乙酸乙酯反應(yīng)器結(jié)構(gòu)選型

1、乙酸乙酯反應(yīng)器結(jié)構(gòu)選型換熱裝置及載熱體選擇第六組：劉寶強(qiáng) 趙明輝 丁永霞 曹敏 周峰 楊慧杰 所謂換熱裝置，就是用來加熱或冷卻反應(yīng)物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)形式主要有：夾套式、蛇管式、列管式、外部循環(huán)式等。夾套式傳熱夾套一般由鋼板焊接而成，套在反應(yīng)器筒體外邊形成密封空間的容器，簡單方便。 夾套內(nèi)通蒸汽時(shí)，蒸汽壓力一般0.6Mpa 當(dāng)反應(yīng)器直徑大或加熱蒸汽壓力較高時(shí)，夾套需采用加強(qiáng)措施。一種支撐短管加強(qiáng)的“蜂窩夾套”，可用1Mpa的飽和水蒸氣加熱至180沖壓式蜂窩夾套，可耐更高的壓力。角鋼焊在釜的外壁上的結(jié)構(gòu)，耐壓可達(dá)到56Mpa夾套與反應(yīng)釜內(nèi)壁的間距視反應(yīng)釜直徑大小采用不同

2、數(shù)值，一般取25100mm。夾套高度傳熱面積工藝要求注意夾套高度一般應(yīng)高于液位高度，比釜內(nèi)液面高出50100mm，從而保證充分傳熱。螺旋導(dǎo)流板螺旋導(dǎo)流板有時(shí)，對(duì)于較大型的攪拌釜，為提高傳熱效果，在夾套空間裝設(shè)螺旋導(dǎo)流板，以縮小夾套中流體流通面積，提高流速并避免短路。螺旋導(dǎo)流板一般焊在釜壁上，與夾套有小于3mm的間隙。加螺旋導(dǎo)流板后，夾套側(cè)的傳熱膜系數(shù)一般可由500W/(m2K）增大到15002000W/(m2K）蛇管式當(dāng)工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能滿足要求時(shí)，或是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠瓷磚等非金屬材料，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等傳熱。工業(yè)上常用的兩種蛇管排列緊密的水平式蛇管能同時(shí)

3、起到導(dǎo)排列緊密的水平式蛇管能同時(shí)起到導(dǎo)流筒的作用。流筒的作用。排列緊密的的直立式蛇管同時(shí)可以起排列緊密的的直立式蛇管同時(shí)可以起到擋板的作用。到擋板的作用。它們對(duì)于改善流體的流動(dòng)狀況和攪拌的效果起著積極的作用。n蛇管浸沒在物料中，熱量損失少，由于蛇管內(nèi)傳熱介質(zhì)流速高，它的傳熱系數(shù)比夾套大得多。n但對(duì)于含有固體顆粒的物料及粘稠的物料，容易引起物料堆積和掛料，影響傳熱效果。另外，工業(yè)上常用的幾種插入式傳熱構(gòu)件有垂直管、指形管、和D形管。這些插入式結(jié)構(gòu)適用于反應(yīng)物料容易在傳熱壁上結(jié)垢的場合，檢修、除垢都是比較方便的。u 列管式 對(duì)于大型反應(yīng)釜需高速傳熱時(shí)，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器。主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所

4、具有的傳熱面積大，傳熱效果好，此外機(jī)構(gòu)簡單，操作彈性大。u 外部循環(huán)式 當(dāng)反應(yīng)器的夾套和蛇管傳熱面積仍不能滿足工藝要求或是由于特殊工藝要求無法在反應(yīng)器內(nèi)安裝蛇管而夾套的傳熱面積又不能滿足工藝要求，那么就可通過泵將反應(yīng)器內(nèi)料液抽出，經(jīng)外部換熱器換熱后再循環(huán)回反應(yīng)器內(nèi)。u 回流冷凝式 當(dāng)反應(yīng)在沸騰溫度下進(jìn)行且反應(yīng)熱效應(yīng)很大時(shí)，可以將反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過外部的冷凝器加以冷凝，冷凝液返回反應(yīng)器中。采用這種方法進(jìn)行傳熱，由于蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式散熱，可以得到很高的傳熱系數(shù)。高壓飽和水蒸氣 來源于高壓蒸汽鍋爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽透平。蒸汽壓力可達(dá)數(shù)兆帕。缺點(diǎn)是需要高壓管道輸送蒸汽，

5、建設(shè)投資費(fèi)用大，很不經(jīng)濟(jì)。高壓汽水混合物 當(dāng)車間內(nèi)個(gè)別設(shè)備需高溫加熱時(shí)，設(shè)置一套專用的高壓汽水混合物作為高溫?zé)嵩词潜容^經(jīng)濟(jì)可行的方法。（其原理見書本P58第8行，此處不一一贅述）這種裝置適用于200250的加熱要求。加熱爐燃料可用氣體燃料或液體燃料，爐溫達(dá)800900，爐內(nèi)加熱蛇管用耐溫耐壓合金鋼管。 有機(jī)載熱體 利用某些有機(jī)物常壓沸點(diǎn)高、熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)使用高溫?zé)嵩础Ｈ缏?lián)苯導(dǎo)生油，YD、SD導(dǎo)熱油等都是良好的高溫載熱體。a) 加熱溫度250，可采用液體聯(lián)苯混合物加熱，3種加熱方案 I. 液體聯(lián)苯混合物自然循環(huán)加熱法。加熱設(shè)備與加熱爐間保持一定的高位差使液體具有良好的自然循環(huán)。II.

6、液體聯(lián)苯混合物強(qiáng)制循環(huán)加熱法。采用屏蔽泵或液下泵使液體強(qiáng)制循環(huán)。III.夾套內(nèi)盛聯(lián)苯混合物，將管狀電加熱插入液體的加熱法。應(yīng)用于傳熱速率要求不太高的場合。b) 加熱溫度250，可采用聯(lián)苯混合物的蒸汽加熱。根據(jù)冷凝回流方法不同，可分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)。1. 自然循環(huán)：不需要循環(huán)泵，但要保證加熱器和加熱爐間有一定的位差，保證冷凝液的自然循環(huán)。位差高低決定循環(huán)系統(tǒng)阻力的大小，一般可取35m。若廠房高度不夠，也可適當(dāng)放大循環(huán)液管徑以減少阻力。2. 當(dāng)條件限制不能自然循環(huán)或加熱設(shè)備較多操作中容易產(chǎn)生互相干擾等情況下可采用強(qiáng)制循環(huán)。另一種較為簡易的聯(lián)苯混合物蒸汽加熱裝置，是將蒸汽發(fā)生器直接附設(shè)在加熱設(shè)備

7、上。用電熱棒加熱液體聯(lián)苯混合物，使其沸騰產(chǎn)生蒸汽。當(dāng)加熱溫度小于280、蒸汽壓力低于0.07Mpa時(shí)采用此法較為簡便。 熔鹽 反應(yīng)溫度在300以上可用熔鹽做載熱體。其組成為KNO3 53%，NaNO3 7%，NaNO2 40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，熔點(diǎn)142） 電加熱法 這是一種操作方便、熱效率高、便于實(shí)現(xiàn)自控和遙控的一種高溫加熱方法。常用電加熱方法可分為以下3種類型。A. 電阻加熱法 電阻透過電阻產(chǎn)生熱量實(shí)現(xiàn)加熱?？刹捎靡韵聨追N結(jié)構(gòu)形式。 輻射加熱 電阻夾布加熱 插入式加熱法（電阻加熱可采用可控跪電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)解結(jié)加熱溫度，實(shí)現(xiàn)較為平穩(wěn)的溫度控制。）A. 感應(yīng)電流加熱 利用交流電路所引起的磁通量變

8、化在被加熱體中感應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗變?yōu)闊崮?。化工生產(chǎn)中應(yīng)用較方便的是普通的工業(yè)交流電產(chǎn)生的感應(yīng)電流加熱，稱工頻感應(yīng)電流加熱法。適用于壁厚58mm以上，圓筒形設(shè)備加熱（高徑比最好在24以上），加熱溫度在500以下。優(yōu)點(diǎn)是施工簡便，無明火，在易燃易爆環(huán)境中使用比其他加熱方式安全，升溫快，溫度分布均勻。B. 短路電流加熱 將低電壓如36V的交流電直接通到被加熱的設(shè)備上，利用短路電流產(chǎn)生的熱量進(jìn)行高溫加熱。這種加熱法適用于加熱細(xì)長的反應(yīng)器。 煙道氣加熱法 用煤氣、天然氣、石油加工廢氣或燃料油等燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庾鳛闊嵩醇訜嵩O(shè)備，可用于300以上的高溫加熱。缺點(diǎn)是熱效率低，傳熱系數(shù)小，溫度不宜控制。I

9、. I.冷卻用水冷卻用水 河水、井水、水廠給水等，水溫一般隨地區(qū)和季節(jié)變化。深井水的水溫較低而穩(wěn)定，一般在1520。水的冷卻效果好，也最常用。隨著硬度不同，對(duì)換熱后的水出口溫度有一定限制，一般不宜超過60，在不宜清洗的場合不宜超過50，以免水垢迅速生成。II.II.空空氣氣 在缺乏水資源的地方可采用該法。主要缺點(diǎn)是傳熱系數(shù)低，需要的傳熱面積大。III.III.低溫冷卻低溫冷卻劑劑 有些化工生產(chǎn)過程需要在較低的溫度下進(jìn)行，這種低溫采用一般冷卻方法難以達(dá)到，必須采用特殊的制冷裝置進(jìn)行人工制冷。制冷裝置中大鎖采用直接冷卻方式，即利用制冷劑的蒸發(fā)直接冷卻冷間內(nèi)的空氣，或直接冷卻被冷卻物體。制冷劑一般有

10、液氨、液氮等。由于需要額外的機(jī)械能量，故成本較高。有些情況則會(huì)采用間接冷卻方式，被冷卻對(duì)象的熱量通過中間介質(zhì)傳送給在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的制冷劑。這里中間介質(zhì)起著傳送和分配冷量的媒介作用，稱為載冷劑。常用載冷劑有以下三類。a)水 比熱大，傳熱性能良好，價(jià)廉易得。但冰點(diǎn)高，僅能用作制取0以上冷量的載冷劑。b)鹽水 氯化鈉及氯化鈣等鹽的水溶液，通常稱為冷凍鹽水。鹽水起始凝固溫度隨濃度而變（見P60表格）。氯化鈣鹽水的共晶溫度比氯化鈉鹽水低，可用于較低溫度，故應(yīng)用較廣。而氯化鈉鹽水無毒，傳熱性能比氯化鈣鹽水好。其二者均對(duì)金屬材料有腐蝕性，使用時(shí)需加緩蝕劑重鉻酸鈉及氫氧化鈉，使鹽水pH值達(dá)7.08.5，呈弱堿性。c)有機(jī)物載冷劑 適用于較低的溫度，常用有以下幾種 （1）乙二醇、丙二醇水溶液 乙二醇：無色無味、全溶于水、對(duì)金屬材料無腐蝕性。水溶液使用溫度可達(dá)-35（質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%），單用于-10（35%）時(shí)效果最好。但其黏度大，傳熱性能差，稍具毒性，不宜用于開式系統(tǒng)。丙二醇：極穩(wěn)定的化合物，全溶于水，對(duì)金屬材料無腐蝕性。水溶液無毒；黏度大，傳熱性能差。使用溫度通常為-10或以上。 兩種溶液的凝固溫度隨其濃度而變化。（2）甲醇、乙醇的水溶液甲醇：有機(jī)物載冷劑中最便宜的，并且對(duì)金