反應容器及換熱元件

根據腐蝕情況,選用各種金屬材料制作,高壓容器采用復合材料制作,可減少投資。為滿足傳熱的需要,容器外一般帶夾套,內部裝有盤管,盤管一般不超過3組,帶導流筒時盤管數量可以更多。當容器體積大于10m³時,內部傳熱元件可采用空心換熱板,單位體積內的傳熱面積可提高1倍以上。

 

多組盤管結構:

常見的內置換熱元件,具有加工簡單、投資小、耐高壓等特點,反應器內盤管的面積一般不超過5㎡/m³,其傳熱能力已能滿足90%以上的反應,但是不能滿足大容積、有劇烈放熱的化學反應,特別是在傳熱溫差小的情況下。

 

多組盤管結構圖

 

換熱板結構(專利,一種反應釜和換熱板,ZL201420849938.6):

當多組盤管仍無法滿足傳熱要求時,常規的設計會采用外循環+外置換熱器的形式,傳熱能力可無限放大。然而這增加了裝置的投資與能耗,而且外循環泵在高壓和催化劑磨損下使用壽命比較短。因此,內置換熱板是提高傳熱能力有效途徑。

內置換熱板一般安裝在大于10m³的容器內部,數十塊垂直的換熱板均布在容器內,呈環狀布置,換熱板有一定的弧度且安裝時有適當的后掠角,對流體的流動具有良好的導向作用。每塊換熱板均由兩塊金屬板焊接制成,兩塊板之間留出蜂窩狀的孔洞,冷卻介質在內部流動帶走反應熱,蜂窩結構還大幅度增加了換熱板的強度。這種換熱形式可使傳熱面積大幅度增加到10㎡/m³以上,且傳熱系數比盤管明顯提高。由于傳熱能力的大幅度增加,對傳熱溫差的要求就降低了,換熱板內就可采用溫度較高的軟水進行循環冷卻,再采用普通工業循環水冷卻軟水成為可能,這種方法可根本解決反應器內換熱元件內部結構的問題??傊?,內置換熱板技術使液相催化加氫裝置的傳熱設計變得更加靈活。

與盤管相比,換熱板的明顯優勢在于換熱面積大,傳熱系數高,而且液體在軸向的流動衰減少,更利于催化劑的懸浮。

 

 

內置換熱板

 

反應器內置盤管與換熱板的流場對比圖

 

三層盤管的流場

換熱板的流場

 

原正設計的換熱板按加工工藝分兩種,一種是焊接鼓脹成型法,另一種是沖壓成型焊接法,不同的類型適合不同的場合。

 

焊接鼓脹成型的換熱板

沖壓成型焊接的換熱板

    


催化劑分離系統

Catalyst Separation System

 

液相催化加氫催化劑一般以雷尼鎳或鈀炭、鉑炭、釕炭等貴金屬為催化劑,由于價格昂貴,必須回收套用以節省成本。固態催化劑由于流動性差、顆粒直徑細小、而且不能與空氣接觸,安全高效地進行回收套用變得困難,原正公司經過十幾年數百套工業裝置的研究與實踐,掌握了多種催化劑在多種工藝條件下的回收技術,包括重力沉降分離、磁分離、燒結管過濾、膜過濾等。

 

重力沉降分離:

重力沉降分離僅適合液固兩相密度差距比較大的體系,如雷尼鎳催化劑(Raney-Ni)、林德拉催化劑(Lindlar catalyst)等。

間歇生產時,催化劑一般直接在反應器內沉降,大部分有活性的催化劑留在反應器內直接套用。為提高反應器的生產效率,反應結束后也可將所有物料轉移到專門的沉降槽,沉降可帶壓或常壓進行。

連續生產時,采用多個反應器串聯,并在最高位設置沉降槽,反應器之間的物料靠位差溢流,通過緩沖槽后再用泵提升至沉降槽,底部催化劑淤漿靠重力返回第一個反應器,上清液去過濾系統。本系統內設備在相同的壓力條件下操作,使催化劑的循環過程及設備選型變得容易。

 

燒結管過濾:

靠重力沉降分離催化劑后的上清液仍含少量細顆粒催化劑,沉降速度慢,可采用燒結管過濾,物料靠壓力從燒結管外壁滲入管內,催化劑被截留在外壁形成濾餅,干凈的物料從管內流出。過濾結束后燒結管內的用溶劑反洗,催化劑濾餅層脫落,根據其活性程度套用或廢棄。燒結管材質一般采用不銹鋼、鈦、鎳、蒙乃爾等金屬材料,可耐溫耐壓耐腐蝕,常用精度范圍0.5-10μ。

鈀炭、鉑炭、釕炭等貴金屬催化劑由于載體密度小,不容易沉降,而且催化劑用量少,可直接采用燒結管過濾,用溶劑反洗套用也特別方便。

 

 

燒結管過濾器工作原理圖

金屬燒結管濾芯

燒結管過濾器

 

 

磁分離(專利,一種磁過濾設備,ZL201620167315.X):

 

磁分離僅適合雷尼鎳催化劑??恐亓Τ两捣蛛x催化劑后的上清液如果焦油含量高,容易堵塞燒結管,此時應采用磁分離。磁分離器由容器、套管、稀土磁棒和提升機構組成,容器內分布多根套管,套管內裝有磁棒,磁棒能在提升機構的作用下上下移動。含有催化劑的物料進入容器后,催化劑顆粒被稀土磁棒吸附,干凈的物料從另一側排出,優化的流道設計可防止物料短路。當稀土磁棒吸附飽和后,提升機構將套管內的磁棒拉出,套管外的催化劑濾餅失去磁力從容器底部排出。配有自動控制系統時,該分離系統可連續操作。

 

 

 

磁分離工作原理圖

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