强放热反应（温度维持在160）余热利用大讨论

aihuang

有点长，感兴趣的朋友不妨耐心看完。

我公司一强放热反应，反应温度维持在160摄氏度，反应中产生大量的反应热（1.5*10的七次方千焦/小时，即每小时可以把5.6吨25℃的水变成130℃的低温蒸汽）。目前我公司是直接在反应器内采用冷却盘管换热，常温进水，出水温度130℃左右。反应器外边保温材料保温。现打算用该反应热制取低温蒸汽（有别的公司是这样副产低温蒸汽的，但是具体工艺不详，也不清楚所制备的蒸汽的温度和压力），但是目前却没有思路。

我们的反应器是圆柱形，内径4m，高20m，反应器内160℃的反应液高度在15m左右，无搅拌，鼓泡反应器，内部只有液态反应物料，外部有保温材料保温。为了维持反应的选择性转化率等，温度需要保持在160摄氏度。曾经考虑过将过热水直接闪蒸汽化一部分，汽化的气体经压缩机压缩，液态水再返回反应器内换热。但是由于过热水温度太低（通常130℃），汽化的比率太低（经计算，约为1/25），显然不经济。

个人觉得有一种比较可行的方式就是在保留反应器原有冷却盘管的基础上，增设夹套来制取蒸汽，这样肯定不会出现换热面积不够的情况。将盘管内的一部分高温热水通入夹套（通过液位计自动控制进入夹套的热水的量），夹套设一限压阀（比如3公斤），产生的蒸汽通过限压阀排出。夹套内过热水通过液位计维持在一定的液位。
夹套的面积很大，约等于内部冷却盘管的面积。这样的话，一方面盘管还可以吸收热量，维持反应的正常进行。另一方面，夹套内的过热水和反应液有温差，会吸收反应放出的热量而汽化，从而得到蒸汽。
大家觉得如何呢？

帖子发出来后，不少朋友都给出了很多意见，但是说的太笼统或是缺乏实际操作性。因为我们首要的目标还是要保证生产的稳定性和安全性，副产蒸汽只是提高经济性的一种方案。一方面不能对原有反应造成任何负面影响，另一方面在投入产出比上也需要仔细权衡的。


下面是各位热心的朋友们给的方案，直接复制过来的，大家可以参考参考。

1、可考虑如下方案：热水进反应釜，出釜的水进一高位放置的汽液分离器，得到蒸汽，用调节阀控制分离器的压力、液位，分离器下部的水用泵或位差再进反应器，位差进时考虑好位差的高度，补水时最好补热水以提高蒸汽的收率。只是若用这方案需要仔细核算换热面积。

回复：个人觉得这种方案的本质就是闪蒸，效率太低，另一方面投资也太高。

2、副产低温蒸汽是比较经济的，我公司也是这样利用余热的。我公司一般利用设备夹套副产蒸汽，粉煤气化炉和HCl合成反应炉都是这样做的，可供参考
回复：我也比较认可这种做法，只是粉煤气化炉和HCl合成炉内的温度都很高（在300℃以上），传热温差大，而我们的反应温度低（160），温差就太小了，造成夹套内过热水吸收的热量有限。不过好的方面是我们的夹套面积比较大，一定程度上可以弥补传热温差小的弊端。

3、可以在反应器加热热水回路安装一个压力调节阀，控制压力6.5公斤（160度水的饱和蒸汽压），压力高了水就汽化程为蒸汽排出。你还需要计算一下进水流量是多少，控制进水量免得把反应器壳程打满。最好在反应器壳程装个液位计看下里面有多少水位。

回复：谢谢！比较赞成你的观点。进水流量可以通过液位计自动控制。个人目前最为担心的就是怕总传热系数太低，吸收的热量太少，这样产生的蒸汽量就太小了。反应器壁材质为316L，10mm厚，反应器内介质粘度约0.2CP，基本没有污垢，因为有酸。反应器外，即夹套内是过热水，因为是软水，所以污垢应该很少。不知道总传热系数能有多少？

4、建议楼主：
（1）考虑外循环撤热，热量由废锅撤走；1 P4 H: X9 g  F% G+ N" L
（2）或采用热管反应器，即在反应器中加入多支热管，带走热量；
（3）把盘管改为列管，与反应器串起来，壳程产蒸汽；

回复：外循环存在泄漏、增加泵等不利因素。2,3点个人不是太懂这位朋友的意思，不知道能否有高人解释详细点？


5、反应物料/产品可否气化？如果可以，从气相冷凝发生蒸汽在将凝液返回反应器应该是一种比较可行的办法。

回复：呵呵，这是另一个地方的余热利用了。因为是鼓泡反应器，温度也较高，有大量有机物的饱和蒸汽压被不凝气体带走需要冷凝并返回反应器内。这块我们也在考虑中。

6、130度蒸汽对应的饱和压力差不多是2.8公斤绝压，可以用压力高于2.8公斤的液相水先进行换热，得到高温热水，这个热水的温度要高于130度，越高越好，然后进行减压节流汽化，如果你要130度的蒸汽，那么就节流至2.8公斤压力。蒸汽采出，液态水循环利用。

回复：这其实就是闪蒸，但是水的汽化焓太高，每次节流气话得到的蒸汽量相对于循环的热水来说太少，效率低。

7、楼主这个问题实际上就是个增设一台汽包和一台水管余热锅炉的事情，将内置冷却盘管更换成与汽包直接相连的的上升管和下降管即可，建议楼主安排与生产余热锅炉的厂家做深度的技术交流，个人意见：增设余热锅炉和汽包后，反应器温度会更加均匀和稳定，产品质量会更好。

回复：很深奥，还不太懂，正在努力学习中。。。



有没有大侠做过类似设计？见过或听说过类似装置？或者公司内有类似装置？或者有比较可行的方法或思路？主要是要有经济性。
最好能讲解下详细的工艺流程。
敬请大家讨论，拜谢~~~

chenhaijunsjy

说的不错,收藏乐

NXP071

个人觉得楼主方案可行，就是想问一下，这样的设计，设计时是在内部换热管移走热多，还是要在外部夹套换热多点？？