Федеральное учебно-методическое объединение в системе высшего образования «Техносферная безопасность и природообустройство» (председатель)
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Представлена расчетная оценка применения вихревых труб Ранка—Хилша для низкотемпературной очистки сбросных газов производства винилхлорида. Показано, что реализация рекуперативной схемы с вихревыми трубами позволит улучшить экологические и экономические показатели основной химической технологии. Стендовые испытания вихревых генераторов холода в составе промышленного агрегата дали возможность получить их термодинамические характеристики на реальном сбросном газе и техническом азоте. Установлено, что при отсутствии рекуперативного теплообменника конденсация паров винилхлорида протекает в самой ВТ. Рекомендовано в случае необходимости применять трехпоточную вихревую трубу. При исследовании неадиабатной ВТ, охлаждаемой хладагентом, установлено расхождение эксперимента с теорией микрохолодильных циклов. Предлагается объяснить возникшее противоречие с позиций ударно-волнового механизма эффекта Ранка—Хилша, развиваемого авторами.
винилхлорид, сбросной газ, экология, вихревой эффект, вихревая труба, неадиабатная вихревая труба, технологическая схема, конденсация, температура, давление, холодопроизводительность, температурная эффективность, стендовые испытания.
1. Введение
Винилхлорид (С2Н3Сl) производится в промышленности путем хлорирования ацетилена или этилена [1]. Это сырье для получения общеизвестного пластика поливинилхлорида (ПВХ), из которого производятся технические и бытовые изделия. На рис. 1 представлена упрощенная технологическая схема производства винилхлорида (ВХ) со стендовой привязкой вихревой трубы (подробнее о стенде ниже). Реакция синтеза ВХ экзотермическая, поэтому после основного реактора следует стадия утилизации выделенной теплоты. Сконденсированный при охлаждении реакционной смеси целевой продукт отделяется в сепараторе-накопителе и идет на дальнейшую переработку. Окончательная конденсация паров ВХ осуществляется с помощью хладагента, который представляет собой водный раствор хлорида кальция (25% СаСl2). Газовая смесь (сбросной газ) после низкотемпературной стадии направляется на сжигание.
Несмотря на охлаждение при -10 ÷ -20°С, в сбросном газе в варианте хлорирования ацетилена остается значительное количество паров ВХ (до 10% объемных). Последний при горении выделяет раздражающие, токсичные и коррозионно-активные вещества, среди которых, в частности, обнаруживается и высокотоксичный фосген. Поэтому решение задачи уменьшения концентрации винилхлорида в сбросном газе промышленного производства позволит уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и, кроме того, поможет снизить потери ВХ как целевого продукта.
Априори понятно, что понизить концентрацию ВХ в сбросном газе можно, если охладить его до более низкой температуры, чем это делается с помощью водного раствора СаСl2. Для этого, например, можно использовать дополнительную холодильную установку с соответствующим испарителем. Возможен также вариант охлаждения сбросного газа с помощью турбодетандера, который реализует перепад давления, теряемый при дросселировании. Но это, учитывая относительно небольшое количество сбросного газа (до 400 нм3/час), довольно сложные и дорогостоящие технологии.
1. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: - М.: Химия, 1988.
2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - М: Машиностроение, 1969.
3. Азаров А.И. Вихревые трубы в промышленности. - СПб.: ЛЕМА, 2010.
4. Бродянский В.М., Лейтес И.Л., Мартынов А.В., Семенов В.П., Эстрин С.М. Использование вихревого эффекта в химической технологии // Химическая промышленность. 1963. № 4. - С. 32-36.
5. Комарова Г.А., Лейтес И.Л., Житкова Т.В., Червякова Л.С., Лифшиц С.М. Способ выделения аммиака из продувочных газов синтеза // Химическая промышленность. 1975. № 4. - С. 37-40.
6. Жидков М.А., Комарова Г.А., Воробьёв В.С., Курилов А.В., Селезнёв С.В., Лукьянов Е.Н. Опыт эксплуатации промышленной установки выделения метанола из продувочных газов синтеза с применением вихревой трубы // Химическая промышленность. 2000. № 5. - С. 3-6.
7. Жидков М.А., Комарова Г.А. Вихревой аппарат. Патент РФ № 2035990, 1993.
8. Жидков М.А., Девисилов В.А., Жидков Д.А., Гусев А.П., Рябов А.П. Трехпоточные вихревые трубы - экологическая значимая альтернатива сжиганию попутного нефтяного газа на факелах // Безопасность в техносфере. 2013. № 3. - С. 19-27.
