新型銀法甲醛氧化器設(shè)計(jì)

郁劉軍 陸惠龍（江蘇永大化工設(shè)備有限公司，江蘇 泰州225321）

1 研究背景

甲醛氧化器是生產(chǎn)甲醛的主要設(shè)備之一，氧化器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與甲醛成品的質(zhì)量和氧化器的使用壽命有著密切的關(guān)系。而在氧化器中的氧化反應(yīng)中，催化劑的位置和氧化溫度的變化是氧化反應(yīng)中極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。氧化反應(yīng)中，反應(yīng)溫度過(guò)高會(huì)使得反應(yīng)速度過(guò)快，從而導(dǎo)致副反應(yīng)增多，雜質(zhì)增多；反應(yīng)溫度過(guò)低會(huì)使得反應(yīng)速度過(guò)慢，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。因此，氧化器對(duì)溫度的控制極為重要。此外，因?yàn)闇囟鹊淖兓苋菀讓?dǎo)致?lián)Q熱管上部拉裂拉斷，影響氧化器的使用壽命?；诖宋恼略O(shè)計(jì)了一種新型銀法甲醛氧化器，文章所設(shè)計(jì)的新型銀法甲醛氧化器具有換熱管的使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)生成的雜質(zhì)少、產(chǎn)品收率高等方面的優(yōu)點(diǎn)。

2 甲醛氧化器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 甲醛氧化器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 甲醛氧化器的管板與換熱管的焊接示意圖a

圖3 甲醛氧化器的管板與換熱管的焊接示意圖b

圖4 換熱管內(nèi)部翅片結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 換熱管內(nèi)部螺旋芯棒的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 上管板中的加強(qiáng)筋位置示意圖

2.1 甲醛氧化器結(jié)構(gòu)

文章所設(shè)計(jì)的新型銀法甲醛氧化器結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。

在上圖中各部分的結(jié)構(gòu)名稱如下：1-蒸汽出口、2-支座、3-膨脹節(jié)、4-夾套筒體、5-排污口、6-水入口、7-外筒體、8-換熱管、8a-翅片、8b-芯棒、9-內(nèi)筒體、10-設(shè)備法蘭、11-銅篩板、12-上管板、12a-加強(qiáng)筋、13-隔熱圈、14-下管板、15-下筒體、16-成品排出口、17-銅襯板。

2.2 甲醛氧化器技術(shù)方案

文章所設(shè)計(jì)的新型銀法甲醛氧化器包括外筒體和嵌于外筒體上部的內(nèi)筒體，外筒體上設(shè)置有蒸汽出口、排污口、水入口和成品排出口，外筒體內(nèi)部依次設(shè)置有上管板、換熱管、下管板和下筒體，上管板和下管板分別與換熱管的一端焊接，下筒體與下管板連通，內(nèi)筒體內(nèi)部設(shè)置有隔熱圈，隔熱圈設(shè)置于上管板的上方，隔熱圈內(nèi)設(shè)置有銅篩板，銅篩板上設(shè)置有小孔，銅篩板上鋪有催化劑，內(nèi)筒體上設(shè)置有設(shè)備法蘭。

為了提高甲醛氧化器的性能，對(duì)其進(jìn)行了如下優(yōu)化設(shè)計(jì)：

（1）換熱管靠近上管板的一端焊接有銅襯板，銅襯板設(shè)置于銅篩板與上管板之間。

（2）換熱管靠近上管板的一端浸在水中。

（3）換熱管為不銹鋼銅復(fù)合管，換熱管內(nèi)部設(shè)置有翅片，翅片的兩端與換熱管管身封閉連接。也可以設(shè)置有芯棒，芯棒可拆卸，芯棒上可設(shè)置有螺紋。

（4）上管板背面設(shè)置有加強(qiáng)筋，上管板為剛性管板，下管板為撓性管

板。

（5）蒸汽出口設(shè)置于外筒體的上部，蒸汽出口所在位置的高度高于上

管板和換熱管所在位置的高度，蒸汽出口與外筒體的內(nèi)部連通。

（6）成品排出口設(shè)置于外筒體的底部，成品排出口與下筒體連通。

（7）下筒體的截面積順著下管板到成品排出口的方向逐漸變小。

（8）銅篩板也可以替換成銅篩網(wǎng)

2.3 甲醛氧化器設(shè)計(jì)原理

反應(yīng)氣體從設(shè)備法蘭10 中進(jìn)入內(nèi)筒體9 內(nèi)的隔熱圈13，與隔熱圈13 內(nèi)銅篩板11 上的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后氣體從銅篩板11 上的小孔，經(jīng)過(guò)上管板12 直接進(jìn)入換熱管8 冷卻，冷卻速度快，反應(yīng)雜質(zhì)比較少，提高成品的收率。反應(yīng)后的氣體成品經(jīng)過(guò)下管板14和下筒體15，從成品排出口16排出。內(nèi)筒體9內(nèi)設(shè)置有隔熱圈13，降低了銅篩板11與上管板12 連接處由于過(guò)大的溫差梯度而引起的溫差應(yīng)力，防止對(duì)氧化器的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。換熱管8采用不銹鋼銅復(fù)合管，一方面加快了傳熱的速度，另一方面增強(qiáng)了換熱管8 的耐腐蝕性。上管板12 是背面設(shè)置有加強(qiáng)筋的剛性管板，可以防止上管板12因?yàn)榇呋瘎┑氖褂卯a(chǎn)生裂紋，下管板14是撓性管板，可以補(bǔ)償換熱管8受熱產(chǎn)生的伸縮。換熱管8采用不銹鋼銅復(fù)合管，一方面加快了傳熱的速度，另一方面增強(qiáng)了換熱管的耐腐蝕性。換熱管8內(nèi)部設(shè)置有翅片8a，翅片8a的兩端與換熱管8管身封閉連接，這樣的結(jié)構(gòu)提高了換熱管8的導(dǎo)熱效果，或者在換熱管8內(nèi)部設(shè)置有芯棒8b，芯棒8b可拆卸，芯棒8b 上設(shè)置有螺紋，這樣也可以提高換熱管8 的導(dǎo)熱效果。換熱管8靠近上管板12的一端設(shè)置有銅襯板17，由于銅襯板17的傳熱作用，能夠快速將熱量傳到換熱管8 的管身，進(jìn)行換熱，從而使得換熱管8 靠近上管板12 的一端溫度下降，延長(zhǎng)換熱管8的使用壽命；或者將換熱管8靠近上管板12的一端浸在水中，使得換熱管8 不受高溫影響。換熱管8 一方面通過(guò)夾套筒體4進(jìn)行換熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，另一方面，通過(guò)水來(lái)降溫，加快了換熱管8換熱的效率。外筒體7上設(shè)置有膨脹節(jié)3，補(bǔ)償了筒體的軸向、橫向位移，防止筒體因?yàn)闊嵘扉L(zhǎng)或溫度應(yīng)力而引起變形或損壞。蒸汽出口1設(shè)置于外筒體7的上部，蒸汽出口1的位置高于上管板12和換熱管8的高度，是為了冷卻上管板12和換熱管8，防止水汽化以后冷卻效果不佳。下筒體15的截面積順著下管板14到成品排出口16的方向逐漸變小，方便收集成品。

3 甲醛氧化器的優(yōu)點(diǎn)分析

與現(xiàn)有技術(shù)相比，文章所設(shè)計(jì)的新型銀法甲醛氧化器的有益效果是：反應(yīng)氣體從設(shè)備法蘭中進(jìn)入內(nèi)筒體內(nèi)的隔熱圈，與隔熱圈內(nèi)銅篩板上的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后氣體從銅篩板上的小孔，經(jīng)過(guò)上管板直接進(jìn)入換熱管冷卻，冷卻速度快，反應(yīng)雜質(zhì)比較少，提高成品的收率。反應(yīng)后的氣體成品經(jīng)過(guò)下管板和下筒體，從成品排出口排出。內(nèi)筒體內(nèi)設(shè)置有隔熱圈，降低了銅篩板與上管板連接處由于過(guò)大的溫差梯度而引起的溫差應(yīng)力，防止對(duì)氧化器的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。上管板是背面設(shè)置有加強(qiáng)筋的剛性管板，可以防止上管板因?yàn)榇呋瘎┑氖褂卯a(chǎn)生裂紋，下管板是撓性管板，可以補(bǔ)償換熱管受熱產(chǎn)生的伸縮。換熱管采用不銹鋼銅復(fù)合管，一方面加快了傳熱的速度，另一方面增強(qiáng)了換熱管的耐腐蝕性。換熱管內(nèi)部設(shè)置有翅片，翅片的兩端與換熱管管身封閉連接，這樣的結(jié)構(gòu)提高了換熱管的導(dǎo)熱效果，或者在換熱管內(nèi)部設(shè)置有芯棒，芯棒可拆卸，芯棒上設(shè)置有螺紋，這樣也可以提高換熱管的導(dǎo)熱效果。換熱管靠近上管板的一端設(shè)置有銅襯板，由于銅襯板的傳熱作用，能夠快速將熱量傳到換熱管的管身，進(jìn)行換熱，從而使得換熱管靠近上管板上部的一端溫度下降，延長(zhǎng)換熱管的使用壽命；通過(guò)夾套介質(zhì)將換熱管靠近上管板下端部分浸在水中，使得換熱管不受高溫影響。換熱管一方面通過(guò)夾套筒體進(jìn)行換熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，另一方面，通過(guò)銅來(lái)降溫，加快了換熱管換熱的效率。外筒體上設(shè)置有膨脹節(jié)，補(bǔ)償了筒體的軸向、橫向位移，防止筒體因?yàn)闊嵘扉L(zhǎng)或溫度應(yīng)力而引起變形或損壞。蒸汽出口設(shè)置于外筒體的上部，蒸汽出口的位置高于上管板和換熱管的高度，是為了冷卻上管板和換熱管，防止水汽化以后冷卻效果不佳。下筒體的截面積順著下管板到成品排出口的方向逐漸變小，方便收集成品。

4 結(jié)語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)了一種新型銀法甲醛氧化器，文章所設(shè)計(jì)的甲醛氧化器采用了兩種管板與換熱管的連接方式，均能夠有效的降低換熱管上端的溫度，從而延長(zhǎng)換熱管的使用壽命，此外其還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)生成的雜質(zhì)少，產(chǎn)品收率高等優(yōu)點(diǎn)，具有不錯(cuò)的應(yīng)用價(jià)值。