Federal Educational and MethodologicalAssociation in the System of Higher Education «Technospheric Safety and Environmental Management» (Associate Professor)
Moskva, Moscow, Russian Federation
The settlement assessment of Ranque—Hilsch vortex pipes application for low-temperature purification of vinyl chloride production waste gases has been presented. It is shown that implementation of the recuperative scheme with vortex pipes will allow to improve ecological and economic indicators of the main chemical technology. Bench tests of vortex generators of cold as a part of the industrial unit gave the chance to receive their thermodynamic characteristics on real waste gas and technical nitrogen. It is established that in lack of the recuperative heat exchanger a condensation of vinyl chloride vapors proceeds in vortex pipe itself. Application of a three-line vortex pipe is recommended in case of need. At research of not adiabatic vortex pipe cooled by a coolant, it has been established an experiment divergence with the theory of micro refrigerating cycles. It is offered to explain the arisen contradiction from a position of shock and wave mechanism of Ranque—Hilsch effect developed by authors.
vinyl chloride, waste gas, ecology, vortex effect, vortex pipe, not adiabatic vortex pipe, technological scheme, condensation, temperature, pressure, refrigerating capacity, temperature efficiency, bench tests.
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. Lebedev N. N. Khimiya i tekhnologiya osnovnogo organicheskogo i neftekhimicheskogo sinteza: - M.: Khimiya, 1988.
2. Merkulov A.P. Vikhrevoy effekt i ego primenenie v tekhnike. - M: Mashinostroenie, 1969.
3. Azarov A.I. Vikhrevye truby v promyshlennosti. - SPb.: LEMA, 2010.
4. Brodyanskiy V.M., Leytes I.L., Martynov A.V., Semenov V.P., Estrin S.M. Ispol'zovanie vikhrevogo effekta v khimicheskoy tekhnologii. Khimicheskaya promyshlennost'. 1963. № 4. - S. 32-36.
5. Komarova G.A., Leytes I.L., Zhitkova T.V., Chervyakova L.S., Lifshits S.M. Sposob vydeleniya ammiaka iz produvochnykh gazov sinteza. Khimicheskaya promyshlennost'. 1975. № 4. - S. 37-40.
6. Zhidkov M.A., Komarova G.A., Vorob'ev V.S., Kurilov A.V., Seleznev S.V., Luk'yanov E.N. Opyt ekspluatatsii promyshlennoy ustanovki vydeleniya metanola iz produvochnykh gazov sinteza s primeneniem vikhrevoy truby. Khimicheskaya promyshlennost'. 2000. № 5. - S. 3-6.
7. Zhidkov M.A., Komarova G.A. Vikhrevoy apparat. Patent RF № 2035990, 1993.
8. Zhidkov M.A., Devisilov V.A., Zhidkov D.A., Gusev A.P., Ryabov A.P. Trekhpotochnye vikhrevye truby - ekologicheskaya znachimaya al'ternativa szhiganiyu poputnogo neftyanogo gaza na fakelakh. Bezopasnost' v tekhnosfere. 2013. № 3. - S. 19-27.
