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新型熱熔捕集冷凝器的設計、制造及其應用

新型熱熔捕集冷凝器是具有相變的換熱設備，與一般換熱器很不相同的特點。本品采用合理的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設有高度翅片化的翅片管，滿足傳熱好，換熱面積大的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有體積小，能夠避免溫差應力大，循環(huán)次數(shù)多，避免物料對于設備材質(zhì)焊接處有嚴重腐蝕等優(yōu)點。本品滿足了鄰苯二甲酸酐，對氯苯腈的生產(chǎn)中對于熱熔冷凝器的多種功能的需要，也概述了苯酐凝華過程的傳熱傳質(zhì)機理及熱熔捕集冷凝器的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)化參數(shù)，并給出熱熔捕集冷凝器開發(fā)成果的應用情況。

 關(guān)鍵詞：無縫鋼管無焊點纏繞產(chǎn)品管 凝華特性 翅片高度30mm提高產(chǎn)能降低能耗  熱熔捕集冷凝器

 新型熱熔捕集冷凝器是以凝華方式來捕集物料的設備。又名：切換冷凝器；熱熔冷凝箱；部分冷凝器；冷凝器。

技術(shù)領(lǐng)域

    本品具體涉及一種的氣體物料的收集設備，特別是鄰苯二甲酸酐反應氣體，對氯苯腈反應氣體收集。

背景技術(shù)

   在很多類型的化工生產(chǎn)中，都需要使用一種可以同時冷凝和加熱的物料收集設備，但是因為在冷凝和加熱兩種工作狀態(tài)下，工作溫差特別大，通常達到350℃以上，造成設備溫差應力大，同時在冷凝和加熱兩種工作狀態(tài)下切換使用，設備循環(huán)次數(shù)多，特別在對于化工生產(chǎn)過程中強腐蝕場合，同時因為需要換熱冷量用來攔截升華氣體，換熱熱量用來收集凝華固體，未收集到的物料一般進行排放或后續(xù)處理，造成需要設備本身要較大換熱面積以及較高的總傳熱系數(shù)才能滿足要求。目前在鄰苯二甲酸酐，對氯苯腈的生產(chǎn)工藝中，都需要熱熔冷凝器來進行物料的收集，而收集的效果直接影響生產(chǎn)的收率。

   現(xiàn)有的技術(shù)方案中，為了達到較大的換熱面積，通常將設備體積制造的非常大，占地面積大，投資費用高。而且設備材質(zhì)焊接處容易存在嚴重的腐蝕，物料泄漏，導致生產(chǎn)停車，造成大量的經(jīng)濟損失。本品的開發(fā)很好的解決了以上問題的不足。

1. 工作原理：

 

1.含產(chǎn)品和雜質(zhì)的高溫混合氣體從上部進入捕集冷凝器。

2.翅片管內(nèi)冷卻介質(zhì)使翅片管上凝華出所需捕集的產(chǎn)品固體，不需要的雜質(zhì)氣體從捕集冷凝器下部排除。

3.當翅片上已經(jīng)收集滿固體產(chǎn)品后，將翅片管內(nèi)的冷卻介質(zhì)更換為熱媒介質(zhì)進行加溫，使固體產(chǎn)品熔融并收集在捕集冷凝器底部區(qū)域。本品箱體的底部下封頭為斜口出料，更利于出料的排出，避免了在箱體底部的堵塞。

4.排出液體產(chǎn)品后，將翅片冷凝器管中的熱媒介質(zhì)更換為冷媒介質(zhì)，重新開始新一輪產(chǎn)品的捕集。

冷媒介質(zhì)：循環(huán)水、冷油、熱水。

熱媒介質(zhì)：熱  水、熱油、蒸汽。

1. 用途：

1.有機酸酐（催化氧化法工藝生產(chǎn)）

⑴ 苯酐（鄰苯二甲酸酐、酞酐）：C8H4O3；分子量148.12；CAS85-44-9；熔點129℃-132℃；沸點284℃；閃點152℃.

⑵ 順酐（馬來酸酐、順丁烯二酸酐）：C4H2O3；分子量98.06；CAS108-31-6；密度1.48；熔點52℃-55℃；沸點200℃；閃點102℃.

1. 有機苯腈（氨氧化工藝生產(chǎn)）

⑴ 間氯苯腈（3一氯苯腈）：C7H4C1N；分子量137.57；CAS766-84-7；密度1.14；熔點38℃-42℃；沸點94℃；閃點97℃.

1. 對氯苯腈（對氯苯甲腈、4一氯苯腈）：C7H4CIN；分子量137.57；CAS623-03-0；熔點91℃-94.2℃；沸點223℃；閃點108℃.

三.設計

   新型捕集冷凝器的設計原型是在英國帝國化學公司（ICI）在大型苯酐生產(chǎn)線上使用的熔融冷凝器，后經(jīng)作者公司研究，廣泛應用于有機酸酐.有機苯腈等流化床反應器的反應氣處理工藝，反應生成的產(chǎn)品氣在進入捕集冷凝器后，冷卻凝華為固體結(jié)晶于冷卻表面上，在完成凝華周期后切換操作，加熱使固體產(chǎn)品熔為液體產(chǎn)品。

    經(jīng)作者多年對于捕集冷凝器的應用設計，發(fā)現(xiàn)捕集冷凝器的捕集效率主要受以下因素影響：

    1.反應氣平均凝華量對于捕集冷凝的影響

     由于需要冷凝的產(chǎn)品本身凝點的不同，同時凝華放出熱量的不同，通過實驗可以得出各種產(chǎn)品反應氣體的平均凝華量。通過該參數(shù)在設計中的應用，根據(jù)流化床連續(xù)反應器單位時間產(chǎn)量，擬定的切換操作產(chǎn)量，來計算需要轉(zhuǎn)換的熱量，確定冷凝時間和切換周期，并考慮相應的安全系數(shù)，終計算出設備的容積以及總換熱面積。

    2.反應氣體流速對于捕集冷凝的影響

      反應氣體在進入捕集冷凝器后，即開始了冷凝凝華的過程，如果選擇的氣體流速過快，容易產(chǎn)生氣體無法*冷凝就出氣體出口排出，如果選擇的氣體流速過慢，首*入冷凝器內(nèi)的反應氣會迅速形成氣溶膠狀物，在移動中碰到較冷卻的表面就會集聚，集聚到一定程度就堵塞氣體通道，形成設備內(nèi)短路。作者公司經(jīng)研究，形成了一套不同物料實驗得出流速測量方法，經(jīng)近年實際應用，效果良好。

    3.溫差對于捕集冷凝的影響

     冷卻介質(zhì)與產(chǎn)品氣主體之間溫差能明顯影響凝華效果。其中冷卻溫度.氣流速度.產(chǎn)品氣三者之間關(guān)聯(lián)，經(jīng)多種反應氣體實驗總結(jié)表明：當溫差減少到氣溶膠形成大溫差值以下時，凝華生產(chǎn)針裝結(jié)晶會逐漸消失。此時氣體凝華物的堆積密度會逐漸增大。當冷卻介質(zhì)溫度上升至接近反應氣溫度時，則會形成致密的凝華結(jié)晶層。

    4.設備結(jié)構(gòu)對于捕集冷凝的影響

    在形成氣體流速.設計溫差等參數(shù)，計算出總?cè)莘e和換熱面積后，需要合理設計氣體流通通道以及冷凝凝華空間，通過翅片管參數(shù)調(diào)整、管間距調(diào)整、排間距調(diào)整、管排數(shù)調(diào)整以及并聯(lián)管束設置，來達到合理應用。