新型銀法甲醛氧化器設計

郁劉軍 陸惠龍（江蘇永大化工設備有限公司，江蘇 泰州225321）

1 研究背景

甲醛氧化器是生產甲醛的主要設備之一，氧化器的設計結構與甲醛成品的質量和氧化器的使用壽命有著密切的關系。而在氧化器中的氧化反應中，催化劑的位置和氧化溫度的變化是氧化反應中極其關鍵的環節。氧化反應中，反應溫度過高會使得反應速度過快，從而導致副反應增多，雜質增多；反應溫度過低會使得反應速度過慢，從而導致生產效率低。因此，氧化器對溫度的控制極為重要。此外，因為溫度的變化很容易導致換熱管上部拉裂拉斷，影響氧化器的使用壽命。基于此文章設計了一種新型銀法甲醛氧化器，文章所設計的新型銀法甲醛氧化器具有換熱管的使用壽命長、結構簡單、反應生成的雜質少、產品收率高等方面的優點。

2 甲醛氧化器結構設計

圖1 甲醛氧化器結構示意圖

圖2 甲醛氧化器的管板與換熱管的焊接示意圖a

圖3 甲醛氧化器的管板與換熱管的焊接示意圖b

圖4 換熱管內部翅片結構示意圖

圖5 換熱管內部螺旋芯棒的結構示意圖

圖6 上管板中的加強筋位置示意圖

2.1 甲醛氧化器結構

文章所設計的新型銀法甲醛氧化器結構如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。

在上圖中各部分的結構名稱如下：1-蒸汽出口、2-支座、3-膨脹節、4-夾套筒體、5-排污口、6-水入口、7-外筒體、8-換熱管、8a-翅片、8b-芯棒、9-內筒體、10-設備法蘭、11-銅篩板、12-上管板、12a-加強筋、13-隔熱圈、14-下管板、15-下筒體、16-成品排出口、17-銅襯板。

2.2 甲醛氧化器技術方案

文章所設計的新型銀法甲醛氧化器包括外筒體和嵌于外筒體上部的內筒體，外筒體上設置有蒸汽出口、排污口、水入口和成品排出口，外筒體內部依次設置有上管板、換熱管、下管板和下筒體，上管板和下管板分別與換熱管的一端焊接，下筒體與下管板連通，內筒體內部設置有隔熱圈，隔熱圈設置于上管板的上方，隔熱圈內設置有銅篩板，銅篩板上設置有小孔，銅篩板上鋪有催化劑，內筒體上設置有設備法蘭。

為了提高甲醛氧化器的性能，對其進行了如下優化設計：

（1）換熱管靠近上管板的一端焊接有銅襯板，銅襯板設置于銅篩板與上管板之間。

（2）換熱管靠近上管板的一端浸在水中。

（3）換熱管為不銹鋼銅復合管，換熱管內部設置有翅片，翅片的兩端與換熱管管身封閉連接。也可以設置有芯棒，芯棒可拆卸，芯棒上可設置有螺紋。

（4）上管板背面設置有加強筋，上管板為剛性管板，下管板為撓性管

板。

（5）蒸汽出口設置于外筒體的上部，蒸汽出口所在位置的高度高于上

管板和換熱管所在位置的高度，蒸汽出口與外筒體的內部連通。

（6）成品排出口設置于外筒體的底部，成品排出口與下筒體連通。

（7）下筒體的截面積順著下管板到成品排出口的方向逐漸變小。

（8）銅篩板也可以替換成銅篩網

2.3 甲醛氧化器設計原理

反應氣體從設備法蘭10 中進入內筒體9 內的隔熱圈13，與隔熱圈13 內銅篩板11 上的催化劑進行反應，反應后氣體從銅篩板11 上的小孔，經過上管板12 直接進入換熱管8 冷卻，冷卻速度快，反應雜質比較少，提高成品的收率。反應后的氣體成品經過下管板14和下筒體15，從成品排出口16排出。內筒體9內設置有隔熱圈13，降低了銅篩板11與上管板12 連接處由于過大的溫差梯度而引起的溫差應力，防止對氧化器的安全運行構成威脅。換熱管8采用不銹鋼銅復合管，一方面加快了傳熱的速度，另一方面增強了換熱管8 的耐腐蝕性。上管板12 是背面設置有加強筋的剛性管板，可以防止上管板12因為催化劑的使用產生裂紋，下管板14是撓性管板，可以補償換熱管8受熱產生的伸縮。換熱管8采用不銹鋼銅復合管，一方面加快了傳熱的速度，另一方面增強了換熱管的耐腐蝕性。換熱管8內部設置有翅片8a，翅片8a的兩端與換熱管8管身封閉連接，這樣的結構提高了換熱管8的導熱效果，或者在換熱管8內部設置有芯棒8b，芯棒8b可拆卸，芯棒8b 上設置有螺紋，這樣也可以提高換熱管8 的導熱效果。換熱管8靠近上管板12的一端設置有銅襯板17，由于銅襯板17的傳熱作用，能夠快速將熱量傳到換熱管8 的管身，進行換熱，從而使得換熱管8 靠近上管板12 的一端溫度下降，延長換熱管8的使用壽命；或者將換熱管8靠近上管板12的一端浸在水中，使得換熱管8 不受高溫影響。換熱管8 一方面通過夾套筒體4進行換熱，結構簡單，另一方面，通過水來降溫，加快了換熱管8換熱的效率。外筒體7上設置有膨脹節3，補償了筒體的軸向、橫向位移，防止筒體因為熱伸長或溫度應力而引起變形或損壞。蒸汽出口1設置于外筒體7的上部，蒸汽出口1的位置高于上管板12和換熱管8的高度，是為了冷卻上管板12和換熱管8，防止水汽化以后冷卻效果不佳。下筒體15的截面積順著下管板14到成品排出口16的方向逐漸變小，方便收集成品。

3 甲醛氧化器的優點分析

與現有技術相比，文章所設計的新型銀法甲醛氧化器的有益效果是：反應氣體從設備法蘭中進入內筒體內的隔熱圈，與隔熱圈內銅篩板上的催化劑進行反應，反應后氣體從銅篩板上的小孔，經過上管板直接進入換熱管冷卻，冷卻速度快，反應雜質比較少，提高成品的收率。反應后的氣體成品經過下管板和下筒體，從成品排出口排出。內筒體內設置有隔熱圈，降低了銅篩板與上管板連接處由于過大的溫差梯度而引起的溫差應力，防止對氧化器的安全運行構成威脅。上管板是背面設置有加強筋的剛性管板，可以防止上管板因為催化劑的使用產生裂紋，下管板是撓性管板，可以補償換熱管受熱產生的伸縮。換熱管采用不銹鋼銅復合管，一方面加快了傳熱的速度，另一方面增強了換熱管的耐腐蝕性。換熱管內部設置有翅片，翅片的兩端與換熱管管身封閉連接，這樣的結構提高了換熱管的導熱效果，或者在換熱管內部設置有芯棒，芯棒可拆卸，芯棒上設置有螺紋，這樣也可以提高換熱管的導熱效果。換熱管靠近上管板的一端設置有銅襯板，由于銅襯板的傳熱作用，能夠快速將熱量傳到換熱管的管身，進行換熱，從而使得換熱管靠近上管板上部的一端溫度下降，延長換熱管的使用壽命；通過夾套介質將換熱管靠近上管板下端部分浸在水中，使得換熱管不受高溫影響。換熱管一方面通過夾套筒體進行換熱，結構簡單，另一方面，通過銅來降溫，加快了換熱管換熱的效率。外筒體上設置有膨脹節，補償了筒體的軸向、橫向位移，防止筒體因為熱伸長或溫度應力而引起變形或損壞。蒸汽出口設置于外筒體的上部，蒸汽出口的位置高于上管板和換熱管的高度，是為了冷卻上管板和換熱管，防止水汽化以后冷卻效果不佳。下筒體的截面積順著下管板到成品排出口的方向逐漸變小，方便收集成品。

4 結語

文章設計了一種新型銀法甲醛氧化器，文章所設計的甲醛氧化器采用了兩種管板與換熱管的連接方式，均能夠有效的降低換熱管上端的溫度，從而延長換熱管的使用壽命，此外其還具有結構簡單，反應生成的雜質少，產品收率高等優點，具有不錯的應用價值。