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有机合成不锈钢反应釜加热器优化

来源:杭州惠合机械设备有限公司  发布日期:2017-05-22  点击次数:736

  1.不锈钢反应釜技术优化的目的

不锈钢反应釜

不锈钢反应釜

  节约蒸汽资源,消除安全隐患,稳定工艺操作,创造良好工作环境。

  降低成本,合理分配现有动力能源。

  现用设备的工艺概述及流程概述

  2.1不锈钢反应釜预处理水解工艺流程

  预处理按照其工艺的要求将原辅料加入后,利用盐酸对发酵液进行pH调节至工艺控制点,对预处理后的发酵液加热到85±2~C,然后经过维持罐保温半小时,再经冷却器,降温至45—55℃,至水解罐,通过离心机分离过料。

  2.2现有设备及流程的概述

  合成环节的加热设备依靠一台连消塔,规格型号为DN250,它的原理与结构是:料液依靠泵的压力通过不锈钢反应釜塔底部进入反应釜塔筒体中,然后,在反应釜塔底部的变径处,通人蒸汽,料液与蒸汽进行混合升温,最终将发酵液中对细胞起支撑和保护作用的细胞壁和细胞膜打碎。

  在加热器加热后,维持罐要维持温度在85±2℃,时间为20—30min,因为在维持罐中未装温度显示仪,此时温度监控是一个盲点。物料从维持罐底部进入,依靠连销不锈钢反应釜塔中的蒸汽与物料泵的压力从维持罐顶部直接到达冷却器,并利用循环水来达到降温的目的,使冷却器中的物料温度达到45—55℃。

  与以往加热设备的优劣对比

  3.1板式换热器

板式换热器

板式换热器

  板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道,通过半片进行热量交换,其优点是:换热面积大,不易积垢,加热速度快;缺点是:易堵塞,这对于发酵液的预处理来说是最大的障碍,由于发酵液在加入硫酸锌、聚合氯化铝等絮凝剂后形成的料液较粘稠,通过间隙较小的板式换热器,就易产生堵塞,影响生产进度和工作量。

  3.2管壳式换热器

  管壳式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。管壳式换热器的换热面积大,但热损失也比较大,管束壁会直接影响传热速度,另外,预处理时需用盐酸调pH值至5左右,显酸陡,对罐体的腐蚀大,一般来说pH值越小,它的腐蚀就越大,温度每提升10℃,对管束的腐蚀就会增加一倍,再加上管壳式换热器管束不易清洁,而料液粘度大,所以会经常出现管束堵塞,造成加热不均,影响生产进度。

  3.3塔式加热器

  有机合成不锈钢反应釜目前采用的是这款加热设备,结构简单,蒸汽直接与物料结合,使物料升温快,但在升温过程中,产生巨大的真空流,使噪音增大,震动增大,带压高达0.3MPa的蒸汽压力,由于震动而易使阀芯垫变形最终造成跑料,同时法兰垫变形,存在着蒸汽泄漏伤人的安全隐患,而且体积很大的塔腔,容易使物料不能均匀受热,产生局部过热过冷的现象,因为在DN50管道受热后进入到DN250的不锈钢反应釜塔体内,这样一个巨大的变径缓冲区间内,易使物料受热不均匀,这对于整体的物料合成产生不利影响。

  优化方案

  4.1方案概况

  在综合以上加热设备优劣点同时结合物料特性的基础上,初步的优化方案是:将现用不锈钢反应釜塔体加热换为喷射器加热,杜绝现有设备的噪音和震动的问题;在现维持罐中加设一温度显示仪,加装串联一台维持罐,解决现有维持时间较短的弊端。另一方面,喷射器安全可靠,热交换性能稳定,热损失小,能使压力能转变为速度能,对于粘稠的预处理发酵液进行加热,受热均匀,改变其他加热设备易堵塞、热损大、受热不均匀、存在安全隐患等弊端。第三,现有的冷却器,用两路的常温饮用水进行降温,这样对高达85~C的物料来说降温效果不明显,建议在原有水降温的基础上并联一根一10冷冻水管道,在冷冻机开启的情况下,采用冷盐水进行降温,这样即节约了一次水,又使冷冻盐水最大化地加以利用,改造后的工艺流程图如图1。

  4.2主要设备原理及结构概况

  4.2.1喷射器

  利用流体来传递能量和质量的真空获得装置,采用有一定压力的蒸汽流通过对称均匀并呈一定侧斜度的喷嘴喷出,聚合在一个焦点上。由于喷射蒸汽流速特别高,将压力能转变为速度能,使吸气区压力降低产生真空,数条高速水流将被抽吸的气体攫走,经过文氏管收缩段与喉径充分混合压缩,进行分子扩散能量交换,速度均衡。

  4.2.2喷射器结构

  它是由蒸汽室,喷嘴座、喷嘴、混合室、吸入室、拆散室构成,它主要是在吸人室将物料与蒸汽进行瞬间混合并加热,利用真空的原理,将物料吸入,并在混合区进行混合,在与扩散室的中间变径部分使之产生一定压力使之在扩散区完成加热的过程。

  优化效果

  (1)符合现有生产工艺,只需在喷射器蒸汽阀门的开启度上进行调节。(也可以采用智能控制喷射器,但此种较为昂贵,为节省成本,暂不用智能控制喷射器。)

  (2)由于喷射器结构的独特性,能将压力能转换为速度能,并在狭小的混合室将物料进行加热,因而其加热效果均匀,同时通过细小蒸汽喷嘴将蒸汽分成均匀的气流决定了物料的加热速度。

  (3)目前的维持罐是5m3,对于连续生产与连续加热来说,维持时间可能过短,这都缘于用喷射器替代加热塔后提高了物料的流通速度。

  (4)在冷却环节,改造以后并联一路冷盐水管道,与物料方向相逆运行,这样在冷冻盐水充足的情况下,单一应用冷冻盐水降温,达到工艺要求45℃左右的目标。冷冻盐水与一次水的并联,保证在一方不充足情况下的补充与应急。

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