热管技术在化学反应器中的研究及应用

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1、2(湘内年第5期化学工程与装备2009年5月Che一iealE吨ineering几助ui,ent热管技术在化学反应器中的研究及应用马永锡.,储小燕.(1.拜耳技术工程(上海)有限公司,上海201507;2.拜耳(上海)聚氨酷有限公司,上海201507)摘要:热管技术应用于化学反应器,具有高效传热!展平床层温度!控制床层沮度等优点.本文详细介绍了整体热管式!分离热管式!热管翅式!密闭腔式等多种热管技术及型式在化学反应器中的研究及应用情况"关健词:热管:反应器;温度控制前言频繁的温度变化;化学反应器,或称为反应釜,是化学工业的心(4)被动操作,单向导热和变热流

2、密度等特脏设备,多数反应器具有:工作压力稳定;或放热点更加适合化学反应器的温度控制操作:反应或吸热反应;温度随反应的进行而变化,反应(5)热管传热效率商,节能效果显著;器内装有催化剂床层等特点.温度对化学反应的结(6)热管汇源分离,既便个别热管泄漏,不果影响很大,化学反应的最佳反应温度是指在此温会对整个反应造成大的影响"度条件下得到的产品最多,而副产品最少,同时减(7)热管布里灵活!适用性高"少后续分离难度及降低能源消耗"热管技术的应用分为两大类:传统控制反应床层温度的方式是采用设备外一是以热管为单元加入到反应器中;循环式或内部列管(或盘管)式换热,对于液

3、相反二是按热管工作原理运行的整体反应器"应,通常还配有搅拌器"外循环式的缺点是:床层本文将介绍多种热管技术及型式在化学反应轴向和径向温度分布都不均,容易出现热点,产生器中的研究及应用"飞温,外加动力费用投资大:列管(盘管)式的缺1整体热管反应器点在于若有一根管子发生泄漏,整个反应就无法进2一乙基己烯醛加氢催化反应为强放热的气液行"此外,在传统的散热方式下,原料要加溶剂稀固三相反应,反应在固定床鼓泡反应器中进行,反释,回流比也较大,这就降低了产里,增加了运行应产生的热量若不及时移走,!就可能产生颗粒间与费用"因此积极寻找和利用各种高效换热元件,降颗粒内的温度

4、梯度若温度沿轴向升高很快,尽管随低床层/热点0温度的阐值,拓宽反应稳定温区,对反应的进行,反应物浓度下降会使反应速率下降,于提高反应器的转化率!选择性和生产能力,减少但由于温度升高加大了反应速率常数值,总结果使副反应,保持催化剂的活性和增长其寿命,进一步反应速率不仅没有减慢,甚至迅速增快,这样就造节约能源,提高经济效益都有着重要意义"成温度沿轴向急剧升高,以致失去控制,出现飞温热管技术是一种密闭腔内的相变传热技术川,的情况"将热管技术应用于化学反应器中有如下优点:重力热管是热管中结构最简单,工业化应用最(l)热管的等温表面可以展平反应器内床层广泛的一种"将

5、多根重力热管插入鼓泡式固定床反温度,使其保持均匀一致;应器床层,充分利用热管的等温性均化床层温度得(2)热管的变热流密度特性更符合反应器内到较高的转换化率和收率,利用热管的汇源分隔特的非线性发热特性;性提高设备使用的可靠性,利用热管热流密度可变(3)热管对温度响应迅速,适应化学反应器的特点改善和强化反应设备的传热条件,如图l所马水锡:热管技术在化学反应器中的研究及应用示"该型式的反应器优点是结构简单!操作稳定投上加剧了反混"资和维修费用低;具有很大的液体持有量和相接触2分离热管反应器面,传质和传热效率高,适用于缓慢!强放热反应;分离热管是指热管的蒸发段与冷

6、凝段是分开可以无需添加溶剂!无回流,从而达到增加产量!的,通过蒸汽上升管和降液管连通起来,形成一个降低运行费用的目的"试验研究表明=2月:重力热管自然循环的回路"与整体式相比,其最大的优点是能够改善床层温度,减小固定床鼓泡反应器床层轴可以根据现场的实际情况,灵活布置蒸发段和冷凝向温差,使得床层周向达到均温效果;增加气体流段.同时,还可根据床层各段不同放热童的要求设t可以使反应更为完全,减少反混,但对床层温度置多段分离热管,以及设计其相应冷凝器面积,从和热管的传热功率影响不大;调节冷却水的流量可而保证床层轴向温度分布,如图ZaJ听示.以很好控制床层温度:同时

7、热管的存在在一定程度图l整体热管式反应器冷趁段进科蕊发a一;币不"图2分离热管式反应器目前,这种热管反应器已经成功地应用于江苏的主要问题是:床层反应温度控制不稳定,且温度某石化厂2万吨/年甲基叔丁基醚(MTBE)装置的分布不均;反应温度过高,反应温度应在45一65oC扩能改造中(图Zb)"改造前为外循环取热,存在为宜,实际操作中超过了70e:外循环取热及大址马水锡:热管技术在化学反应器中的研究及应用反混,动力消耗大"改造后采用三组分离热管反应3高温热管翅裂解炉器,补体为不锈钢结构,热管工作介质为甲醛,各高温热管翅反应器是将小尺寸热管作为翅片组分离热管的蒸发

8、段为蛇行翅片管组结构,均布于穿过器壁或管壁,同时强化器(管)壁两侧