加热、高温冷却、低温冷却工艺过程描述(反应釜)
加热、高温冷却、低温冷却工艺过程描述(反应釜)
同时具有加热、高温冷却、低温冷却需求的换热流程设备在国内流程工业中并不多见。随着大量新技术和新工艺的引进和应用,精细化工、生物化工和制药等工业流程中将合成、氢化、分离、萃取和冻干等诸多工艺组合应用,成为工业领域工艺改造和技术发展的新趋势, 因而此类复杂的换热流程逐渐得到实际应用。

将上述三种换热流程置于同一工艺系统内,其关键在于如何根据工艺要求及其工作温度条件,设计一个简单合理的换热流程,既能符合工艺需求又可实现低能耗、低运行成本。
在三个换热过程中,各种换热流程之间的差异、工艺加热及冷却的负荷大小和分配方式以及传热介质的工作温度要求,是传热系统设计需要的基础条件。对于具有多种换热需求的复杂传热系统
而言,设计中使用的传热介质种类越少,其换热流程和传热系统设计就越简单。

首先应根据各个过程在工艺目的和工作温度方面的差异,将需要由热源提供热量和由冷源提供冷量的两类换热情况区分开来,把操作负荷或工作温度差异最大的换热过程与其他换热过程分别处理,并尽可能避免将两个工作温度相差较大的换热过程安排在相邻的换热流程中;适合在同一设备中完成的换热过程可合并在同一个换热流程之中;需要在不同设备中完成的换热过程,尽可能采用与其他设备工作温度相近的同一种传热介质;不同的换热过程需要传热介质的工作温度差异不大时,应尽量选择使用同一种传热介质。

在传热系统中,作为热源的设备应按照加热过程所需的最高工作温度和该系统最大加热负荷确定其供热能力,对于系统中各加热过程所需工作温度更低的传热介质(包括冷却传热介质),一般可按照其需要的工作温度,将系统中具有不同温度的同一种传热介质按比例直接混合而获得,或通过与外界低温介质换热后获得;作为冷源的设备则应按照低温冷却负荷的大小及其工作温度分别配置系统的制冷能力,因为在制冷过程中,与低温冷却负荷相比,相同冷量的更低温制冷需要消耗更多能量,故从节能角度考虑,需对其冷却负荷分类管理,并推荐将经一级制冷后的低温冷却用传热介质,经二级制冷系统换热后,使其达到深度冷却所需的工作温度,有利于减少制冷设备的投资、降低能耗。

如某医药中间体生产车间,其生产工艺中包括三个换热过程,即加热过程(传热介质工作温为180)、冷却过程(传热介质的工作温度为25)、低温冷却过程(传热介质工作温度为-20),以上过程均可以为连续操作。根据需求,该生产工艺需要通过一个蒸汽热源向加热介质

提供热量,故在该系统内设置一台换热器作为传热介质热源;同时通过冷源换热器向二个冷却过程提供冷却及冷量,按照设计温度要求,在该系统内设置二种不同型式的冷源。对于冷却过程使用的
两种传热介质采用两段分别冷却方式,即第一段是将循环冷却水作为冷源,传热介质冷却至55,第二段采用制冷系统作为冷源传热介质冷却至-20;通过使传热介质冷却到适合低温冷却要求的温度后再进行低温冷却,有利于设备的安全运行。

该系统首先利用高温冷却过程中得到的余热对其它反应釜中的生产原料预热,降低了能源消耗,采用经高温换热器换热后的有机热载体对釜内工艺物料加热至反应温度。物料的预热过程和加热过程、高温冷却过程、低温冷却是在同一反应釜中完成,且三个换热过程均由同一种传热介质完成。
 
换热流程和传热介质的选择及中间换热设备的选择

由以上的简要叙述过程中,我们可以分析认为:对复杂换热过程中使用的换热设备及传热介质进行合理地设计和选择,能够达到简化反应釜系统的换热流程、减少设备固定投资、提高设备生产效率和在生产运行过程中节能增效的目的。

提高换热效率是换热过程中达到节能增效的核心要求。传热介质的性质及其选择和使用方式对换热过程起到直接作用,在同一工艺系统中减少所使用传热介质的种类,就会简化了整个工艺的复杂性。

根据反应釜工艺温度控制要求正确地选择复杂换热过程需要的传热介质及高效率的换热设备,其选择要点是适用于宽泛的工作温度、化学性质稳定、在工艺温度变化范围内具有良好的热物理性质和高、低温操作性能。同时,所选择传热介质还应符合与工艺物料不发生反应、对设备不腐蚀、对操作人员健康不具危害且环境友好的基本条件。对于与公用能源交换热量的换热器,宜选用使用范围愈来俞广范的传热系数很高的板式热换器,其维修次数少,运行稳定,清洗方便。
加热和低温冷却工艺过程设计及传热介质(反应釜)
加热和低温冷却工艺过程设计及传热介质(反应釜)
具有加热、高温冷却和低温冷却需求的换热流程通常用于精细化工、生物化工和制药等工业流程中的合成、分离、提纯和萃取等工艺。生产工艺中的合成、等工序大多需要在较高的温度条件下实施,而结晶、低温提纯和萃取等工序大多需要在较低的温度条件下实施。此类情况下如首先对高温物料进行高温冷却,将高温物料中的热量回收,并利用环境温度条件对物料进一步冷却降温,即
可提高传热系统的热能利用率和减少冷能消耗量。在高温冷却的基础上,再对物料进行低温冷却,既节能又可降低生产成本。

为了简化系统操作、减少设备投资,可将此工艺过程设计在同一设备中完成,并在两个换热过程中使用同一种传热介质,传热介质tonjoe的特种介质A既能适用于加热条件又能适用于低温冷却条件,并在工艺温度变化范围内具有良好的传热和安全性能。

比如某药业公司用于实验室及中试生产车间的反应釜,其物料的合成反应温度为150℃,反应后物料的结晶温度为-15℃,加热介质的工作温度为140℃,高温冷却介质的工作温度为30℃,低温冷却介质的工作温度为-25℃。如果采用两种不同的换热介质(即采用150℃的低压蒸汽、常温冷却水以及盐水或乙二醇水溶液),因其各自的物理性质或使用条件不同,三者不能混合,故只能通过多个换热设备完成三个换热过程,增加了生产成本和系统的复杂性。

为简化生产流程,使该工艺系统仅使用同一种传热介质,即可在同一个设备中完成三个换热过程。因此选择一种既适用于150℃以上加热又适用-25℃以下冷却,同时还应符合药品生产所要求安全条件的传热介质,是该工艺流程设计的一项重要工作。

该系统使用的传热介质是A一种具有良好的热稳定性、低温流动性和适中的高、低温传热性能的液相合成型有机热载体,可满足于-200℃~360℃温度范围内加热和冷却的换热需求。Thermaloil具有良好的安全性,并获得了FDA认证,可以在食品和药品生产设备的间接加热冷却系统中使用。
换热流程与其系统(反应釜)
换热流程与其系统(反应釜)
换热介质
1)升降温使用同一种传热介质
在夹套中使用同一种循环介质,这样做的优点很多。首先,夹套内壁清洗很不方便,如果将两种液体介质互换使用,在换用第二种介质时夹套壁上可能会有第一种介质的残余,多次换用后,就成混合介质了,这时原来两种介质的传热性能等物理性质都会发生改变;其次,高温用油低温用醇类水溶液会使夹套玻璃内壁表面出现油污,玻璃夹套变得模糊而影响反应的观察。第三,对于温控设备的循环介质内腔的清洗与保养也很有益处。缺点是可操作温度范围受循环介质的倾点与闪点限制,因而对循环介质要求较高。由于现在循环介质的开发力度不断加强,所以循环介质导热油的使用范围的技术含量不断得到提高。并已广范应用于生产现场和实验室等地点。
 
2)升降温使用不同的传热介质,两者互不接触
即夹套中使用一种加热制冷循环介质,而内置换热盘管使用另一种加热制冷循环介质,控制两套不同的设备,并进行协同使物料达到某一所需温度,会相对更烦琐一些。
 
以下针对反应釜的加热和冷却所需求的换热流程要求,根据一般性工艺情况,就降低能源消耗,提高设备生产效率等问题进行如下分析。
 
加热和高温冷却工艺:

具有加热和高温冷却需求的换热流程通常用于石油化工及精细化工流程中合成、分离及干燥等工艺,这些工艺过程一般被控制在适当的温度范围内进行,在此过程中需要通过换热以实现流程温度的控制。完成工艺过程后,需要将处理后物料的温度调整到下道工序所要求的温度。为了缩短操作时间,提高生产效率,一般会对高温物料进行高温冷却。
根据工艺换热目的和工作温度的不同,加热和冷却可分别在两个设备中进行,并可以在换热过程中使用相同或不同的传热介质。而传热系统设备的增加,将会提高投资成本和系统的复杂性。
为了便于工艺流程切换和简化系统,加热和高温冷却过程可在同一设备中完成,并使用同一种传热介质,该介质既能适用于加热条件又能适用于冷却条件,并应在工艺温度变化范围内具有良好的传热和安全性能。
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