В статье приведен расчет двухходового кожухотрубчатого конденсатора паров ВДХ в процессе синтеза винилиденхлорида щелочным омылением 1,1,2-трихлорэтана.
Ключевые слова: конденсатор, винилиденхлорид (ВДХ), 1,1-дихлорэтилен, 1,1,2-трихлорэтан, дегидрохлорирование, известковое молоко, гидроксид кальция.
Винилиденхлорид относится к классу органических галогенсодержащих соединений и известен как 1,1-дихлорэтилен. Представляет собой бесцветную низкокипящую жидкость, которая обладает высокой реакционной способностью и легко полимеризуется. Поэтому в настоящее время используется в промышленном масштабе для производства ряда термопластичных полимеров, которые имеют большой спрос в изготовлении упаковочных материалов [1].
Наиболее актуальным методом синтеза винилиденхлорида в химической промышленности является щелочное дегидрохлорирование 1,1,2-трихлорэтана известковым молоком (гидроксидом кальция). Процесс омыления 1,1,2-трихлорэтана проходит по схеме:
На производстве аналоге получение винилиденхлорида ведется в непрерывном режиме. Дегидрохлорирование 1,1,2-трихлорэтана проводят в двух последовательно расположенных реакторах в интервале температур от 75 до 105 о С. Дихлорэтилен кипит при температуре 31,7 о С, поэтому в ходе синтеза он выделяется в виде паров. С целью охлаждения и конденсации паров используют конденсатор, конструкция которого представлена на рисунке 1.
Конденсация паров винилиденхлорида осуществляется в межтрубном пространстве, в трубное пространство подается этиленгликоль.
Проведен расчет двухходового кожухотрубного конденсатора для определения поверхности теплообмена, размера и числа трубок.
Температура паров винилиденхлорида на входе в конденсатор t н1 = 50°С, на выходе t к1 = 5 °С. Этиленгликоль поступает в теплообменник с начальной температурой t н2 = -10 °С, конечная температура t к2 = -5 °С.
Межтрубное пространство конденсатора разделяют на три зоны:
- Охлаждение паров ВДХ до температуры конденсации [2]:
Δt б = 55°С; Δt м = 41,7°С
- Конденсация:
Δt б = 41,7°С; Δt м = 36,7°С
- Охлаждение сконденсированного ВДХ:
Δt
б
=
Рассчитаем тепловой поток по зонам.
Охлаждение паров до температуры конденсации:
где G вдх — массовый расход ВДХ, кг/ч; t к — температура конденсации ВДХ, о С; С вдх — теплоемкость ВДХ при Δt cp1 , Дж/(кг·К).
Конденсация:
где r вдх — удельная теплота конденсации ВДХ, кДж/кг.
Охлаждение конденсата:
где С вдх — теплоемкость ВДХ при Δt cp3 , Дж/(кг·К).
Общий тепловой поток:
Рассчитаны коэффициенты и требуемая поверхность теплопередачи.
Зона охлаждения паров винилиденхлорида:
Зона конденсации:
Зона охлаждения сконденсированного ВДХ:
Общая площадь поверхности теплообмена составит:
Для обеспечения конденсации паров винилиденхлорида и охлаждения до 5 о С подберем по ГОСТу 15118–79 [3], 15122–79 [4] двухходовой кожухотрубчатый конденсатор со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена F = 38 м 2 , длина труб = 2 м, число труб n = 257, число ходов z = 2, диаметр корпуса аппарата D = 630 мм, диаметр труб d труб = 25х2 мм.
Литература:
- Муганлинский, Ф. Ф. Химия и технология галогенорганических соединений / Ф. Ф. Муганлинский, Ю. А. Трегер, М. М. Люшин. — Москва: Химия, 1991. — 272 с.
- Сарилов, М. Ю. Расчет конденсаторов / М. Ю. Сарилов, А. А. Молотков. — Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. — 20 с.
- ГОСТ 15118–79. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках. Основные размеры. — Взамен ГОСТ 15118–69; введ. 10.04.79. — Москва: Издательство стандартов, 1979. — 13 с.
- ГОСТ 15122–79. Теплообменники кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Основные параметры и размеры. — Взамен ГОСТ 15122–69; введ. 05.06.79. — Москва: Издательство стандартов, 1979. — 36 с.
