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重力热管换热器在均酐生产中的应用点击：1885 日期：[ 2014-04-26 22:21:13 ] |
| 重力热管换热器在均酐生产中的应用 曹龙海 梁泰硕 （黑龙江省石油化学研究院） 摘要：介绍了重力热管换热器的工作原理、结构和传热特性，以及重力热管换热器在均苯四甲酸二酐生产中的应用情况。 关键词：均苯四甲酸二酐 重力热管换热器 应用 中图分类号：ＴＱ０５１５ 文献标识码 Ｂ 文章编号 ０２５４６０９４（２００７）０５０２７３０２ 均苯四甲酸二酐简称均酐，是一种高附加值的精细化工产品，主要作为聚酰亚胺单体，其产量已达到３０００ｔ／ａ。国内生产厂家都采用均四甲苯固定床气相催化氧化技术，换热设备都是传统的列管式换热器。由于原料气和反应气换热都是气态介质，随着均酐生产装置吨位的扩大，均酐生产中气气列管换热器越来越大，使得换热器庞大、换热效率低、设备投资大、操控不方便以及设备占地面积大的问题越来越突出。为此，通过文献资料和实际考察了解到热管是一种具有高效率、高导热性能的传热元件，用热管换热器代替普通的列管换热器是可行的。 １ 热管换热器工作原理 重力式热管换热器也称热虹吸热管换热器，其结构较为简单。热管工作原理是将密闭的管壳内部抽成真空，并在此状态下充入少量的工作液体。在热管的一端（称为蒸发段）加热后，液体吸收外界的热量而汽化为蒸汽，在微小压差的作用下流向热管的另一端（称为冷凝段），并向外界放出热量且凝结为液体，依靠重力回到加热段，并且再次受热汽化。如此的反复循环，连续不断地将热量由热管的一端传向另一端。由于热管的传热是依靠内部工质的相变进行的，因而热管的内部热阻很小，以较小的温差获得较大的传热率。 ２ 热管换热器结构 重力热管换热器以水为工质，按工作温度划分应划分为中温热管换热器。为解决气体传热系数小的问题，故在热管加热段焊有高频焊翅片以扩展传热面（图１）。由于加热段走的是含有均酐气的反应气，且均酐反应气在温度低时容易凝华在翅片上，因此本换热器热管的翅片间距、热管的管间距比常规的热管翅片间距、管间距大。本热管换热器加热段管长于冷却段管，换热器的中部设隔板。冷却段用去离子水冷却，冷却段换热效率高，因此采用光管。该热管管壳材料为２０钢，翅片材料为Ｑ２３５Ａ。热侧气体为均苯四甲酸二酐生产中的反应气，其中含有大量的空气和气相氧化产生的均酐气体；冷侧为去离子水。 ３ 热管换热器特征 重力热管换热器具有以下特征： ａ．管内为真空，工作介质极易蒸发气化。 ｂ．管内传热热阻很小，能以较小的温差获得较大的传热率。 ｃ．热管中反应气在管外壁流动横掠换热，反应气的扰动性加强再加上热管壁温高，管外始终呈干燥状态，不会结膜而黏附均酐，故有较高的防堵塞能力。 ｄ．热管换热器优良传热性能的获得，首先是在气体侧实现了翅化，增大了冷热流体的热交换面积，大大减小了热侧的对流热阻，因此强化了整个传热过程；其次，把传统的换热器的交叉流改为纯逆流流动，在不改变冷热流体入口温度的条件下，增大了该传热过程中冷热流体换热的平均温压；再次，把一侧气体的管内流动改为垂直外掠流动。 ｅ．每一根热管都能独立工作，即使某根热管或数根热管的管壁破损，都不会发生冷热流体的互混现象。 ｆ．由于热管的端部不受约束，在高温条件下，也不存在因热膨胀而产生热应力破坏的问题，经久耐用，安全可靠。 ４ 热管换热器应用情况 该重力热管换热器先后在黄山华美化工厂、南京紫光精细化工厂等１００ｔ／ａ均苯四甲酸二酐生产装置中投入运行，至今运行情况良好，从未发生热管破损、热管换热器堵塞现象，且温度调控方便快速。另外，由于热管换热器的应用，降低了捕集器入口温度，提高了捕集器的捕集效率并减少了捕集器的数量，因而降低了投资，减少了设备占地面积。 ５ 结束语 热管换热器在均苯四甲酸二酐生产装置中的成功应用，实现了反应器出口换热设备的减少，使捕集器入口温控调节及时、快速，提高了均苯四甲酸二酐的捕集效率。既减少了投资，又减少了设备的占地面积，得到了厂家的好评。但笔者认为，此热管换热器设计时没有考虑蒸汽的回收问题，使得大量蒸汽白白流失，造成很大浪费，这方面还有待改进。 |
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