Характеристика работы аппаратов с двойными теплообменными трубками

из "Катализ в производстве серной кислоты"

Процесс теплообмена в двойных трубках слагается из нескольких этапов, в число которых входит и этап теплопередачи излучением, интенсивность которого очень сильно меняется с температурой. Поэтому пользование дифференциальными уравнениями с постоянными по всему слою коэффициентами в рассматриваемом случае невозможно. Попытка, сделанная в этом направлении В. Л. Волковым , привела к неверным результатам, так как он не учитывал теплопередачу излучением. Удобнее вести расчет по отдельным поя-сам13. [c.317]
Так как коэффициенты а,, аг, оз, р, и Рг также зависят от температуры то удобнее всего производить расчет путем подбора. При некотором навыке это не требует большой затраты времени. [c.319]
Выполнением зтого условия и определяется необходимая высота теплообменных труб. ОдноЕременно расчет позволяет определить изменение температуры и интенсивности теплоотвода по высоте слоя катализатора. [c.319]
Рассмотрение этапов теплопередачи в двойных трубках приводит к выводу, что интенсивность отвода тепла от катализатора зависит как от температуры газа в кольцевом зазоре, так и от температуры газа во внутренней трубке. По отношению к направлению движения газа в катализаторе газ в кольцевом зазоре движется противотоком, а во внутренней трубке—прямотоком. За исключением первого слоя катализатора, в котором происходит быстрый разогрев, разность между температурами катализатора и газа в кольцевом пространстве остается приблизителыю постоянной, разность же температур катализатора и газа во внутренней трубке резко снижается с повышением степени превращения. В результате интенсивность отвода тепла от катализатора уменьшается с ростом степени превращения, что качественно соответствует требованию соблюдения оптимального температурного режима. [c.320]
В табл. 39 приведены количества тепла, отводимые от I ж катализатора в час на различных уровнях слоя катализатора. Теплоотвод рассчитан по изложенному выше методу для аппарата, изображенного на рис. 75. [c.320]
К сожалению, это преимущество двойных теплообменных элементов в данном аппарате сводится на нет недостатками гидродинамического порядка—неравномерным распределением газа по сечению. Эта неравномерность обычно проявляется в снижении общей степени превращения при неизменном и правильном (судя по замеру температур в центральной части аппарата) температурном режиме. Путем тщательного промера температур в разных точках сечения удается обнаружить участок с резко пониженными температурами. Обычно такой холодный участок расположен вблизи периферии аппарата. Часто таких участков бывает несколько. Если не принять мер к разогреву образовавшегося холодного участка, то температура в нем будет продолжать снижаться вплоть до полного прекращения реакции окисления двуокиси серы, причем температура по всей высоте слоя катализатора станет равной температуре газа, входящего в аппарат. Одновременно, но значительно медленнее происходит и увеличение площади сечения холодного участка. [c.321]
Единственным средством, позволяющим поднять температуру холодных периферийных участков, является повышение температуры газа, входящего в аппарат. По мере удлинения срока эксплуатации аппарата, для предотвращения затухания периферийных участков температуру газа, входящего в аппарат, приходится поднимать на все более высокий уровень. Так, если при работе с газовой смесью, содержащей 7% двуокиси серы, вначале удается поддерживать температуру газа, входящего в аппарат, не выше 250°, то уже после полугодовой эксплуатации она возрастает до 270—280°. Рост температуры газа, входящего в аппарат, неизбежно приводит к повышению температуры верхнего слоя катализатора и сниженйю вследствие этого конечной степени превращения. В аппарате, изображенном на рис. 75, в первый месяц эксплуатации достигается степень превращения 96—96,5% пос-,яе же полугодовой работы конечная степень превращения снижается до 92—94%. Соответственно этому высокая вначале степень вкпользования катализатора падает до 50%. [c.321]
В процессе эксплуатации, особенно при недостаточной очистке газа от туманообразной серной кислоты, эта неравномерность быстро возрастает вследствие образования в нижней части теплообменных трубок корки, состояш,ей в основном из сульфата железа. [c.322]
Увеличение количества газа, проходящего через теплообменную трубку при постоянной скорости его прохождения в катализаторе, приводит к резкому снижению температуры. Поэтому температура газа, поступающего в катализатор, у периферии будет ниже, чем в центральной части аппарата. При падении температуры ниже температуры зажигания катализатора соответствующий периферийный участок постепенно затухает. [c.322]
Неравномерность распределения газа между теплообменными элементами может быть уменьшена путем увеличения гидравлического сопротивления теплообменных трубок. [c.322]
Второй причиной частичного затухания является охлаждение подогретого газа в нижней части кольцевого зазора теплообменных элементов и в начальных слоях катализатора. Минимально допустимая температура газа, входящего в катализатор, для аппаратов с двойными трубками лежит поэтому выше, чем для простых трубчатых аппаратов. [c.322]
Охлаждение подогретого газа и замедление разогрева первых слоев катализатора проявляются тем резче, чем выше коэффициент теплоотдачи от стенки внутренней трубки к протекающему по ней газу. [c.322]
Действие обоих факторов, обусловливающих возникновение холодных участков, усиливается вследствие отсутствия перемешивания газа после подогрева его в теплообменных трубках перед вступлением в катализатор. Газ, выходящий из теплообменной трубки, проходит через слой катализатора, непосредственнее окружающий эту трубку. Поэтому, если в какой-либо части сечения катализатора скорость реакции почему-либо уменьшится, то это автоматически отразится на подогреве газа в теплообменных трубках в этом же месте, что, в свою очередь, еще более снизит скорость реакции. [c.322]
В результате определенный участок катализатора может затухнуть по всей высоте, в то время как соседние участки будут работать совершенно нормально. [c.322]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология