CN1292487A - 防止板式热交换器堵塞的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种带有用作加热器和/或冷却器的板式热交换器的装置中提供了一种防止该板式热交换器堵塞的方法,所述装置适用于对含有易堵塞物质的气体进行处理,其特征在于i)将装置中的板式热交换器的板的流路宽度设定在6—25mm范围内,和ii)将流过装置中的板式热交换器的气体在板的流路中每单位截面积的平均流量设定在3—15m/s。在一种利用一个板式热交换器对易堵塞物质进行热交换的过程中防止该板式热交换器堵塞的方法。

Description

防止板式热交换器堵塞的方法
本发明涉及防止板式热交换器堵塞的方法，具体地说涉及的是防止用于排放气体清理装置中的板式热交换器堵塞的方法。
使一种为高温，而另一种为低温的两种流体之间进行有效传热的热交换器是化学工业中大量使用的化工机械的热交换器。热交换器的原理在于使高温流体和低温流体之间通过加热表面进行热交换。
通常，引入需要进行热交换的流体，再在装置的热交换部件中进行冷却或加热，这样热交换器就实现了热交换。公知的热交换部件有多种形式，例如壳-管式热交换器，这种热交换器具有多根管子组成的管束，将这种管束插入一个壳体中；再例如有板式热交换器，这种热交换器具有其内形成波纹肋的或半球脊的传热板，将传热板叠置在一起，通过例如用在压滤器中的那种密封垫介质固定，该热交换器还有截面为矩形的薄形流路，在相邻板之间有一个这样的流路，通过使流体流过不同高度的流路，使高温流体和低温流体之间进行热交换；还有翅片管式热交换器，这种热交换器的传热管的内外表面上具有翅片，由此可以使传热管的传热面积增加，从而大大提高传热效率。
这些热交换器根据用途分成：(1)加热器，这是一种用于将流体加热到所需温度的热交换器，它没有使流体进行相变；(2)预热器，这是一种预先对流体加热的热交换器，它可以提高随后运行过程中的效率；(3)过热器，这是一种将流体加热到过热状态的热交换器；(4)蒸发器，这是一种通过利用热量使流体蒸发的热交换器；(5)再沸器，这样一种用于对已经在一个设备中冷凝过的流体再次加热的热交换器，由此使流体蒸发；(6)制冷机，这是一种将流体冷却到所需温度的热交换器；(7)冷却器，这是一种用于将给定物体冷却到零度以下的极低温的热交换器；(8)冷凝器，这是一种用于将冷凝气体通过冷凝作用冷却成液体的热交换器；(9)完全冷凝器，这是一种用于使冷凝气体完全冷凝的热交换器；和(10)部分冷凝器，这是一种用于通过冷凝作用将冷凝气体的一部分冷却成液体的热交换器，而将其余气体以气态形式放出。这些热交换器广泛地用于这些领域。
下面将结合图1描述用板式热交换器进行热交换的一个例子。然而，所提供的热交换器的用于热交换气体和／或其他气体的出口和入口可以根据用途和需要进行反向使用，所述出口和入口将在下面进行描述。另外，并不一定要将热交换器的安装方向限制在垂直方向，可以根据有待处理的气体或流体的种类及热交换器的使用目的对热交换器的安装方向进行选择。
首先参见图1，标号10表示壳体，11表示气体出口，12表示气体入口，22表示热交换气体的引入口，23表示热交换气体的排出口，30是热交换部件。
在该热交换器中，通过热交换气体的引入口22供应需要进行热交换的气体，然后将该气体引入热交换部件30，再通过热交换气体的排出口23将其排出。将其他用于与热交换气体进行热交换的气体通过气体入口12引入壳体10，使其在热交换部件30中与热交换气体有效地进行热交换，然后改变其流路，从气体出口引出。
通常都要使用气体处理设备，例如所讨论的板式热交换器，同时要对例如用于保持所需要的温度或回收热量的加热器和／或冷却器进行处理。当热交换气体中出现易于堵塞的物体时，则有可能使相邻板之间堵塞。由于这种堵塞造成设备停机，所以要用人工或化学方式取出堵塞物质。当希望设备连续进行大量生产时，例如在为生产化学物质的过程中，设备停机是生产效率降低的原因。为了防止上述问题，可以考虑安装两个相同的气体处理设备，交替使用这两个设备。但是这种方法的费用特别昂贵。
此外，板式热交换器的气体入口的横截面积通常要比热交换部件的横截面积小。所以，如果使气体入口的横截面积等于热交换部件入口的横截面积，则必须增大气体管道，因而设备的费用也将增加。当气体入口的横截面积不等于热交换部件入口的横截面积时，这种差别就造成降低热交换系数的原因，这是由于有大量热交换气体供应到热交换器的中部，而少量热交换气体供应到热交换器的周部。然而没有制造出任何一个装置均匀地向热交换部件供应气体，以便引导热交换气体。
特别是在热交换气体中含有易堵塞的物质时，由于易于堵塞物质的粘附或堆积，所以不相同的热交换系数使局部被物质堵塞。绝对地讲还没有解决这种堵塞的措施。例如，当含有易堵塞物质的气体是生产丙烯酸过程中产生的排放气体时，该气体通常含有易于堵塞的丙烯酸。所以，当先使这种气体进行热交换，然后进行氧化分解和将其排放时，相邻板之间的空间被丙烯酸和其他在热交换期间所带有的易堵塞物质堵塞。当带有易堵塞物质的气体进行如上所述的热交换时，不均匀的供气就会影响热效率，
供应气体的浓缩会在热交换部件中出现堵塞物质，因此迫使整个设备停止运行。使用这种气体产生的问题是会使堵塞物质粘附到加热表面上，从而降低传热效率。所有这些问题都仍然有待解决。
为了解决上述问题，在连续进行了各种研究以后，本发明人得到了下面有关堵塞板式热交换器的知识，据此完成了本发明。本发明旨在解决有效地防止板式热交换器的堵塞。经过对板式热交换器的结构认真研究以后，发现通过将板的流路宽度和板的流路中每单位截面积通过的平均气体流量设定到各自的特定范围内，就可以防止板式热交换器堵塞，通过在热交换部件和热交换气体的引入口之间安插一个气体扩散板就可以均匀地将气体供应给热交换部件，以及通过合适地设置扩散板就可以有效地抑制堵塞物质。由此也就实现了本发明。
具体地说，本发明为带有用作加热器和／或冷却器的板式热交换器的装置提供了一种防止该板式热交换器堵塞的方法，所述装置适用于对含有易堵塞物质的气体进行处理，该方法的特征在于i〕将装置中的板式热交换器的板的流路宽度设定在6-25mm范围内，和ii〕将流过装置中的板式热交换器的气体在板的流路中每单位截面积的平均流量设定在3-15m／s。
根据本发明，通过将板的流路宽度和板的流路中每单位截面积通过的平均气体流量设定到各自的特定范围内，就可以对生产(甲基)丙烯酸的装置中的含有易堵塞物质的排放气体进行处理，防止板式热交换器的堵塞，或使板式热交换器不停止地连续运行很长一段时间。
另外，本发明旨在对板式热交换器中的含有易堵塞物质的气体进行热交换，本发明提供的防止板式热交换器堵塞的方法在于在含有易堵塞物质的气体的气体引入口中设置一块扩散板。
根据本发明，由于含有易堵塞物质的气体在板式热交换器中的热交换部件内均匀扩散，因此在不均匀地向热交换部件中供应气体时也能抑制堵塞物质。当含有易堵塞物质的气体接触设备而气体的扩散不均匀时，气体粘附到接触表面上，并在该表面上堆积，就有可能出现堵塞。而本发明的方法由于设置的扩散板可以在热交换部件中使气体均匀扩散，所以成功地抑制了这种粘附，避免了气体堆积到接触表面上，从而防止了可能出现的堵塞现象。
图1是表示通过气体流路的用于在板式热交换器中进行热交换的气体流动透视图。用于热交换气体的板的流路用黑箭头表示，用于其他气体的板的流路用空心箭头表示。
图2是说明板式热交换器中的一块板和一个气体流路之间的关系的示意图，这是相互关系的一个例子；
图3是装有气体扩散板的板式热交换器的透视图。用于含易堵塞物质的气体的流路用黑箭头表示，用于流体的流路用空心箭头表示。
图4是气体扩散板的透视图，假定该扩散板为方形，板上具有若干圆孔，该板最好用于本发明的方法。
图5是气体扩散板的平面图，假定该扩散板为圆形，板上具有若干不同尺寸的圆孔，该板最好用于本发明的方法。
图6是表示将气体扩散板设置在带有该气体扩散板的板式热交换器中的较佳位置的示意图。
图7示意性地表示带有板式热交换器的用于处理催化氧化反应过程中排出的废气的装置的工作流程。
图8示意性地表示带有板式热交换器的用于生产丙烯酸的装置的工作流程。
在具有用作加热器和／或冷却器的板式热交换器并用于处理含有易堵塞物质的气体的装置中，本发明的第一方面在于防止板式热交换器堵塞的方法，该方法的特征在于：i〕将装置中的板式热交换器的板的流路宽度设定在6-25mm范围内，和ii〕将流过装置中的板式热交换器的气体在板的流路中的每单位截面积的平均流量设定在3-15m／s范围内。
用于本发明的板式热交换器可以是任何满足该设计要求的公知设备。这种板式热交换器与管式热交换器不同，在热交换部件中它用的是板而不是管，因为利用了板式热交换器的板的整个表面，所以板式热交换器具有很高的热效率，并可以方便地使装置微型化。传热板通常是薄金属板，考虑到气体流路，强度和传热面积，使板的表面不平坦或是呈波纹表面。所有这些金属板在压滤处理以后叠置起来，通过使流体流过不同高度上穿插的空间，这些金属板就可以用来进行热交换。
本发明涉及的装置带有一个用作加热器和／或冷却器的板式热交换器并用于处理含有易堵塞物质的气体，该装置的特征在于：将热交换器的板的流路宽度设定在6-25mm范围内，和将流过装置中的板式热交换器的气体在板的流路中的每单位截面积的平均流量设定在3-15m／s范围内。用这种方法处理气体的装置只需要在其内安装至少一个板式热交换器，另外在其内再安装另一种热交换器、一个气体燃烧器、一个气体氧化反应器、塔、罐、一个送风机、一个温度检测设备、一个压力检测设备和一个压力控制阀。
引入到本发明的板式热交换器中的含有易堵塞物质的气体可以是利用丙烷、丙烯、异丁烯、丙烯醛、或异丁烯醛的气相催化氧化反应生产(甲基)丙烯酸或其酯的过程中所用的气体，也可以是该过程中排出的气体。例如，在利用气相催化氧化反应生产丙烯酸的情况下，除了得到希望的化合物以外，氧化反应生成的副产品为杂质。所以，这种生产需要利用分离其它组分的方法对目标化合物进行纯化的步骤以及进行其它步骤，例如通过使目标化合物逆流地与收集溶液接触而从气体中收集该目标化合物，接着将带有收集溶液的目标化合物供应到一个精馏塔中，由此分离和提取低沸点化合物和高沸点化合物。在这种过程中，在反应器中反应形成的并排出该反应器的气体和从精馏塔中排出的气体等在各个纯化步骤中均含有(甲基)丙烯酸以及在后面易于堵塞的物质。由于气相催化氧化反应本身是放热反应，并且在这种高温下的反应形成气体，所以在后面步骤进行的精馏运行通常在于进行热交换的操作，例如将溶液加热到高于沸点的温度或对回流处理产生的溶液进行冷却。在该过程中产生的气体的一部分可以重新循环，以便将其用于该过程的其它步骤。这些步骤总要产生作为废料的排放气体，而且这种气体可能会夹带易堵塞物质。在最后处理以前以及在要将这种有待排放的气体排到大气中以前，也可以用热交换器对该有待排放的气体进行冷却，或进行其它处理以后再排出。热交换处理不仅用于对气体加热或冷却，将气体温度调节到使该气体能在后面的步骤中得到使用的温度，而且还在于回收气体的热能，而该气体本身已不再需要。因此本发明的方法不仅适用于在特定化合物生产过程中排出的排放气体，而且广泛地用于各种含有易堵塞物质的气体。顺便加一句，本发明的方法特别适用于处理生产(甲基)丙烯酸及其酯的过程中形成的排放气体的装置。由于这种生产过程产生大量的易堵塞物质，以及整个过程单独地放出高温气体，和需要利用相邻区域热量的气体，所以这两种气体之间的热交换效率很高。
本文所用的“含有易堵塞物质的气体”一词并不需要专门进行判别，只要它会堵塞板式热交换器即行。当将该气体引入热交换器中时，只需要该气体处于气态。它也可以含有液态物质或漂浮的固体物质。下面可以列举作为研究物质的具体例子：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸及其它们的酯、苯乙烯和丙烯腈。这种气体还可以含有高沸点物质、溶剂、升华物质和其它混合物。在生产丙烯酸和丙烯酸酯的情况下可以列举堵塞物质的具体例子：除了丙烯酸和丙烯酸酯以外，还有丙烯醛、马来酸、对苯二酸和甲醛水-混合物质，甲醛水-混合物质为通过气相催化氧化反应生产丙烯酸时的副产品。
具体可以列举有：在一个装置中，例如在一个具有氧化丙烯的反应器或氧化丙烯醛的反应器的处理装置中对(甲基)丙烯酸进行气相催化氧化处理过程中产生或使用的气体；在一个装置中生产(甲基)丙烯酸及其酯或马来酸过程中产生的气体；以及对处理气体进行精制的步骤中排放出的气体，该处理气体是在上述气体中回收了目标化合物以后留下的气体。
由于本发明方法在引入板式热交换器中的至少一种气体中含有易堵塞物质时特别有效，所以不需要将两种相互换热的气体均规定为生产特定化合物的步骤中得到的排放气体。在热交换场所附近产生或使用的气体之间进行的热交换非常有效，这是因为损失的热量相当小。通过气相催化氧化反应生产(甲基)丙烯酸的过程中产生的两种气体进行的热交换可以作为一般例子进行说明。
图8示出的是生产丙烯酸的过程。现在参见图8，1是热交换器，10是气相催化氧化的反应器，11和22均是热交换器，20是丙烯酸收集塔，21是填料，23是收集溶液，24，25，33和45是废气，26是罐，30是低沸点物质分离塔，31和41均是冷凝器，32是再沸器，40是高沸点物质分离塔，42是再沸器，43是作为产品的丙烯酸，44是排放的有机物质。将原料气体供应到气相催化氧化的反应器(10)中，在丙烯酸收集塔(20)中进行处理，以便用收集溶液收集丙烯酸，然后使其通过低沸点物质分离塔(30)和高沸点物质分离塔(40)进行纯化。此后通过高沸点物质分离塔(40)顶部得到生产出的丙烯酸。
气相催化氧化(甲基)丙烯酸的过程中，作为对装置中产生或使用的气体进行热交换的具体例子是：在(i)一种混合气体和(ii)一种气体之间进行热交换，混合气体为选自含分子氧的气体，气流和具有丙烯的惰性气体的至少一种物质的混合气体，而所述(ii)气体是由反应形成的气体，该气体从催化氧化反应器中排出。氧气可以用作含分子氧的气体，氮气，二氧化碳气体等可以用作惰性气体，空气可以用作含分子氧的气体和惰性气体的组合物。这里所涉及的惰性气体包括如下情况：很少使用的气体组分，这是在从气相催化氧化(甲基)丙烯酸的反应过程形成的气体中除去例如(甲基)丙烯酸一类的经济组分以后留下的气体组分，以及这种气体组分与上述惰性气体的混合物。
另外，在生产(甲基)丙烯酸的过程中产生的废气和通过使气体经受氧化处理所得到的气体之间也可以进行热交换。图7示出的是带有板式热交换器的装置的流程图，该装置用于对催化氧化反应过程中排出的废气进行处理。现在参见图7，110是催化氧化的反应器，120是第一板式热交换器，103是第二板式热交换器，140是热回收设备，150是存储器，160是用于废气的风机，170是用于再循环的风机，180是温度调节阀，190是温度调节阀。下面结合图7描述利用本发明方法处理废气的装置的一个实施例。除了在“含有易堵塞气体的废气”和“其它气体”之间用板式热交换器进行热交换的能力之外，上述装置不受限制地，同时，利用属于该装置的催化氧化反应器将废气中所含的燃料烧尽。该装置可以有两个或更多的热交换器，除了热交换器和催化氧化反应器外，该装置还可以有一个风机，一个流量调节器，一个温度调节器等。作为本发明使用该装置的一个较佳应用例子，可以对图8所示的废气24，25，33和45的预热进行描述。为了预热“废气”，将氧化分解反应产生的热能用作“废气”和“氧化分解产生的气体”之间进行热交换的热能。例如利用风机160将废气通过热交换器120和130传送到氧化反应器110中，废气中的可燃物质在反应器110中受到氧化燃烧处理。作为在热交换器120和130中与废气进行热交换的其它气体，用的是氧化反应器110中排出的分解气体。由于氧化反应器110中的催化氧化是放热反应，氧化反应器中排出的气体带有大量热能，所以将该热能用于对引入氧化反应器的废气进行预热。合适地布置一些管道就可以形成用于实现热交换所需要的废气和氧化分解反应所得到的气体的流路。在图7所示的装置中，可以将氧化反应器110中排出的一部分气体引入热交换器130，通过调节控制阀180和190，利用再循环风机170使部分气体循环回到反应器110，部分气体引入回收设备140。从氧化反应器排出的分解气体可以用来预热废气，同时可以通过热交换器120降低其自身温度，最后当将其从存储器150中排出时，就可以使其具有合适的温度。
作为生产丙烯酸的过程中产生的废气的具体例子可以列举有：除了在下面的步骤中对气相催化氧化反应器中生成的气体精炼后留下的剩余气体外，不管气相催化氧化步骤，仅在纯化步骤中排出的气体。在该例子中，也可以用其它气体，条件是这些气体中含有排放气体。
在具有作为加热器和／或冷却器的板式热交换器的用于处理含有易堵塞物质的气体的装置中，含有易堵塞物质的气体堵塞板式热交换器的原因在于：1)易堵塞物质粘到板上，2)易堵塞物质的体积增大，和3)在相邻板之间形成大量桥。
对于防止堵塞的本发明来讲，要求设定1)为了防止形成大量易堵塞物质的桥，将板的流路宽度设定在6-25mm范围内，最好是8-20mm，和2)为了提高清除粘附物质的效率，更多地获取所通过的气体的能量，将流过板的流路中的气体的每单位截面积的平均流量设定在3-15m／s，最好为5-12m／s。
可以防止堵塞的本发明板式热交换器的板的形状并不受到特别限制。除了通用的平板外，也可以用各种形状的板，例如波纹板。这些板的入口部分通常由平板构成，这是由于其制造方便的缘故。
只要能够防止进行热交换的两股气流混合和在它们之间进行期望的热交换，板的设计不受到限制。除了进行逆流式和并流式的流动外，进行热交换的两股气流可以如图1所示的那样垂直流动。
图2是说明板式热交换器中的板和气体流路之间的关系的示意图，这是相互关系的一个例子。为了用板使两种气体之间进行热交换，至少需要两个气体流路。其中一个流路是通过用板1b和1c以及垂直板4a和4b围住该流路形成的。气流A在该被板1b和1c以及垂直板4a和4b围住的流路中向下流动。在图2中，假定气流A含有易堵塞物质的气体。
所述板是通常由不锈钢板一类的薄金属板制成的传热板，当需要考虑例如流动行程，强度和加热表面的面积等特性时，则板具有不平的表面(未示出)。当通过板1b和1c的介质换热时，气流A向下通过如上所述的流路，而不与另外的流路B1和B2混合。另一股气流B1从前面向后面流过被板1a和1b以及侧板2a和2b围住的流路，通过板1b的介质与气流A进行热交换，而没有与其它气流混合。同样，还有另一股气流B2从前面向后面流过被板1c和1d以及侧板2c和2d围住的流路，通过板1c的介质与气流A进行热交换，而没有与其它气流混合。
在这种板式热交换器中，当用于通过板进行热交换的气体是含有易堵塞物质的气体时，该气体流过的流路可能会出现被易堵塞物质堵塞的问题。本发明防止易堵塞物质堵塞板的方案在于：将板的用于使含有易堵塞物质的气体通过的流路的宽度“W”以及板的流路中每单位截面积通过的平均气体流量设定到各自的特定范围内。
这里用的“板的流路宽度”一词指的是由各板形成的气体流路的口的宽度，也就是说图2中用W表示的部分。当板是波纹板而不是平板时，本发明考虑的板的流路宽度W为下述表示：
板的流路宽度W=(流路开口的与气流方向垂直的横截面的面积)／(流路开口的长度L)
可以用图2的相关符号根据下式表示板的流路中每单位截面积通过的平均气体流量：
平均流量=(板的入口中的气流体积)／(板的流路宽度W×流路口的长度L×(流路的个数))
如果板的流路宽度小于6mm，则易堵塞物质易于在相邻板之间形成桥。反之，如果宽度超过25mm，则在含有易堵塞物质的气体的平均流速降低和加热表面板1b和1c上的沉积物的黏度增大，这种过大是不利的。从经济的角度来看，这种过大也是不利的，例如板的传热效率降低，需要增加热交换器的尺寸。通过减少热交换器中的流路数量或减小流路开口的长度就可以防止气体平均流速的降低。但是这种方案并不经济，其原因在于需要在含有易堵塞物质的气体的流动方向上添加一些板，以便保证用于热交换的加热面积，迫使相关设备产生很大的压力损失，使风机和其它设备的尺寸增大，因而提高了装置的运行费用。
对于防止热交换器被易堵塞物质堵塞的本发明来讲，要求将板的流路中每单位截面积通过的平均气体流量设定到3-15m／s。如果平均流速小于3m／s，则这种过小产生的问题在于使得板的传热系数降低，不能充分进行热交换，加热表面板上的堵塞物的粘度增大。反之，如果平均流速大于15m／s，则这种过大产生的问题在于因板的流路宽度变小而使得板上的堵塞物的粘度增大。从经济的角度来看，这也是不利的，例如迫使设备产生很大的压力损失，使风机和其它设备的尺寸增大，因而提高了装置的运行费用。通过减少流路的数量或减少板式热交换器的流路长度就可以增大板的宽度W。但是这种方案的不足之处在于需要在含有易堵塞物质的气体的流动方向上添加一些板，以便保证用于热交换的加热面积，同样也会迫使相关设备产生很大的压力损失。
本发明仅是需要将板式热交换器的板的流路宽度设定在6-25mm范围内和将通过板式热交换器的板的流路中每单位截面积的平均气体流量设定到3-15m／s。而不需要对板的流路的横截面尺寸进行任何限制或对流路的数量进行限制。
另外，板式热交换器旨在使两股气流之间进行热交换，即用于加热或冷却给定气体。因此可以随意选择含有易堵塞物质的气流和其它气流中的各种气体以及这些进行热交换的各气流的方向。具体地说，当含有易堵塞物质的气体进行热交换时，只要含有易堵塞物质的气体的流路仅满足上面所述的板的流路宽度的要求和通过板的流路中每单位截面积的平均气体流量的要求即可。在图2中，板的流路宽度和平均气体流量定义为含有易堵塞物质的气体，将其取为气流A。当由总是含有易堵塞物质的气体形成另一种气流B1和B2时，通过使这两种气流B1和B2满足上述规定，就可以实现本发明所期望的防止板被堵塞的作用。
在使含有易堵塞物质的气体进行热交换的板式热交换器的运行中，本发明的第二方面在于通过在板式热交换器的用于引入易堵塞物质的气体的入口中设置一个气体扩散板，从而防止板式热交换器被易堵塞物质堵塞的方法。
根据本发明，通过在热交换部件中均匀扩散热交换气体，特别是在热交换气体为含有易堵塞物质的气体时，就可以提高热交换系数，由于均匀扩散，就可以防止含有易堵塞物质的气体得到部分冷却或部分加热，并防止产生和粘结堵塞物质。通常，在纯化易于聚合的物质时，有时看到将聚合抑制剂添加到纯化塔中。它们通常是高沸点物质。所以，含有易堵塞物质的气体并不含有足够的聚合抑制剂。当该气体得到部分冷却时，易于聚合的物质会因冷凝而发生堵塞。在热交换系数并不一致和冷凝液在局部范围有比较长的时间不流动的情况下，比较容易出现冷凝和发生堵塞。反之，当气体部分加热时，温度的上升使得易于聚合的物质的聚合性能加强，导致该物质变成堵塞物质。所以，当引入的气体是易堵塞物质时，气体均匀扩散以后进行热交换就可提高换热系数，防止产生堵塞物质。至今都认为结构中添加物质可以增加与含有易堵塞物质的气体的接触面积，加快部分冷凝和使液体滞流。本发明已经发现在气体入口和热交换部件之间设置气体扩散板可以非常有效地防止被易堵塞物质堵塞的发生。
所以，本发明第二方面的防止堵塞的方法可以体现在将气体扩散板设置在本发明第一方面的防止堵塞的方法中所用的板式热交换器中。即使将扩散板设置在与本发明无关的板式热交换器中，在热交换期间也可以防止被易堵塞物质堵塞。下面将结合设置的扩散板描述本发明。
在本发明中，最好在板式热交换器的用于引入含有易堵塞物质的气体的入口中设置气体扩散板。该气体扩散板的横截面积最好是气体入口的横截面积的1-10倍。气体入口和气体扩散板之间的距离最好是气体入口的直径的0．5-3．0倍，气体扩散板和热交换部件之间的距离是气体入口和气体扩散板之间的距离的1．0-5．0倍。所以，气体扩散板最好是开孔的板，开孔比例为10-60％。此外，开孔板上的各孔的面积约为20-1000mm2。现在具体描述上述规格。
如图3所示，本发明的防止气体产生沟流的气体扩散板设置在用于将含有易堵塞物质的气体引入板式热交换器的入口中。虽然采用相同的方法使气体扩散板成为开孔板，但气体扩散板并不限于此。由于适当地考虑了扩散板自身对防止堵塞的作用，所以使选择的扩散板最好有尽可能宽的流路，而且使其具有简单的结构。现在参见图3和6，10表示壳体，11是气体出口，12是气体入口，22是含有易堵塞物质的气体的入口，23是排放含有易堵塞物质的气体的出口，30是热交换部件，32是板，40是气体扩散板，42是扩散板的支承。
本发明将气体扩散板设置在气体入口和热交换部件之间。气体扩散板的横截面积是气体入口的横截面积的1．0-10．0倍比较理想，1．2-8．0倍更好，1．5-6．0倍最佳。气体入口的横截面积比热交换部件的小，从而可以使其与一个能将气体引入处理该气体的装置的气体管道连接。热交换部件的横截面积通常是气体入口的横截面积的2-100倍。规定上述范围的理由在于当气体扩散板的横截面积低于1倍气体入口的横截面积时，部分气体就会泄漏扩散，所以气体扩散板很难使足量的气体扩散，而当气体扩散板的横截面积超过气体入口的横截面积10倍时，扩散板就会堵塞。
气体扩散板也可以没有通孔。但是当开孔时，就能够很均匀地使气体扩散。具有这种通孔的开孔板示于图4中。这里所用的扩散板的开孔率为10-60％，20-55％比较理想，最好为40-50％。如果开孔率小于10％，则这种过小引起的问题在于不能适应于板上的开孔使气体均匀扩散，从而使扩散板堵塞。反之，如果开孔率大于60％，则这种过大引起的问题在于使通过扩散板的气体量增加，这样就会阻碍气体均匀扩散。“气体扩散板的横截面积”一词指的是开孔率为0的平面部分的表面积。当气体扩散板上具有若干图4所示的开孔时，平面的实际表面积由下式给出：
横截面积×(100-开孔率)／100。开孔率由下式给出：
(开孔的表面积×100)／气体扩散板的横截面积。
图4给出的是一块上面开有若干圆形通孔的正方形板。本发明的气体扩散板只要求是平板形式。而板的形状可以是圆形，椭圆形，三角形，矩形等。在板上的通孔可以是三角形，矩形，圆形和椭圆形。虽然最好将孔均匀分布在气体扩散板上，但并不要求这些孔的形状全部相同。图5示出的气体扩散板具有不同直径的圆孔。图5示出的是本发明分布的不同尺寸的孔。
本发明所用的扩散板上的孔的尺寸比较理想的是20-1000mm2，50-700mm2更好，100-500mm2最好。如果该尺寸小于20mm2，则这种过小引起的问题在于造成孔的堵塞，最终不能使气体在热交换部件中进行均匀的扩散，并会使热交换部件堵塞。反之，如果该尺寸大于1000mm2，则这种过大引起的问题在于在过了一定的时间以后气体扩散板也不能使足够的气体扩散，并会使热交换部件堵塞。
通常，通过改变气体扩散板的安放位置就能改变气体的扩散。下面结合图6描述本发明所用的气体扩散板的安装情况。在本发明中，气体入口和气体扩散板之间的距离(Ln)是气体入口的直径(An)的0．5-3．0倍，比较理想的是0．6-2．5倍，最好是0．8-2．0倍，同时，气体扩散板和热交换部件之间的距离(Lt)是气体入口和气体扩散板之间的距离(Ln)的1．0-5．0倍，比较理想的是1．1-4．0倍，最好是1．2-3．0倍。如果距离(Ln)小于0．5倍直径(An)，则这种过小引起的问题在于造成进入气体入口的气体在不扩散的状态下撞击气体扩散板的表面，因而就会堵塞气体扩散板的表面。反之，如果该距离大于直径(An)的3．0倍，则这种过大引起的问题在于造成使气体不能充分扩散，其原因在于没有足够的气体与气体扩散板接触。此外，如果距离(Lt)小于1．0倍距离(Ln)，则这种过小引起的问题在于在离气体扩散板最近的热交换部件中不能有足够的气体扩散。反之，如果该距离(Lt)大于5．0倍距离(Ln)，则这种过大引起的问题在于需要加长热交换器的通道。不应将气体入口的形状限定为圆形，也可以是三角形或多边形。当气体入口为圆形时，气体入口的直径指的是其内径。当气体入口的形状不是圆形时，由下式给出数值：4×气体入口的横截面积／气体入口的内周长度，该数值用作计算气体入口和气体扩散板之间的距离(Ln)的当量内径。气体扩散板最好与最靠近该气体扩散板的热交换部件的气体接触表面平行或基本平行。
本发明所用的板式热交换器具有气体扩散板。如图6所示，用一个或多个气体扩散板的支撑将扩散板悬挂起来就可以方便地设置该气体扩散板。在对含有易堵塞物质的气体进行热交换的地方，装置本身最好在气体入口和热交换部件之间不安插其他构件。假如有的话，则在含有易堵塞物质的气体与此构件接触时，含有易堵塞物质的气体就会粘附到该构件的表面上，并且在上面堆积，这样就有可能形成桥。为了均匀地使引入的气体扩散，可以在上述范围内设置多个这样的扩散板。
气体扩散板和该气体扩散板的支撑最好用钢材制成。这种公知的钢材例如有奥氏体钢材，奥氏体铁素体型钢材以及铁素体形钢材均可用于制造，这是因为这些材料本身的可焊性。选择这些材料的原因在于这些材料不会与易堵塞物质起反应，不会使易堵塞物质的性能发生改变，而且不会侵蚀传热板。
由于具有气体扩散板，所以本发明不仅可以使气体扩散，而且可以防止易堵塞物质形成堵塞。
在本发明中，除了按照上面的方式选择板的宽度和气体在板的流路中每单位截面积的平均流量外，另外要在板式热交换器中使用温度高于气体露点的气体，最好是不低于露点+5℃的气体，这种气体有利于减轻易堵塞物质粘附到板式热交换器上。选择温度的原因在于当温度低于露点时，液滴会粘附到板的表面上，易堵塞物质就会通过液滴介质粘附到板上。通过在靠近含有易堵塞物质的气流的板之间使气体保持在干燥状态，就可以防止易堵塞物质粘附到板上，从而防止其堆积。
实施本发明方法的装置最好是对生产(甲基)丙烯酸或其酯的过程中放出的气体进行处理的装置。特别是最好按照下述顺序实施该方法：先将废气引入板式热交换器中，然后用一个氧化反应器使废气中的易燃物质氧化，并将反应器中排出的气体送到热交换器中，使废气与排出的气体之间进行热交换。
由于在生产(甲基)丙烯酸或其酯的过程中产生含有易堵塞物质的气体，所以最后放出的废气中含有成为易堵塞物质的易燃气体。当该废气排放到大气中时，由于易堵塞物质有令人讨厌的气味及其自身的物理性能，所以它对环境造成了污染。由于废气的有害影响，所以建议对其通过氧化分解处理以后再将其排放掉。因此，为了有效利用热能，用本发明方法防止堵塞是有效的。
试验
下面结合运行例子具体描述本发明。
试验
下面的例子都是根据例如通过气相催化氧化生产作为含有易堵塞物质的气体丙烯酸的生产过程进行的，然后在对生成的丙烯酸进行纯化时，通过利用纯化步骤放出的废气对热交换器进行实验，从而确定气体是否在热交换器中堵塞。
所用废气的各组分的体积含量为：0．5-1．0％的碳氢化合物，0．5-1．0％的一氧化碳，1．0-1．5％的二氧化碳，15-25％的蒸汽，0．5-2．0％的氧气，0．2-0．5％的易堵塞物质，例如有机酸，剩余的是氮。
图7示意性地表示带有板式热交换器的用于处理催化氧化反应过程中排出的废气的装置的工作流程的一个例子。用一个废气风机迫使上述组分的废气(温度为60℃)通过第一板式热交换器(其中含有易堵塞物质的气体的最低温度为60℃，其它气体的最低温度为100℃)和第二板式热交换器(其中含有易堵塞物质的气体的最低温度为150℃，其它气体的最低温度为200℃)，用催化氧化反应器烧掉气体中的易燃物质。热交换器的板都是用不锈钢(SUS 304)制成的。在催化氧化反应器中，采用公知的氧化催化剂用于烧掉气体中的可燃物质，该催化剂中有象铂和钯一类的贵金属作为活性组分。通常可以用具有象锰和钴一类的重金属作为活性组分的氧化催化剂加以取代。因此从反应器中排出的一部分气体通过第二板式热交换器，用于对废气进行预热。排出的气体进入再循环风机，通过适当调节阀180和190向前到达催化氧化反应器或下面将要具体描述的热回收设备。从反应器中排出的其余废气进入热回收设备。从热回收设备排出的气体通过第一热交换器，在该热交换器中用于对废气进行预热，然后通过烟道排出。顺便加一句，在第一板式热交换器中，含有易堵塞物质的气体的露点温度为55℃。
在将含有易堵塞物质的废气引入各个板式热交换器中的入口中，设置一个扩散板，其横截面积是气体入口的横截面积的1．3倍，开孔比例是25％，通过钻孔后在板上形成的各个孔的面积是490mm2，扩散板所处的位置是使气体入口与扩散板之间的距离等于气体入口直径的0．6倍，使扩散板和热交换器之间的距离为气体入口和扩散板之间的距离的2倍。
将堵塞度用作评估防止板式热交换器堵塞的标准。考虑到不同尺寸的板式热交换器和需要处理的气体量，将堵塞度定义如下：
堵塞度(mg／Nm3)=粘到板式热交换器上的沉积量(mg)／处理的总气体量(Nm3)
对第一板式热交换器进行了堵塞实验。其结构示于下面的表1中。
表1
样品 板的流路宽度(mm) 平均流量(m／s) 扩散板 堵塞度(mg／Nm3) 评价
1 8．0 5．6 有 <0．01
2 6．0 3．6 有 0．06
3 5．0 4．3 有 0．89 第二天开始有压力损失，第八天停止
4 8．0 2．7 有 0．86 第二天开始有压力损失，第十二天停止
5 8．0 5．6 无 0．03
6 5．0 4．3 无 1．03 第一天开始有压力损失，第三天停止
表1中的样品6为比较用的样品。
在这些没有具体说明的样品中，在运行停止一个月后对沉淀物秤重。样品5和6上形成的沉淀物并不均匀。而在其他样品的板上均匀地形成沉淀物。

Claims (10)

1．在一种带有用作加热器和／或冷却器的板式热交换器的装置中提供一种防止该板式热交换器堵塞的方法，所述装置适用于对含有易堵塞物质的气体进行处理，其特征在于
i〕将装置中的板式热交换器的板的流路宽度设定在6-25mm范围内，和
ii〕将流过装置中的板式热交换器的气体在板的流路中每单位截面积的平均流量设定在3-15m／s。
2．通过使用板式热交换器对含有易堵塞物质的气体进行热交换的方法，其特征在于
i〕将装置中的板式热交换器的板的流路宽度设定在6-25mm范围内，和
ii〕将流过装置中的板式热交换器的气体在板的流路中每单位截面积的平均流量设定在3-15m／s。
3．根据权利要求1或2所述的方法，其中所述板式热交换器的用于引入含有易堵塞物质的气体的入口具有气体扩散板。
4．在通过使用板式热交换器的易堵塞物质的热交换中提供一种防止该板式热交换器堵塞的方法，其中所述板式热交换器在用于引入含有易堵塞物质的气体的入口内具有气体扩散板。
5．根据权利要求3或4所述的方法，其中所述气体扩散板的横截面积是所述气体入口的横截面积的1．0-10．0倍，和所述气体入口和所述气体扩散板之间的距离是所述气体入口的直径的0．5-3．0倍，所述气体扩散板和所述热交换部件之间的距离是所述气体入口和所述气体扩散板之间的距离的1．0-5．0倍。
6．根据权利要求3-5任一项所述的方法，其中所述气体扩散板是开孔的板，其开孔比例为10-60％，和所述开孔板上的各孔的面积为20-1000mm2。
7．根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述板式热交换器中的含有易堵塞物质的气体的温度高于所述气体的露点。
8．根据权利要求1、3-7任一项所述的方法，其中所述装置用于(甲基)丙烯酸气相催化氧化反应过程中的热交换。
9．根据权利要求1、3-8任一项所述的方法，其中所述装置用于对(甲基)丙烯酸或其酯的生产过程中排出的废气进行处理。
10．根据权利要求9所述的方法，该方法包括如下步骤：先将所述废气引入所述板式热交换器中，然后将所述废气中的可燃物质氧化分解后生成的排放气体送到所述热交换器中，使废气与排放气体之间进行热交换。
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