6.4. Охолоджування хімічних реакторів

Мал. 43. Зміна у часі тепловиділень при хімічній реакції.

Деякі хімічні реакції (наприклад, при виробництві присаджування до масел для поліпшення їх якості) супроводжуються великим виділенням теплоти в нестаціонарному режимі (як показано на мал.43) і вимагають при цьому підтримки низької температури 45С .Для відведення теплоти застосовують системи охолоджування реакторів переохолодженим амоніаком t = -50С. Реактори – періодичної дії (час реакції складає приблизно ((2...3)години)), тому для забезпечення рівномірного в часі теплового навантаження холодильних компресорів піків реакцій в окремих апаратах зміщують у часі.

Реактори охолоджуються рідким переохолодженим амоніаком, який нагрівається в них, а потім дроселює до тиску Р₀ безпосередньо перед сепаратором (ЦР). Пара відкидається компресорами (ґвинтовими, рідше – поршневими). Кратність циркуляції аміаку в схемі 100, висота тиску рідини Н = (12..15) м. Холодовидатність = 1500кВт для установки середньої продуктивності.

Мал. 44. Схема охолодження хімічних реакторів.

Це гібридна схема, що поєднує елементи схем безпосередньо випаровування і з проміжним холодносієм, розроблена Т.В. Гоголіной (ВНІІХОЛОДМАШ, Москва).

Хімічна промисловість характеризується різноманітністю виробництв, що вимагають штучний холод: азотна промисловість (виробництво аміаку, азотної кислоти.) виробництво етилену, фармацевтичних, біологічних препаратів та ін. Для неї характерні: різноманітність холодоагентів, систем холодоспоживання, компресорів (від невеликих поршневих до турбокомпресорів Q₀  5000кВт), абсорбція холод машин і ін.

6.5. Холод у виробництві амоніаку.

На підприємствах, виробляючих амоніак, холод вимагається для охолодження випарників агрегатів синтезу, для конденсації парів амоніаку, що відводяться з резервуарів його зберігання, а також конденсації амоніаку з продувальних і танкових газів систем дозаправлення.

Принципова схема холодильної установки для виробництва амоніаку приведена на мал.45.

Схема спрощена, вона не містить ряду допоміжних апаратів і арматури, окрім регулюючих вентилів.

Мал.45. Схема холодильної установки для виробництва амоніаку:

1-2-3 – трьохізотермний турбокомпресорний агрегат ТАТКА - 545/345, t₀=(+13,-12,-34)С, сумарна холодовидатність Q₀=8700кВт, N_дв=4000кВт ( в установці є 2 агрегати, тому Q₀=8,72=17,4мВт); 4 – міжступінчастий водяний охолоджувач; 5 – повітряний конденсатор; 6 – лінійний ресивер; 7 – розширювачі – сепаратори; 8 – рідинні теплообмінники; 9 – аміачні насоси; 10 – резервуар для зберігання рідкого аміаку; а – пара NН₃ з випарників агрегату синтезу (t₀=-34С); b – пара NН₃ з випарників агрегату синтезу (t₀=-12С); с – рідкий аміак і неконденсати з виробництва NН₃; d – викид неконденсатів через віддільник інертів на факел; e – рідкий аміак до випарників агрегату синтезу; f – рідкий аміак на виробництво (добрив і т.п.); g – рідкий аміак на продаж.

Охолодження азот – водневої суміші до 0С дозволяє на 30% підвищити продуктивність установок синтезу NН₃.

Тому основна частина холоду споживається на рівні t₀ = (-10...-12)С, а для конденсації NН₃ з танкових і продувальних газів потрібна t₀ = (-30..-34)С.

Синтезований аміак, що поступає в холодильну установку, має початкову температуру (16...20)С. Охолодження його до -34С ведеться методом ступінчатого дроселювання в апаратах безповерхневого типу, так званих "розширювач – сепаратор". Пара, що утворюється при дроселюванні, змішується з парою холодильного агента після випарників і відсмоктується відповідними ступенями компресора.

Таким чином, в установці здійснюється складний розімкнений цикл. Одночасно з охолодженням продукційний амоніак звільняється від розчинених в ньому газів (неконденсантів), які виділяються з амоніаку при його дроселюванні. Тому такі холодильні станції устатковуються системами видалення інертів (встановлено послідовно 2 віддільники інертів, кожен розмірами L = 4,3м, D = 1м, F = 220м²). Резервуари NH₃ мають велику місткість (у м. Південному на Припортовому заводі встановлено 3 резервуари місткістю 30000т NH₃ кожен).