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芬兰VAHTERUS板壳式换热器在酯化反应器中的应用
作者:曾义红    来源:流程工业
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冷冻机/热交换设备展厅
冷却塔, 冷凝器, 冷却器, 蒸发器, 集热器, ...
在化工生产中,反应器是整个装置的核心关键部件。对于反应强烈放热或吸热的情况,往往需要在反应器内设置冷却或加热设施。对于一些反应热效应不大,但因化学反应平衡的限制而需要及时蒸发移走反应产物的情况,也需要设置加热设施。本文将介绍酯化反应器内置换热器的应用技术。

酯化反应是可逆反应,为了得到较高纯度的酯产品,往往需在反应器中内置兼作加热再沸器的换热设施。下面以醋酸和醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应生成乙酸酯和水为例,分析酯化反应器内置换热器的应用技术问题如下:

酸和醋酸体系具有强腐蚀性;

一定的温度限制(100~120℃);

反应器内置换热元件的体积限制,否则会占用过多的反应器体积,从而降低反应器的利用效率;

反应器内置换热元件的加热效率要高,否则,不仅会引起加热元件体积大占用反应体积,而且还会发生乙酸酯产物不能及时从反应溶液中蒸发移走从而影响反应的情况。

带加热盘管的夹套式搪玻璃反应釜针对前两个问题解决得比较好,但对于后两个问题而言则往往无能为力。因此,有必要开发一种新型的酯化反应器内置加热器应用技术。

解决方案

为了解决上述问题,特开发了一项专利技术,即ZL200510025370.1。在反应器内置高效加热器,加热器采用如图1所示的芬兰Vahterus(伐德鲁斯)生产的圆形波纹板片,相邻板片通过激光全焊接加工成为图2所示的无外壳加热板片组这一新型加热元件,通过加热元件上下交错成“#”型布置,配合导流构件的特殊布置来使加热效率和反应效率提高。为了能够适应类似再沸器的工况,对图2所示的加热元件进行了板片间隙调节,使得相邻两片板片形成的流体腔更为扁平,其间隙达到普通紧凑式板壳式换热器的2~5倍,从而成为能适应汽化环境的无外壳宽流道加热元件。同时,在高效加热蒸发的有利条件下,可以实现乙酸酯和水两种产物的快速蒸发分离,配合工艺上的温度控制、液位控制、流量配比控制、催化剂浓度维持等手段,达到低水含量操作的优化工况,大大减少了腐蚀,再配合酯化复合塔技术的应用可实现腐蚀的有效控制。该解决方案通过设置反应器强制外部循环和悬浮渣过滤设施,可以有效解决溶液中悬浮渣液堵塞加热板片的问题。

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应用案例

一个具体的案例是以醋酸和酒精为原料生产醋酸乙酯的酯化反应器应用技术。酯化反应器壳体为卧式316L材质,其导流构件按照专利ZL200510025370.1设计,外部设有强制循环泵和过滤设施,内部设有四组上下交错“#”形排列的无外壳宽流道板片式加热组(供应商为芬兰Vahterus)。实物图如图3所示。每组加热元件仅重60kg(若采用U型管束,重量则达1t) 。新技术的应用,从一定程度上减缓和控制了腐蚀,单位反应体积需要的加热面积比原有技术减少50%左右,单位反应体积的产能达到原有普通酯化釜的2.5倍左右,能耗降低约30%。

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