RU209511U1 - Узел перегрева олеума блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для получения серной кислоты и может быть использована в химической отрасли промышленности. Сущность полезной модели заключается в узле перегрева олеума блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума, который характеризуется тем, что представлен в виде кожухотрубного теплообменного аппарата, теплообменные трубки которого подключены к его входу и выходу олеума, при этом к выходу олеума подключен трубопровод для соединения с узлом расширения перегретого олеума, при этом трубопровод содержит дросселирующее устройство, а на выходе теплоносителя межтрубного пространства кожухотрубного теплообменного аппарата установлен регулирующий клапан. Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении риска выхода из строя компонентов блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам для получения серной кислоты и может быть использована в химической отрасли промышленности.

В качестве прототипа выбран блок выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума, который состоит из последовательно соединенных трубопроводом блока предварительного нагрева олеума и блока выпаривания серного ангидрида из олеума [US 8580224, дата публикации: 12.11.2013 г., МПК: С01B 17/88].

Недостатком прототипа является высокий риск выхода из строя компонентов блока выпаривания серного ангидрида из олеума из-за высокой коррозионной активности разогретого олеума в зоне кипения, которая периодически смещается из блока выпаривания серного ангидрида из олеума в блок предварительного нагрева олеума, вследствие чего испарение серного ангидрида происходит в блоке предварительного нагрева олеума или в трубопроводе, соединяющем его с блоком выпаривания серного ангидрида из олеума, а не в блоке выпаривания, что ввиду воздействия горячих паров серного ангидрида приводит к снижению долговечности блока предварительного нагрева олеума и трубопровода, а также снижению его надежности в целом, в результате чего требуется разработка решения, которое позволило бы исключить указанный недостаток и обеспечить стабильность кипения олеума именно в блоке выпаривания серного ангидрида из олеума, а не в других частях этого устройства.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости повышения надежности блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении риска выхода из строя компонентов блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Узел перегрева олеума блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума характеризуется тем, что представлен в виде кожухотрубного теплообменного аппарата, теплообменные трубки которого подключены к его входу и выходу олеума, при этом к выходу олеума подключен трубопровод для соединения с узлом расширения перегретого олеума, при этом теплообменные трубки имеют накатку, образующую на их внутренней поверхности кольцевые выступы, высота которых составляет от 0,01 до 0,08 наружного диаметра трубки, а их шаг составляет от 0,1 до 10 наружных диаметров трубки, при этом трубопровод содержит дросселирующие устройство, обеспечивающее возможность повышения давления олеума, при этом для обеспечения возможности поддержания заданной температуры олеума на выходе теплоносителя межтрубного пространства установлен регулирующий клапан.

Блок выпаривания серного ангидрида из олеума обеспечивает возможность перегрева олеума с последующей выпарки из него серного ангидрида. Блок выпаривания серного ангидрида из олеума состоит из последовательно соединенных узла перегрева олеума и узла расширения олеума. Узел перегрева олеума работает под большим давлением, чем узел расширения, за счет чего узел перегрева обеспечивает возможность повышения температуры поступающего из блока предварительного нагрева олеума выше значения его температуры кипения в узле расширения, которая может изменяться в зависимости от содержания в нем серного ангидрида SO₃.

Узел перегрева олеума представлен кожухотрубным теплообменным аппаратом с входом и выходом олеума и теплообменными трубками, обеспечивающими циркуляцию и нагрев олеума и подключенными к входу и выходу олеума кожухотрубного теплообменного аппарата. При этом вход олеума подключен к трубопроводу, соединяющему его с насосом, а выход олеума - к трубопроводу, соединяющему его с узлом расширения перегретого олеума. При этом для турбулизации потока олеума, снижения риска его закипания внутри теплообменных трубок и снижения риска выхода их из строя трубки могут иметь накатку, образующую на их внутренней поверхности кольцевые выступы.

Кольцевые выступы на внутренней поверхности трубок обеспечивают возможность повышения степени турбулизации потока олеума в пристеночном слое за счет циклического изменения давления во всем потоке олеума, движущегося через зоны трубки с кольцевыми выступами и через зоны трубки со впадинами между кольцевыми выступами, благодаря чему снижается риск закипания олеума в пристеночном слое. Высота кольцевых выступов составляет 0,01 до 0,08 наружного диаметра трубки, что обеспечивает снижение риска образования застойных зон потока олеума во впадинах между кольцевыми выступами. Выступы высотой менее 0,01 наружного диаметра трубки не оказывают существенного влияния на поток олеума, вследствие чего процесс его течения не отличается от процесса течения в гладкой трубе. Выступы высотой более 0,08 наружного диаметра трубки приводят к значительному росту гидравлического сопротивления и повышают риск закипания олеума внутри трубок.

Шаг кольцевых выступов составляет от 0,1 до 10 наружных диаметров трубки, за счет чего в широком диапазоне режимов работы может быть обеспечено оптимальное соотношение высоты выступов к ширине впадин, что положительно сказывается на степени турбулизации потока олеума, позволяя дополнительно снизить риск его закипания в пристеночном слое. В случае, если шаг кольцевых выступов будет составлять менее 0,1 или более 10 наружных диаметров трубки, то, ввиду либо слишком малого, либо слишком большого расстояния между кольцевыми выступами по отношению к их высоте, степень турбулизации потока в пристеночном слое будет недостаточной, а характер движения потока будет ламинарным, вследствие чего увеличивается риск закипания олеума и коррозии стенки трубки.

При этом трубки и корпус теплообменного аппарата могут быть выполнены из кислотостойкого металла, либо изнутри покрыты кислотостойким материалом. Для обеспечения перегрева олеума кожухотрубный теплообменный аппарат содержит вход и выход теплоносителя межтрубного пространства. Теплоносителем межтрубного пространства может быть пар, в том числе водяной пар. При этом для обеспечения возможности поддержания заданной температуры олеума на выходе теплоносителя межтрубного пространства установлен регулирующий клапан. При этом для дополнительного повышения точности регулирования температуры олеума на выходе, снижения риска его закипания внутри теплообменных трубок и снижения риска выхода их из строя, на выходе олеума может быть установлен датчик температуры олеума, а регулирующий клапан может быть снабжен контроллером, к которому подключен датчик температуры олеума на выходе. Вышеупомянутый контроллер может обеспечивать возможность открытия клапана в случае, если необходимо повысить температуру олеума на выходе и закрытия клапана в случае, если необходимо частично затопить межтрубное пространство и снизить температуру олеума на выходе. При этом для дополнительного повышения точности регулирования температуры олеума на выходе кожухотрубный теплообменный аппарат может содержать датчик температуры теплоносителя межтрубного пространства, подключенный к контроллеру регулирующего клапана.

Узел расширения перегретого олеума обеспечивает возможность снижения давления перегретого олеума и его закипания с целью отделения от него серного ангидрида. Узел расширения может быть представлен емкостью с входом для олеума и выходом для серного ангидрида SO₃. Емкость может быть выполнена из кислотостойкого металла, либо изнутри может быть покрыта или футерована кислотостойким материалом.

Узлы перегрева и расширения последовательно соединены посредством трубопровода. При этом вышеупомянутый трубопровод выполнен с возможностью повышения давления олеума в узле перегрева олеума. Для этого он содержит дросселирующее устройство, которое может быть представлено дроссельной заслонкой, краном, или клапаном. При этом для снижения риска выхода из строя компонентов установки для выпаривания серного ангидрида SO₃ из олеума за счет упрощения ее конструкции дросселирующее устройство может быть представлено дроссельной шайбой.

Дополнительно для снижения риска выхода из строя компонентов установки для выпаривания серного ангидрида SO₃ из олеума за счет повышения эффективности контроля производительности установки трубопровод, соединяющий блок предварительного нагрева и узел перегрева олеума, содержит насос, который может быть снабжен контроллером, а на выходе серного ангидрида из узла расширения могут быть установлены датчики температуры и давления, подключенные к контроллеру. Вышеупомянутый контроллер может обеспечивать возможность регулирования мощности насоса в зависимости от температуры и давления серного ангидрида на выходе узла расширения.

Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что блок выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума содержит последовательно соединенные трубопроводом узел перегрева олеума и узел расширения перегретого олеума, при этом трубопровод, соединяющий их, содержит дросселирующее устройство, обеспечивающее возможность повышения давления олеума в узле перегрева олеума, а узел перегрева олеума представлен кожухотрубным теплообменным аппаратом, содержащим вход и выход теплоносителя межтрубного пространства, при этом для обеспечения возможности поддержания заданной температуры олеума на выходе теплоносителя межтрубного пространства установлен регулирующий клапан, что позволяет повысить температуру олеума до точки выше его температуры кипения путем регулирования потока теплоносителя регулирующим клапаном и давления олеума дросселирующим устройством в трубопроводе и за счет резкого снижения его давления в узле расширения перенести зону его закипания из блока предварительного нагрева и трубопровода, соединяющего его с блоком выпаривания серного ангидрида из олеума, непосредственно в предназначенный для этого узел расширения, благодаря чему снизить риск возникновения локальных очагов закипания олеума в пространстве этих элементов и снизить негативное коррозионное влияние на них.

Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя компонентов блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума, тем самым повышается его надежность.

Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Полезная модель поясняется следующей фигурой.

Фиг.1 - схема установки для выпаривания серного ангидрида из олеума.

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути полезной модели ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая полезная модель ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом, а все параметры температуры и давления могут быть изменены в зависимости от компонентного состава олеума и концентрации в нем серного ангидрида.

Установка для выпаривания серного ангидрида из олеума состоит из блока предварительного нагрева олеума, представленного рекуператором 1, и блока выпаривания, представленного подогревателем 2 в виде теплообменного аппарата, содержащего теплообменные трубки (не показаны на фигурах) с углублениями и выступами на внутренней поверхности, электрический клапан 3 регулирования уровня конденсата и датчик температуры 4, и расширительным баком 5. Рекуператор 1 и подогреватель 2 соединены трубопроводом 6, а подогреватель 2 и расширительный бак 5 соединены трубопроводом 7. Трубопровод 6 содержит циркуляционный насос 8, а трубопровод 7 содержит последовательно установленные датчик 9 температуры и дроссельную шайбу 10. Расширительный бак 5 соединен трубопроводом 11 с рекуператором 1 и трубопроводом 6 с подогревателем 2, а на выходе расширительного бака 5 установлены датчики 12 и 13 температуры и давления полученного серного ангидрида, которые подключены к циркуляционному насосу 8, а датчики температуры 4 и 9 подключены к электрическому клапану 3.

Полезная модель работает следующим образом.

Олеум подается на вход рекуператора 1 и подогревается в нем до температуры 100°С за счет части отведенного по трубопроводу 11 олеума из расширительного бака 5. Подогретый олеум направляется по трубопроводу 6 в точку смешивания, в которой происходит объединение потока свежего олеума и олеума, циркулирующего по трубопроводу 11. Смешанный поток олеума с температурой 104,7°С циркуляционным насосом 8 под давлением 0,53 МПа подается в подогреватель 2, в частности во внутреннее пространство теплообменных трубок, где происходит нагрев и турбулизация потока олеума в пристеночном слое за счет кольцевых выступов и углублений трубок. При этом за счет изменения уровня конденсата греющего пара в межтрубном пространстве теплообменного аппарата с помощью клапана 4 регулирования уровня конденсата осуществляется изменение температуры олеума за подогревателем 2. При снижении температуры олеума, зарегистрированной датчиком 9, электрический клапан 3 открывается, а при увеличении температуры олеума - клапан 3 закрывается и межтрубное пространство теплообменного аппарата заполняется конденсатом пара, за счет чего нагрев олеума происходит менее интенсивно. Подогретый до температуры 112,3°С олеум пропускается через дроссельную шайбу 10, что обеспечивает снижение давления олеума до 0,28 МПа, вследствие чего происходит его вскипание в расширительном баке 5 и разделение серного ангидрида SO₃ и олеума. Производительность установки обеспечивается степенью перегрева олеума и скоростью циркуляции за счет управляющих сигналов, получаемых от датчиков 12 и 13 контроллером циркуляционного насоса 8. При этом за счет переноса зоны кипения олеума в расширительный бак 5 снижается его негативное коррозионное влияние на компоненты установки, в том числе на теплообменные трубки теплообменного аппарата и элементы трубопровода установки.

Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя компонентов блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума, тем самым повышается его надежность.

Claims (2)

1. Узел перегрева олеума блока выпаривания серного ангидрида из олеума установки для выпаривания серного ангидрида из олеума, характеризующийся тем, что представлен в виде кожухотрубного теплообменного аппарата, теплообменные трубки которого подключены к его входу и выходу олеума, при этом теплообменные трубки имеют накатку, образующую на их внутренней поверхности кольцевые выступы, высота которых составляет от 0,01 до 0,08 наружного диаметра трубки, а их шаг составляет от 0,1 до 10 наружных диаметров трубки, при этом к выходу олеума подключен трубопровод для соединения с узлом расширения перегретого олеума, при этом трубопровод содержит дросселирующее устройство, обеспечивающее возможность повышения давления олеума, при этом для обеспечения возможности поддержания заданной температуры олеума на выходе теплоносителя межтрубного пространства кожухотрубного теплообменного аппарата установлен регулирующий клапан.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что дросселирующее устройство, обеспечивающее возможность повышения давления олеума в узле перегрева олеума, представлено дроссельной шайбой.

Images