в контуре термосифонного блока устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации. Тем самым достигается поддержание постоянной температуры по высоте контактного аппарата, то есть ее разброс не превышает 5°С. Одновременно с этим исключается перегрев и осмоление теплоносителя и ухудшение теплосъема с поверхности катализаторных трубок. Для циркуляции теплоносителя в термосифонном контуре не требуется использование насосного оборудования.
Таким образом, из описания полезной модели следует, что реализация предлагаемого технического решения позволит уменьшить разброс температуры по высоте контактного аппарата трубчатого типа при каталитическом окислении метанола в формальдегид и сохранить на высоком уровне теплосъем за счет предотвращения деструкции и осмоления теплоносителя.
Термосифонный блок, включающий испаритель и конденсатор даутерма, отличающийся тем, что в качестве испарителя используется контактный аппарат трубчатого типа с железомолибденовым катализатором, а в роли конденсатора кожухотрубчатый теплообменник с линзовым компенсатором и предохранительным клапаном.
