Ефективність використання зануреного теплообмінника в сірчанокислотному хімічному реакторі з нерухомим шаром каталізатора

Abstract

Розглядається питання доцільності заміни теплообмінного устаткування в сірчанокислому хімічному реакторі з нерухомим шаром каталізатора. Запропонована схема установки теплообмінника, що принципово відрізняється від традиційної: на відміну від виносних теплообмінників, що нині застосовуються, тепловідвідні поверхні встановлюються безпосередньо в шар каталізатора. На основі математичних моделей теплоперенесення в нерухомому шарі з зануреними поверхнями, що продувається, за наявності внутрішніх джерел теплоти виконані розрахунки температурних полів в шарі, визначена необхідна площа охолоджуючих поверхонь та закон її зміни, залежно від висоти шару. В якості вихідних прийняті режимні параметри, за яких працює промисловий сірчанокислий реактор з нерухомим шаром і охолодженням реакційної суміші у виносних теплообмінниках. Визначено, що зміна питомої площі поверхні тепловідводу відповідає зміні ступеню перевтілення і тепловиділення. Визначена відстань від входу в реактор, за якої відсутня необхідність в тепловідведенні. Відзначається, що збільшення діаметра труб призводить до незначного зростання питомої та загальної площі поверхні пучка у зв’язку зі зменшенням коефіцієнтів тепловіддачі компонентів шару. На основі аналізу розрахункових даних зроблено висновок, згідно з яким використання зануреного теплообмінника дозволяє здійснювати реакцію окислення в одну стадію, при цьому зменшити габарити реактора і металозатрати.

Рассматривается вопрос целесообразности замены теплообменного оборудования в сернослокислотном химическом реакторе с неподвижным слоем катализатора. Предложена схема установки теплообменника, принципиально отличающаяся от традиционной: в отличие от применяемых выносных теплообменников, теплоотводящие поверхности устанавливаются непосредственно в слой катализатора. На основании математических моделей теплопереноса в неподвижном продуваемом слое с погруженными поверхностями при наличии внутренних источников теплоты выполнены расчеты температурных полей в слое, определена необходимая площадь охлаждающей поверхности и закон ее изменения по высоте слоя. В качестве исходных приняты режимные параметры, при которых работает промышленный сернокислотный реактор с неподвижным слоем и охлаждением реагирующей смеси в выносных теплообменника. Получено, что изменение удельной площади теплоотводящей поверхности соответствует изменению степени превращения и тепловыделения. Определено расстояние от входа в реактор, при котором нет необходимости в теплоотводе. Отмечается, что увеличение диаметра труб приводит к незначительному росту удельной и общей площади поверхности пучка в связи с уменьшением коэффициентов теплоотдачи компонентов слоя. На основании анализа расчетных данных сделан вывод, согласно которому использование погруженного теплообменника позволяет осуществлять реакцию окисления SO2 в одной ступени, при этом уменьшить габариты реактора и металлозатраты.

The question of expediency of replacement of the heat-exchanging equipment in the sulphuric acid chemical reactor with a motionless layer of the catalyst is considered. The scheme of installation of the heat exchanger which is essentially differing from traditional is offered: unlike the used portable heat exchangers, heat-removing surfaces are established directly in a catalyst layer. On the basis of mathematical models of heattransfer in the motionless blown layer with the shipped surfaces in the presence of internal sources of warmth calculations of temperature fields in a layer are executed, the necessary area of the cooling surface and the law of its change is determined by layer height. As initial regime parameters at which the industrial sulphuric acid reactor works with a motionless layer and cooling of the reacting mix in portable heat exchangers are accepted. It is received that change of the specific area of a heat-removing surface corresponds to change of extent of transformation and heat release. The distance from an entrance to the reactor at which there is no need for the heat sink is defined. It is noted that increase in diameter of pipes leads to the insignificant growth of specific and total area of a surface of a bunch in connection with reduction of coefficients of a thermolysis of components of a layer. On the basis of the analysis of design data the conclusion according to which use of the shipped heat exchanger allows to carry out reaction of oxidation of SO2 in one step is drawn and at the same time to reduce dimensions of the reactor and metalexpense.