десублиматор

Формула изобретения

ДЕСУБЛИМАТОР для выделения продуктов из парогазовой смеси, выполненный в виде теплообменника с трубами, снабженными наружным оребрением, отличающийся тем, что наружное оребрение выполнено перфорированным, при этом площадь перфорации составляет 20 70% от общей площади поверхности оребрения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к десублиматорам для выделения в твердом виде продуктов, как правило, органических, находящихся в парообразном состоянии в смеси с инертным газом, обычно воздухом.

По конструктивному исполнению рассматриваемые сублиматоры представляют собой теплообменники с трубами, снабженными наружными ребрами. По трубам протекает охлаждающий агент, а по межтрубному пространству парогазовая смесь. При ее охлаждении выделяемый продукт охлаждается в твердом виде на ребрах и наружной поверхности труб, откуда он потом удаляется плавлением.

Ребристые десублиматоры (конденсаторы намораживания) применяются для выделения из парогазовых смесей фталевого и малеинового ангидридов, антрахинона или пиромеллитового диангидрида.

Недостатком таких аппаратов, особенно в случае выделения такого крупнотоннажного продукта, как фталевый ангидрид, является очень большая поверхность оребренных охлаждающих труб и, следовательно, их большая масса. Помимо большого расхода металла это влечет за собой и перерасход тепла, так как при выплавлении приходится нагревать не только выделяемый продукт, но и металл оребренной поверхности десубиматоров.

Целью изобретения является снижение массы оребренной поверхности десублиматора и соответственно металлоемкости аппарата.

Эта задача решается путем перфорации оребренной поверхности на 20-70%

Перфорация ниже 20% техноэкономически не оправдана, затраты на ее осуществление становятся сопоставимыми с выгодами, обусловленными снижением массы металла и расхода тепла на его нагрев. При перфорации выше 70% ухудшается эффективность процесса из-за снижения теплопроводности ребер.

Такую перфорацию делать нельзя, поскольку она снижает поверхность охлаждения и следовательно уменьшает эффективность десублимации. Выявлено, что уменьшение поверхности предложенным способом не снижает эффективности сублимации. Этот пародоксальный эффект может быть объяснен следующим образом.

Перфорация сразу же после начала десублимации "заростает" кристаллами продукта, который таким образом становится "дополнительной" поверхностью для последующей десублимации. Благодаря тому, что коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента, протекающего по трубам, на несколько порядков больше коэффициента теплоотдачи от парогазовой смеси к оребренной поверхности, низкая теплопроводность кристаллических "ребер" заметным образом не сказывается на суммарной степени охлаждения парогазовой смеси.

Кроме того, кромки отверстий ребра, как показали визуальные наблюдения, являются дополнительными центрами кристаллизации, что повышает эффективность процесса десублимации. Поэтому десублиматор с перфорированными ребрами может обеспечить даже большую степень улавливания, чем аналогичный аппарат с обычными ребрами большой поверхности.

Конструктивно перфорация ребер может быть выполнена самым различным способом. Ребра, например, могут быть перфорированы круглыми отверстиями диаметром 1-6 мм с квадратной или шахматной разбивкой. Отверстия могут иметь форму прямоугольной щели шириной 1-3 мм и длиной, определяемой размерами ребра.

Возможны и другие формы отверстий.

Конструкции десублиматоров были проверены экспериментально на искусственно приготовленных паровоздушных смесях, в качестве модельного вещества для сублимации из парогазового состояния в твердое использовался фталевый ангидрид.

Экспериментальная установка включает узел приготовления фталовоздушной смеси (плавитель, насос-дозер, испаритель, воздухонагреватель); исследуемую модель ребристого десублиматора, систему улавливания проскочившего через десублиматор фталевого ангидрида (что позволяло снимать материальный баланс и определять степень улавливания продукта в десублиматоре при той или иной степени оребрения); систему КИП и А.

За эффективность работы десублиматора принимали степень улавливания в нем продукта, т.е. фазность концентраций фталевого ангидрида на входе и выхода, отнесенную к концентрации фталевого ангидрида на входе. Так как эта эффективность зависит от абсолютного значения концентрации на входе, последнюю в опытах варьировали с тем, чтобы оценить влияние на эффективность только предложенного конструктивного решения.

Предлагаемая конструкция десублиматора обеспечивает хорошую степень выделения продукта из парогазовой смеси при снижении металлоемкости до 70% и соответственно снижении расхода тепла на нагрев оребренной поверхности.