Промышленные и лабораторные установки для химических процессов, протекающих под высоким давлением, кроме реак­ционных аппаратов, являющихся основными аппаратами для проведения процессов, требуют применения тех или иных вспо­могательных аппаратов, без которых осуществление процесса за­частую не только затруднительно или не рентабельно, но и не­возможно.

Вспомогательные аппараты требуются как для подготовки сырья, поступающего на реакцию, так и для последующего раз­деления и обработки продуктов реакции, часть которых обычно возвращается в цикл, часть идет в отходы и большая или мень­шая часть утилизируется в качестве целевого продукта.

Рассмотренные выше типовые технологические схемы указы­вают на большое количество разнообразных вспомогательных аппаратов, требующихся для осуществления процессов под вы­соким давлением, но далеко не всегда работающих под давле­нием основного процесса. Вспомогательная аппаратура и принципы ее построения применительно, главным образом, к процессам, не требующим высоких давлений, обстоятельно изложены в трудах А. Г. Касаткина [66], И. Ф. Бабицкого и Ю. А. Вихмана [6], З.Б. Канторовича [65], Перри [222] и др.

Ниже рассмотрены некоторые вспомогательные аппараты высокого давления, применяющиеся на работающих установках.

Теплообменники

Рис. 50. Теплообменник к установке синтеза метанола под давлением до 300 ат.

1—корпус аппарата; 2—крышка; 3—верхняя труб­ная решетка; 4—медные прокладки; 5—нижняя камера; 6—сальник; 7— центральная труба; 8 — медная прокладка; 9—медная футеровка.

Теплообменники являются весьма распространенными аппа­ратами, служащими для теплообмена как между газами, так и другими теплоносителями.

Теплообменники высокого давления отличаются от те­плообменников низкого да­вления главным образом толщиной стенок 'наружного корпуса и повышенными требованиями к уплотнению соединений.

На рис. 50 изображен вы­носной теплообменник, при­мененный на установке син­теза: метанола. Корпус аппа­рата, закрывающийся сверху крышкой, рассчитан на да­вление 300 ат.

Внутренняя поверхность корпуса футерована листо­вой медью для защиты сте­нок от корродирующего дей­ствия окиси углерода. Вну­три аппарата находятся те­плообменные трубки, ввальцованные в две трубные решетки. Верхняя трубная решетка расположена между корпусом и крышкой аппа­рата и уплотнена медными прокладками. Образованная таким образом верхняя ка­мера теплообменника соеди­няется с трубным простран­ством. Вторая трубная ре­шетка имеет форму камеры, которая при помощи сальника присоединена к центральной трубе, проходящей через днище аппарата. Такое устройство позво­ляет трубному коллектору свободно удлиняться и сокращаться при тепловых деформациях. Газ поступает' в трубное простран­ство теплообменника через нижнюю центральную трубу и выводится по штуцеру в верхней крышке. Ход газа в межтруб­ном пространстве осуществляется через верхний и нижний боко­вые штуцеры в корпусе аппарата.

Рис. 51. Выносной электроподогреватель газа, находящегося под давлением.

1—корпус подогревателя; 2—электро­подогреватель; 3—электроввод; 4— крышка; 5—пирометрическая трубка; 6, 7—штуцеры, подводящие и отводя­щие газ.

Подогреватели

Как правило, подогреватели при­меняются для предварительного на­грева веществ, участвующих в хи­мическом процессе, а также для первоначального разогрева реак­ционных аппаратов и поддержания внутри их необходимой температуры.

Подогреватели выполняются в виде отдельных аппаратов (вынос­ные подогреватели), а также разме­щаются внутри самих реакционных аппаратов или же обогревают их снаружи.

Конструкция выносных подогре­вателей зависит от свойств подогре­ваемых веществ, их начальной и конечной температур и выбранного греющего агента (электроэнергия, дымовые газы, водяной пар и т. д.).

На рис. 51 изображен выносной электроподогреватель газа, приме­няемый на установках синтеза аммиака и метанола. Нагреватель­ные спирали расположены на изоля­торах и помещаются непосредствен­но в токе газа, что обеспечивает хорошую теплопередачу от греющей спирали. Известны случаи примене­ния аналогичных подогревателей и для жидкостей, не проводящих элек­трического тока.

Электрические подогреватели вы­полняют также по типу трубчатых печей с нагревательными секциями, расположенными вне труб.

На установках парофазного гид- рирования угля, где предполага­лось, что вследствие большой экзотермичности процесса подо­грев сырья необходим только в течение пускового периода, были установлены трубчатые электроподогреватели своеобразной кон­струкции. U-образные трубы подогревателя нагревались элек­трическим током низкого напряжения, проходившим по стальным стенкам самих труб. Включались трубы в электрическую сеть параллельно, и сила тока в секции регулировалась в зависимости от температуры стенок.

Рис. 52. Деталь трубчатого подогревателя конвекционного типа для установок гидрирования угля.

1 —труба с ребрами для давления 325 am; 2 —то же для 700 am. 

Этим избегали местных перегревов металла, ко­торые на одной из уста­новок привели к раз­рыву труб. Вследствие низкого напряжения тока трубы не требова­ли применения элек­трической изоляции.

Практика показала, что ни один подогрева­тель не выключался полностью во время ра­боты гидрогенизацион- ных установок и что стоимость электриче­ского нагрева значи­тельно выше, чем газо­вого.

Более рентабельны­ми оказались трубча­тые подогреватели кон­векционного типа с га­зовым обогревом и ре­циркуляцией газооб­разных продуктов горе­ния. Рециркуляция по­вышает скорость проте­кания газа и темпера­турный перепад между газом и стенкой, но тем не менее, коэфи- циент теплопередачи на внешней поверхности трубы значительно ниже, чем на внутренней, вследствие чего трубы изготовляют с ребрами, увеличивающими поверхность в 20 раз. Деталь нагре­вательного элемента подогревателей на гидрогенизационных уста­новках, работающих при давлении 325 и 700 ат, показана на рис. 52. Элемент состоит из двух труб, длиной по 13,7 м каждая, с ребрами по всей длине; с одной стороны к трубам привари­вается ретурбенд, с другой он присоединяется на фланцах с лин­зовыми уплотнениями. Трубы подогревателей, рассчитанные на рабочее давление 325 и 700 ат, имеют наружный диаметр 171 мм и различаются только внутренним диаметром (120 и 100 мм). Трубы работают в условиях высоких температур и воздействия водорода. Лучшим материалом для их изготовления является сталь следующего состава: 0,18—0,22% С; 3,0—3,6% Сr; >0,5% Мо; > 0,75 V; > 0,3% W.

Готовые секции подвергаются термической обработке в спе­циальных печах, где они нагреваются до 1050° и затем охла­ждаются. Полного распада аустенита, сопровождающегося сни­жением сопротивления ползучести, избегают высокой скоростью охлаждения (25°/мин.) в интервале от 800 до 600°.

Холодильники-конденсаторы

По устройству холодильники-конденсаторы сходны с аппара­тами, работающими под нормальным давлением (змеевиковые, секционные, труба в трубе и т. д.). Особенности выполнения от­дельных конструктивных элементов определяются спецификой работы под высоким давлением.

Хорошо себя оправдала конструкция аппаратов по типу труба в трубе, имеющих весьма высокие коэфициенты теплопере­дачи, а также холодильников конденсаторов в виде змеевиков, погруженных в кожух с проточной водой. К их положительным качествам следует отнести простоту изготовления, дешевизну и надежность работы.