供熱采暖計量系統熱力網節能改造技術
2022-05-20
螺旋板換熱器在甲酯生產中的應用情況
- 分類：行業新聞
- 作者：
- 來源：
- 發布時間：2022-01-27 11:58
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【概要描述】 生成鄰氨基苯甲酸甲酯（簡稱甲酯）的化學反應包括酰胺化反應和酯化反應，其中酯化反應過程中會放出大量的熱，工藝要求次氯酸鈉加完后物料溫度控制在(-5±2)℃，并且保持在零度以下反應50min以上。由于溫度對產品質量和收率影響極大，因此設備換熱效率的高低成了影響產品質量和收率的關鍵因素，在同行業中，酯化反應一般采用釜體夾層和釜內盤管降溫，由于換熱面積有限，降溫效果不理想，因此實際生產中對冷凍鹽水的溫度要求非?？量?，必須保持在零下20℃以下，這極大地降低了制冷機的制冷效率，同時還必須使用大量的機冰輔助降溫，需要有機冰生產、運輸、破碎等一系列設施，這必不可少的增加了水資源、能源的消耗，生產效率低、勞動強度大[1-5]。 1·研究方案設計 根據酯化反應的機理，結合實際生產經驗，經充分論證，我們提出了采用外循環降溫、增加換熱面積的技改方案： (1)增設螺旋板換熱器，進行同步外循環降溫； (2)提高鹽水流量。 螺旋板換熱器是一種新型高效的換熱設備，主要由螺旋板、接管、密封板組成，結構簡單，體積小，換熱面積大，流量在Re>500時可達湍流狀態，因此比管殼式換熱器傳熱效率高1倍以上。螺旋板換熱器結構示意圖見圖1。 螺旋板換熱器的主要特點： ?、賯鳠嵝芎?。彎曲的螺旋通道和定距柱,有利于增強流體的湍流狀態，通道內流體阻力小，可提高設計流速，來提高傳熱系數。對于水-水熱交換,傳熱系數可達1.8～3.5 kW/(m-2·℃)-1。 ?、谟凶郧逑醋饔?。單通道內的流體通過通道內雜質沉積處時，流速會相對提高，容易把雜質沖掉。并且由于設備本身沒有死角，不容易形成沉積 ?、鄄豢刹鹗浇Y構的密封性能好，適用于劇毒、易燃易爆或貴重流體的換熱。 ?、芟噜復ǖ纼鹊牧黧w呈純逆流方式流動，可得到最大的對數平均溫差，有利于小溫差傳熱。 ?、萁Y構較緊湊，單位設備體積內的傳熱面積可達150 m2/m。 ?、抻捎诼菪ǖ辣旧淼膹椥宰杂膳蛎?，溫差應力小。 ?、邇r格低廉。 2·方案優化實驗 影響換熱效果的主要因素是:①換熱面積及傳熱效率；②冷凍鹽水溫度及流量。因此2006年8月，我們經研究設計，確定了采用封閉式、每臺換熱面積100 m2的螺旋板換熱器，并進行了以下三方面的實驗比對： (1)冷凍鹽水的溫度（-21℃）及流量(28 kg/s)不變，對使用換熱器臺數進行實驗對比，得到了3組試驗數據。結果見表1。 通過以上3組數據對比可知：使用兩臺換熱器，冷凍鹽水溫度在-20℃，流量28 kg/s，不用機冰，零下反應時間控制在50 min以上達到最佳效果。 (2)冷凍鹽水的流量（28 kg/s）和螺旋板換熱器兩臺保持不變，對冷凍鹽水的溫度進行實驗對比，得到了3組試驗數據。結果見表2。 通過以上三組數據對比可知：使用兩臺換熱器，冷凍鹽水流量28 kg/s，冷凍鹽水溫度不高于-19℃，不能滿足零下反應時間控制在50 min以上的工藝要求。 (3)螺旋板換熱器兩臺保持不變，對冷凍鹽水不同溫度下的不同流量進行實驗對比，得到了9組試驗數據。結果見表3。 通過以上數據可以看出，用兩臺螺旋板換熱器，鹽水溫度在-17℃時，鹽水流量在56 kg/s和84 kg/s時均可滿足零下反應時間控制在50 min以上的工藝要求，但鹽水流量在56 kg/s和84 kg/s時差別不大，因此我們選擇鹽水流量56 kg/s。 3·確定新生產工藝 根據以上實驗結果，我們確定如下新工藝： ?。?）冷凍鹽水溫度控制在-17℃，以最大限度的提高制冷機的制冷效率，節約電能。 ?。?）用兩臺換熱面積為100 m2的螺旋板換熱器進行同步外循環降溫 ?。?）冷凍鹽水流量控制在200 t/h。通過幾年來的運行，甲酯產品的質量和收率有了進一步穩定和提高。 4·生產應用及效果 2006年11月，我們對全部酯化釜進行改造，并將原冰池改為鹽水循環池。經過一年多的生產運行證明：用螺旋板換熱器代替機冰對酯化釜降溫，完全符合工藝要求，作用非常明顯。根據統計：減少非工藝用時3 h/d，節約人工3人/班，節電約63 kW·h/t甲酯，節水2 t/t甲酯；同時產品質量和收率有了進一步穩定和提高，由于不用機冰，相應地減少了廢水量。 5·安全與環保 該方案應用后，酯化反應溫度控制更有保障，勿需使用機冰，減少了可能發生安全事故的環節和因素，并有利于節約水資源，減少廢棄物產生，特別是可大大減少廢水量，降低了廢水處理費用。該項目在安全生產、節能減排、環保方面有明顯的創新性。 6·結束語 我們開發的酯化反應外循環降溫技術具有以下特點： (1)采用外循環降溫技術和傳統的釜內盤管、釜體夾層相結合的降溫模式，使換熱面積大幅度增加，降低了對冷凍鹽水的技術要求，提高了制冷機的制冷效率，節約了電能; (2)采用該技術避免使用大量機冰，縮短了勞動時間，降低了勞動強度，避免了機冰在生產、運輸、破碎過程中的冷量損失； (3)節電節水，降低了生產成本； (4)提高了產品質量和收率，保障了安全生產。該方案具有一定的創新性、使用性，經濟效益和社會效益明顯，具有一定的推廣價值。如果將該技術用于甲酯生產過程中的原材料預降溫，也會取得不錯的效果。 參考文獻： ?。?］王曉紅.化工原理[M].北京：化學工業出版社，2009. ?。?］時鈞,等.化學工程手冊[M].北京：化學工業出版社，2002. ?。?］錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2006. ?。?］史美中.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社，2009. ?。?］王軍,陳良才,馮志力.并逆流間壁換熱器冷熱流體溫度分布方程式[J].石油工業設備，2008,37(3):9-12.
螺旋板換熱器在甲酯生產中的應用情況
【概要描述】 生成鄰氨基苯甲酸甲酯（簡稱甲酯）的化學反應包括酰胺化反應和酯化反應，其中酯化反應過程中會放出大量的熱，工藝要求次氯酸鈉加完后物料溫度控制在(-5±2)℃，并且保持在零度以下反應50min以上。由于溫度對產品質量和收率影響極大，因此設備換熱效率的高低成了影響產品質量和收率的關鍵因素，在同行業中，酯化反應一般采用釜體夾層和釜內盤管降溫，由于換熱面積有限，降溫效果不理想，因此實際生產中對冷凍鹽水的溫度要求非?？量?，必須保持在零下20℃以下，這極大地降低了制冷機的制冷效率，同時還必須使用大量的機冰輔助降溫，需要有機冰生產、運輸、破碎等一系列設施，這必不可少的增加了水資源、能源的消耗，生產效率低、勞動強度大[1-5]。
1·研究方案設計
根據酯化反應的機理，結合實際生產經驗，經充分論證，我們提出了采用外循環降溫、增加換熱面積的技改方案：
(1)增設螺旋板換熱器，進行同步外循環降溫；
(2)提高鹽水流量。
螺旋板換熱器是一種新型高效的換熱設備，主要由螺旋板、接管、密封板組成，結構簡單，體積小，換熱面積大，流量在Re>500時可達湍流狀態，因此比管殼式換熱器傳熱效率高1倍以上。螺旋板換熱器結構示意圖見圖1。
螺旋板換熱器的主要特點：
?、賯鳠嵝芎?。彎曲的螺旋通道和定距柱,有利于增強流體的湍流狀態，通道內流體阻力小，可提高設計流速，來提高傳熱系數。對于水-水熱交換,傳熱系數可達1.8～3.5 kW/(m-2·℃)-1。
?、谟凶郧逑醋饔?。單通道內的流體通過通道內雜質沉積處時，流速會相對提高，容易把雜質沖掉。并且由于設備本身沒有死角，不容易形成沉積
?、鄄豢刹鹗浇Y構的密封性能好，適用于劇毒、易燃易爆或貴重流體的換熱。
?、芟噜復ǖ纼鹊牧黧w呈純逆流方式流動，可得到最大的對數平均溫差，有利于小溫差傳熱。
?、萁Y構較緊湊，單位設備體積內的傳熱面積可達150 m2/m。
?、抻捎诼菪ǖ辣旧淼膹椥宰杂膳蛎?，溫差應力小。
?、邇r格低廉。
2·方案優化實驗
影響換熱效果的主要因素是:①換熱面積及傳熱效率；②冷凍鹽水溫度及流量。因此2006年8月，我們經研究設計，確定了采用封閉式、每臺換熱面積100 m2的螺旋板換熱器，并進行了以下三方面的實驗比對：
(1)冷凍鹽水的溫度（-21℃）及流量(28 kg/s)不變，對使用換熱器臺數進行實驗對比，得到了3組試驗數據。結果見表1。
通過以上3組數據對比可知：使用兩臺換熱器，冷凍鹽水溫度在-20℃，流量28 kg/s，不用機冰，零下反應時間控制在50 min以上達到最佳效果。
(2)冷凍鹽水的流量（28 kg/s）和螺旋板換熱器兩臺保持不變，對冷凍鹽水的溫度進行實驗對比，得到了3組試驗數據。結果見表2。
通過以上三組數據對比可知：使用兩臺換熱器，冷凍鹽水流量28 kg/s，冷凍鹽水溫度不高于-19℃，不能滿足零下反應時間控制在50 min以上的工藝要求。
(3)螺旋板換熱器兩臺保持不變，對冷凍鹽水不同溫度下的不同流量進行實驗對比，得到了9組試驗數據。結果見表3。
通過以上數據可以看出，用兩臺螺旋板換熱器，鹽水溫度在-17℃時，鹽水流量在56 kg/s和84 kg/s時均可滿足零下反應時間控制在50 min以上的工藝要求，但鹽水流量在56 kg/s和84 kg/s時差別不大，因此我們選擇鹽水流量56 kg/s。
3·確定新生產工藝
根據以上實驗結果，我們確定如下新工藝：
?。?）冷凍鹽水溫度控制在-17℃，以最大限度的提高制冷機的制冷效率，節約電能。
?。?）用兩臺換熱面積為100 m2的螺旋板換熱器進行同步外循環降溫
?。?）冷凍鹽水流量控制在200 t/h。通過幾年來的運行，甲酯產品的質量和收率有了進一步穩定和提高。
4·生產應用及效果
2006年11月，我們對全部酯化釜進行改造，并將原冰池改為鹽水循環池。經過一年多的生產運行證明：用螺旋板換熱器代替機冰對酯化釜降溫，完全符合工藝要求，作用非常明顯。根據統計：減少非工藝用時3 h/d，節約人工3人/班，節電約63 kW·h/t甲酯，節水2 t/t甲酯；同時產品質量和收率有了進一步穩定和提高，由于不用機冰，相應地減少了廢水量。
5·安全與環保
該方案應用后，酯化反應溫度控制更有保障，勿需使用機冰，減少了可能發生安全事故的環節和因素，并有利于節約水資源，減少廢棄物產生，特別是可大大減少廢水量，降低了廢水處理費用。該項目在安全生產、節能減排、環保方面有明顯的創新性。
6·結束語
我們開發的酯化反應外循環降溫技術具有以下特點：
(1)采用外循環降溫技術和傳統的釜內盤管、釜體夾層相結合的降溫模式，使換熱面積大幅度增加，降低了對冷凍鹽水的技術要求，提高了制冷機的制冷效率，節約了電能;
(2)采用該技術避免使用大量機冰，縮短了勞動時間，降低了勞動強度，避免了機冰在生產、運輸、破碎過程中的冷量損失；
(3)節電節水，降低了生產成本；
(4)提高了產品質量和收率，保障了安全生產。該方案具有一定的創新性、使用性，經濟效益和社會效益明顯，具有一定的推廣價值。如果將該技術用于甲酯生產過程中的原材料預降溫，也會取得不錯的效果。
參考文獻：
?。?］王曉紅.化工原理[M].北京：化學工業出版社，2009.
?。?］時鈞,等.化學工程手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.
?。?］錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2006.
?。?］史美中.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社，2009.
?。?］王軍,陳良才,馮志力.并逆流間壁換熱器冷熱流體溫度分布方程式[J].石油工業設備，2008,37(3):9-12.
- 分類：行業新聞
- 作者：
- 來源：
- 發布時間：2022-01-27 11:58
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生成鄰氨基苯甲酸甲酯（簡稱甲酯）的化學反應包括酰胺化反應和酯化反應，其中酯化反應過程中會放出大量的熱，工藝要求次氯酸鈉加完后物料溫度控制在(-5±2)℃，并且保持在零度以下反應50min以上。由于溫度對產品質量和收率影響極大，因此設備換熱效率的高低成了影響產品質量和收率的關鍵因素，在同行業中，酯化反應一般采用釜體夾層和釜內盤管降溫，由于換熱面積有限，降溫效果不理想，因此實際生產中對冷凍鹽水的溫度要求非?？量?，必須保持在零下20℃以下，這極大地降低了制冷機的制冷效率，同時還必須使用大量的機冰輔助降溫，需要有機冰生產、運輸、破碎等一系列設施，這必不可少的增加了水資源、能源的消耗，生產效率低、勞動強度大[1-5]。
1·研究方案設計
根據酯化反應的機理，結合實際生產經驗，經充分論證，我們提出了采用外循環降溫、增加換熱面積的技改方案：
(1)增設螺旋板換熱器，進行同步外循環降溫；
(2)提高鹽水流量。
螺旋板換熱器是一種新型高效的換熱設備，主要由螺旋板、接管、密封板組成，結構簡單，體積小，換熱面積大，流量在Re>500時可達湍流狀態，因此比管殼式換熱器傳熱效率高1倍以上。螺旋板換熱器結構示意圖見圖1。
螺旋板換熱器的主要特點：
?、賯鳠嵝芎?。彎曲的螺旋通道和定距柱,有利于增強流體的湍流狀態，通道內流體阻力小，可提高設計流速，來提高傳熱系數。對于水-水熱交換,傳熱系數可達1.8～3.5 kW/(m-2·℃)-1。
?、谟凶郧逑醋饔?。單通道內的流體通過通道內雜質沉積處時，流速會相對提高，容易把雜質沖掉。并且由于設備本身沒有死角，不容易形成沉積
?、鄄豢刹鹗浇Y構的密封性能好，適用于劇毒、易燃易爆或貴重流體的換熱。
?、芟噜復ǖ纼鹊牧黧w呈純逆流方式流動，可得到最大的對數平均溫差，有利于小溫差傳熱。
?、萁Y構較緊湊，單位設備體積內的傳熱面積可達150 m2/m。
?、抻捎诼菪ǖ辣旧淼膹椥宰杂膳蛎?，溫差應力小。
?、邇r格低廉。
2·方案優化實驗
影響換熱效果的主要因素是:①換熱面積及傳熱效率；②冷凍鹽水溫度及流量。因此2006年8月，我們經研究設計，確定了采用封閉式、每臺換熱面積100 m2的螺旋板換熱器，并進行了以下三方面的實驗比對：
(1)冷凍鹽水的溫度（-21℃）及流量(28 kg/s)不變，對使用換熱器臺數進行實驗對比，得到了3組試驗數據。結果見表1。
通過以上3組數據對比可知：使用兩臺換熱器，冷凍鹽水溫度在-20℃，流量28 kg/s，不用機冰，零下反應時間控制在50 min以上達到最佳效果。
(2)冷凍鹽水的流量（28 kg/s）和螺旋板換熱器兩臺保持不變，對冷凍鹽水的溫度進行實驗對比，得到了3組試驗數據。結果見表2。
通過以上三組數據對比可知：使用兩臺換熱器，冷凍鹽水流量28 kg/s，冷凍鹽水溫度不高于-19℃，不能滿足零下反應時間控制在50 min以上的工藝要求。
(3)螺旋板換熱器兩臺保持不變，對冷凍鹽水不同溫度下的不同流量進行實驗對比，得到了9組試驗數據。結果見表3。
通過以上數據可以看出，用兩臺螺旋板換熱器，鹽水溫度在-17℃時，鹽水流量在56 kg/s和84 kg/s時均可滿足零下反應時間控制在50 min以上的工藝要求，但鹽水流量在56 kg/s和84 kg/s時差別不大，因此我們選擇鹽水流量56 kg/s。
3·確定新生產工藝
根據以上實驗結果，我們確定如下新工藝：
?。?）冷凍鹽水溫度控制在-17℃，以最大限度的提高制冷機的制冷效率，節約電能。
?。?）用兩臺換熱面積為100 m2的螺旋板換熱器進行同步外循環降溫
?。?）冷凍鹽水流量控制在200 t/h。通過幾年來的運行，甲酯產品的質量和收率有了進一步穩定和提高。
4·生產應用及效果
2006年11月，我們對全部酯化釜進行改造，并將原冰池改為鹽水循環池。經過一年多的生產運行證明：用螺旋板換熱器代替機冰對酯化釜降溫，完全符合工藝要求，作用非常明顯。根據統計：減少非工藝用時3 h/d，節約人工3人/班，節電約63 kW·h/t甲酯，節水2 t/t甲酯；同時產品質量和收率有了進一步穩定和提高，由于不用機冰，相應地減少了廢水量。
5·安全與環保
該方案應用后，酯化反應溫度控制更有保障，勿需使用機冰，減少了可能發生安全事故的環節和因素，并有利于節約水資源，減少廢棄物產生，特別是可大大減少廢水量，降低了廢水處理費用。該項目在安全生產、節能減排、環保方面有明顯的創新性。
6·結束語
我們開發的酯化反應外循環降溫技術具有以下特點：
(1)采用外循環降溫技術和傳統的釜內盤管、釜體夾層相結合的降溫模式，使換熱面積大幅度增加，降低了對冷凍鹽水的技術要求，提高了制冷機的制冷效率，節約了電能;
(2)采用該技術避免使用大量機冰，縮短了勞動時間，降低了勞動強度，避免了機冰在生產、運輸、破碎過程中的冷量損失；
(3)節電節水，降低了生產成本；
(4)提高了產品質量和收率，保障了安全生產。該方案具有一定的創新性、使用性，經濟效益和社會效益明顯，具有一定的推廣價值。如果將該技術用于甲酯生產過程中的原材料預降溫，也會取得不錯的效果。
參考文獻：
?。?］王曉紅.化工原理[M].北京：化學工業出版社，2009.
?。?］時鈞,等.化學工程手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.
?。?］錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2006.
?。?］史美中.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社，2009.
?。?］王軍,陳良才,馮志力.并逆流間壁換熱器冷熱流體溫度分布方程式[J].石油工業設備，2008,37(3):9-12.
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