ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХ-НОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

С. В. Афанасьев, к.х.н., д.т.н., доцент по специальности «Экология», начальник ОСиС ПАО «ТОАЗ»

В процессе получения карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 важную роль играет хемосорбция формальдегида, образующегося при окислительном дегидрировании метанола на железомолибденовом катализаторе в реакторе трубчатого или полочного типа 50-65%-ным водным раствором карбамида в нейтральной или слабощелочной среде в трехсекционной колонне [1;2]. Орошение потока абгаза в верхней её секции целесообразно производить захоложенной деминерализованной водой с температурой 18-22°С, полученной на аммиачной бромистолитиевой холодильной машине (АБХМ) путем подачи в неё пара давлением до 1,2 МПа с котла утилизатора с одновременным использованием вырабатываемого ею холода для кондиционирования товарного карбамидоформальдегидного концентрата до температуры 15 – 25 ^оС.

Рис. 1. Бромистолитиевая холодильная машина для установки КФК-85.

Этот инновационный подход позволяет получить карбамидоформальдегидный концентрат с повышенной стабильностью при длительном хранении, пониженной буферной емкостью и меньшим количеством образующихся сточных вод в технологическом процессе.

Недостатком данной конструкции является то, что полимерные материалы обладают пониженным коэффициентом теплопередачи, что существенно ухудшает эффективность работы холодильной установки.

Более совершенным является охлаждающее устройство, содержащее теплоизолированную емкость для жидкости с размещенным в ней теплообменным аппаратом для намораживания льда на его поверхности, сообщенным с источником холода, побудитель потока и трубопроводы для подвода и отвода жидкости от потребителя, причем интенсификация процесса охлаждения достигается благодаря наличию сливного отсека, сообщенного с емкостью переливным трубопроводом с запорным вентилем, и разбрызгивателя жидкости, размещенного в емкости над теплообменным аппаратом, установленного в верхней части емкости и соединенного с трубопроводом для ввода жидкости от потребителя, причём объем сливного отсека соответствует объему нижней части емкости, а трубопровод для отвода жидкости к потребителю подсоединен к нижней части сливного отсека [4].

К его недостатку можно отнести значительные габариты технологической установки вследствие размещения теплообменного аппарата в верхней части захолаживаемой ёмкости. К тому же в случае подачи значительного количества охлаждаемой жидкости к разбрызгивателю, существенно повышаются энергозатраты при эксплуатации устройства.

Совершенствованиe конструкции установки аккумулирования холода с одновременным повышением её эффективности было достигнуто инновационными решениями, изложенными в патентах [5; 6].

На рисунке 2 представлен общий вид модульной холодильной установки. Она включает теплоизолированную емкость 1 с размещенной в ней батареей из 6-12 вертикально расположенных змеевиковых теплообменных элементов, закрепленных на раме, соединенных на входе через регулирующие клапаны 2 и дистрибъютор хладагента 3 с холодильной машиной, а линия циркуляции охлаждаемой жидкости включает емкость 1, коллектор 4 и распределитель 5, реакционный аппарат с рубашкой 6, датчик температуры 7 и насос 8.

Холодильный блок работает следующим образом.

Датчик температуры 7 устанавливают на требуемое значение и через входное отверстие «А» емкость 1 заполняют до заданного уровня жидким теплоносителем (водой или пропиленгликолем). После этого включают холодильную машину и циркуляционный насос 8 и температуру в емкости доводят до 0 - плюс 1 ⁰С (теплоноситель вода) или минус 10⁰С (теплоноситель пропиленгликоль). Благодаря наличию дистрибъютора (распределителя) достигается равномерное поступление хладагента во все теплообменные элементы. Циркуляция жидкости по замкнутому контуру проводится непрерывно. При температуре содержимого реакционного аппарата от 1 до плюс 2 ⁰С, установленный на циркуляционной линии датчик температуры направляет электрический сигнал на отключение холодильной машины. Образовавшийся в верхней части емкости лед (теплоноситель вода), отдает жидкой фазе аккумулированный холод, численно равный теплоте, выделившейся в результате перевода воды в данное агрегатное состояние.

Рис.2. Конструкция модульной холодильной установки 

Предлагаемая конструкция проста и надёжна в обращении, при ее эксплуатации сведено к минимуму участие обслуживающего персонала в поддержании необходимого температурного режима.

Холодильная установка успешно используется в производстве пива на площадке ПАО «ТОАЗ». Рассматривается возможность её практического применения и на химических установках.

Список литературы.

1.Пат. RU№ 2685503. МПК С08G 12/12., С09J 161/24. Способ получения карбамидоформальдегидного концентрата/Афанасьев С.В., Волков В.А. №2018135839. Опубл. 2019. Бюл. №11.

2.Афанасьев С.В., Махлай С.В. Карбамидоформальдегидный концентрат. Технология. Переработка. Монография под ред. д.т.н. С.В. Афанасьева. – Самара.: Изд. СНЦ РАН. 2012. – 298 с.

3.Авт. свидетельство СССР SU №1483212. МПК F25D 3/00, F25C 1/00, А01F 25/00. Аккумулятор холода/ В.В. Артихович, В.И. Куновский, Г.А. Могилат и др. №4233289. Опубл. 30.05.89 г.

4.Авт. свидетельство СССР SU №1537889. МПК F25D 3/00, А 01 J 9 /04. Охлаждающее устройство/ А.А. Телевной, А.В. Гольденфанг.

5.Патент RU №2300714. МПК F25D 3/00, А 01 J 9 /04. Устройство аккумулирования холода/ С.В. Афанасьев, В.Н. Махлай, В.А. Семёнова. №2005137611. Опуб. 10.06.2007. Бюл. №16.

6.Патент на полезную модель RU №51417. МПК F25D 3/00. Устройство для аккумулирования холода / С.В. Афанасьев, В.Н. Махлай, А.В. Макаров, Е.А. Салабаев. №2005124651. Бюл. №4.