A solution to the problem of low efficiency of a shell-and-tube apparatus for cooling wastewater in the production of dichloroethane and vinyl chloride is being considered
shell-and-tube apparatus, reconstruction of the heat exchanger
Цех по производству винилхлорида мощностью около 224 тыс. т/г был запущен на АО «Саянскхимпласт» в 1982 г. на основе комплектной поставки оборудования и технологии фирм "Goodrich " (США) и "Uhde" (ФРГ). Технологическая схема установки выполнена в две производственные нитки, по принципу сбалансированного процесса получения винилхлорида из этилена.
Сточные воды, содержащие дихлорэтан, щелочь, кислоту, керосин и воду насосом подаются в выпарную колонну в количестве до 36 м3/ч, предназначенную для очистки сточных вод от органических примесей до остаточной массовой доли дихлорэтана в отпаренной воде не более 0,001 %.
В качестве горячего теплоносителя в колонне используется «острый» пар низкого давления, подаваемый в куб колонны противотоком, стекающей по тарелкам сточной воде. Температура в кубе колонны составляет 100-112 оС, давление – не более 0,05 МПа.
Поднимающийся пар нагревает воду. При этом происходит практически полное испарение и отгонка растворенного в воде дихлорэтана и легкокипящих компонентов. Парогазовая смесь из головной части колонны поступает в конденсатор, где происходит ее охлаждение и конденсация паров. Отпаренные сточные воды из куба колонны направляются в одноходовой кожухотрубчатый теплообменник, где охлаждаются оборотной водой и далее сбрасываются в канализацию.
Температура охлаждающей оборотной воды зависит от времени года. Например, при средней температуре атмосферного воздуха 23 оС температура оборотной воды на входе в теплообменное оборудование составляет около 28 оС, а при большей температуре воздуха может достигать 32 оС вместо принимаемых при проектных расчетах 20-25 оС. При таких значениях температур движущая сила процесса теплообмена существенно уменьшается и эффективность работы аппарата снижается. Также этому способствует постепенное засорение труб отложениями осадка по причине малой скорости потока в трубном пространстве.
С целью устранения выявленных проблем и обоснованного выбора варианта реконструкции холодильника, был выполнен поверочный технологический расчет аппарата.
В результате расчета общая площадь поверхности теплообмена, необходимая для охлаждения сточной воды в одноходовом аппарате, составила F1 = 440 м2. При этом фактическая площадь поверхности Fфакт= 317 м2, т.е. существует значительный дефицит теплообменной поверхности.
Предложено увеличить число ходов по трубам до 2. Расчеты показали, что в этом случае коэффициент теплопередачи увеличится в 1,4 раза и расчетная поверхность теплообмена составит F2= 312 м2, запас поверхности ΔF = 5 м2 или около 2 %. Гидравлическое сопротивление трубного пространства в результате увеличения скорости потока возрастает несущественно.
Сравнение основных результатов расчета представлено в таблице 1.
Таблица 1
Результаты расчета кожухотрубчатого холодильника
|
Расчетный параметр |
Число ходов по трубам |
|
|
1 |
2 |
|
|
Скорость потока оборотной воды в трубах, м/с |
0,137 |
0,28 |
|
Коэффициент теплоотдачи от оборотной воды к стенке трубы, Вт/(м2К) |
1068 |
1991 |
|
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К) |
672 |
948 |
|
Расчетная поверхность теплообмена, м2 |
440 |
312 |
|
Гидравлическое сопротивление трубного пространства, Па |
17300 |
18045 |
По результатам расчетов можно сделать вывод, что изменение числа ходов по трубному пространству до 2 является рациональным вариантом реконструкции аппарата. Однако, учитывая вероятность значительной погрешности при использовании интегрального метода расчета [1], запас поверхности теплообмена в 2 % может оказаться недостаточным. Для обеспечения большего запаса следует увеличить число ходов по трубам до 4.
1. Ul'yanov, B.A. Raschet teploobmennyh apparatov / B.A. Ul'yanov, V.Ya. Badenikov, B.I. Schelkunov, K.Yu. Patrushev. – Angarsk : AGTA, 2001. – 220 s.
