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:

1. Охлаждение паров ВДХ до температуры конденсации [2]:

Δt _б = 55°С; Δt _м = 41,7°С

2. Конденсация:

Δt _б = 41,7°С; Δt _м = 36,7°С

3. Охлаждение сконденсированного ВДХ:

Δt _б = °С; Δt _м = 15°С

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:

1. Муганлинский, Ф. Ф. Химия и технология галогенорганических соединений / Ф. Ф. Муганлинский, Ю. А. Трегер, М. М. Люшин. — Москва: Химия, 1991. — 272 с.
2. Сарилов, М. Ю. Расчет конденсаторов / М. Ю. Сарилов, А. А. Молотков. — Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. — 20 с.
3. 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.
4. 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.