新型银法甲醛氧化器设计

郁刘军 陆惠龙（江苏永大化工设备有限公司，江苏 泰州225321）

1 研究背景

甲醛氧化器是生产甲醛的主要设备之一，氧化器的设计结构与甲醛成品的质量和氧化器的使用寿命有着密切的关系。而在氧化器中的氧化反应中，催化剂的位置和氧化温度的变化是氧化反应中极其关键的环节。氧化反应中，反应温度过高会使得反应速度过快，从而导致副反应增多，杂质增多；反应温度过低会使得反应速度过慢，从而导致生产效率低。因此，氧化器对温度的控制极为重要。此外，因为温度的变化很容易导致换热管上部拉裂拉断，影响氧化器的使用寿命。基于此文章设计了一种新型银法甲醛氧化器，文章所设计的新型银法甲醛氧化器具有换热管的使用寿命长、结构简单、反应生成的杂质少、产品收率高等方面的优点。

2 甲醛氧化器结构设计

图1 甲醛氧化器结构示意图

图2 甲醛氧化器的管板与换热管的焊接示意图a

图3 甲醛氧化器的管板与换热管的焊接示意图b

图4 换热管内部翅片结构示意图

图5 换热管内部螺旋芯棒的结构示意图

图6 上管板中的加强筋位置示意图

2.1 甲醛氧化器结构

文章所设计的新型银法甲醛氧化器结构如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。

在上图中各部分的结构名称如下：1-蒸汽出口、2-支座、3-膨胀节、4-夹套筒体、5-排污口、6-水入口、7-外筒体、8-换热管、8a-翅片、8b-芯棒、9-内筒体、10-设备法兰、11-铜筛板、12-上管板、12a-加强筋、13-隔热圈、14-下管板、15-下筒体、16-成品排出口、17-铜衬板。

2.2 甲醛氧化器技术方案

文章所设计的新型银法甲醛氧化器包括外筒体和嵌于外筒体上部的内筒体，外筒体上设置有蒸汽出口、排污口、水入口和成品排出口，外筒体内部依次设置有上管板、换热管、下管板和下筒体，上管板和下管板分别与换热管的一端焊接，下筒体与下管板连通，内筒体内部设置有隔热圈，隔热圈设置于上管板的上方，隔热圈内设置有铜筛板，铜筛板上设置有小孔，铜筛板上铺有催化剂，内筒体上设置有设备法兰。

为了提高甲醛氧化器的性能，对其进行了如下优化设计：

（1）换热管靠近上管板的一端焊接有铜衬板，铜衬板设置于铜筛板与上管板之间。

（2）换热管靠近上管板的一端浸在水中。

（3）换热管为不锈钢铜复合管，换热管内部设置有翅片，翅片的两端与换热管管身封闭连接。也可以设置有芯棒，芯棒可拆卸，芯棒上可设置有螺纹。

（4）上管板背面设置有加强筋，上管板为刚性管板，下管板为挠性管

板。

（5）蒸汽出口设置于外筒体的上部，蒸汽出口所在位置的高度高于上

管板和换热管所在位置的高度，蒸汽出口与外筒体的内部连通。

（6）成品排出口设置于外筒体的底部，成品排出口与下筒体连通。

（7）下筒体的截面积顺着下管板到成品排出口的方向逐渐变小。

（8）铜筛板也可以替换成铜筛网

2.3 甲醛氧化器设计原理

反应气体从设备法兰10 中进入内筒体9 内的隔热圈13，与隔热圈13 内铜筛板11 上的催化剂进行反应，反应后气体从铜筛板11 上的小孔，经过上管板12 直接进入换热管8 冷却，冷却速度快，反应杂质比较少，提高成品的收率。反应后的气体成品经过下管板14和下筒体15，从成品排出口16排出。内筒体9内设置有隔热圈13，降低了铜筛板11与上管板12 连接处由于过大的温差梯度而引起的温差应力，防止对氧化器的安全运行构成威胁。换热管8采用不锈钢铜复合管，一方面加快了传热的速度，另一方面增强了换热管8 的耐腐蚀性。上管板12 是背面设置有加强筋的刚性管板，可以防止上管板12因为催化剂的使用产生裂纹，下管板14是挠性管板，可以补偿换热管8受热产生的伸缩。换热管8采用不锈钢铜复合管，一方面加快了传热的速度，另一方面增强了换热管的耐腐蚀性。换热管8内部设置有翅片8a，翅片8a的两端与换热管8管身封闭连接，这样的结构提高了换热管8的导热效果，或者在换热管8内部设置有芯棒8b，芯棒8b可拆卸，芯棒8b 上设置有螺纹，这样也可以提高换热管8 的导热效果。换热管8靠近上管板12的一端设置有铜衬板17，由于铜衬板17的传热作用，能够快速将热量传到换热管8 的管身，进行换热，从而使得换热管8 靠近上管板12 的一端温度下降，延长换热管8的使用寿命；或者将换热管8靠近上管板12的一端浸在水中，使得换热管8 不受高温影响。换热管8 一方面通过夹套筒体4进行换热，结构简单，另一方面，通过水来降温，加快了换热管8换热的效率。外筒体7上设置有膨胀节3，补偿了筒体的轴向、横向位移，防止筒体因为热伸长或温度应力而引起变形或损坏。蒸汽出口1设置于外筒体7的上部，蒸汽出口1的位置高于上管板12和换热管8的高度，是为了冷却上管板12和换热管8，防止水汽化以后冷却效果不佳。下筒体15的截面积顺着下管板14到成品排出口16的方向逐渐变小，方便收集成品。

3 甲醛氧化器的优点分析

与现有技术相比，文章所设计的新型银法甲醛氧化器的有益效果是：反应气体从设备法兰中进入内筒体内的隔热圈，与隔热圈内铜筛板上的催化剂进行反应，反应后气体从铜筛板上的小孔，经过上管板直接进入换热管冷却，冷却速度快，反应杂质比较少，提高成品的收率。反应后的气体成品经过下管板和下筒体，从成品排出口排出。内筒体内设置有隔热圈，降低了铜筛板与上管板连接处由于过大的温差梯度而引起的温差应力，防止对氧化器的安全运行构成威胁。上管板是背面设置有加强筋的刚性管板，可以防止上管板因为催化剂的使用产生裂纹，下管板是挠性管板，可以补偿换热管受热产生的伸缩。换热管采用不锈钢铜复合管，一方面加快了传热的速度，另一方面增强了换热管的耐腐蚀性。换热管内部设置有翅片，翅片的两端与换热管管身封闭连接，这样的结构提高了换热管的导热效果，或者在换热管内部设置有芯棒，芯棒可拆卸，芯棒上设置有螺纹，这样也可以提高换热管的导热效果。换热管靠近上管板的一端设置有铜衬板，由于铜衬板的传热作用，能够快速将热量传到换热管的管身，进行换热，从而使得换热管靠近上管板上部的一端温度下降，延长换热管的使用寿命；通过夹套介质将换热管靠近上管板下端部分浸在水中，使得换热管不受高温影响。换热管一方面通过夹套筒体进行换热，结构简单，另一方面，通过铜来降温，加快了换热管换热的效率。外筒体上设置有膨胀节，补偿了筒体的轴向、横向位移，防止筒体因为热伸长或温度应力而引起变形或损坏。蒸汽出口设置于外筒体的上部，蒸汽出口的位置高于上管板和换热管的高度，是为了冷却上管板和换热管，防止水汽化以后冷却效果不佳。下筒体的截面积顺着下管板到成品排出口的方向逐渐变小，方便收集成品。

4 结语

文章设计了一种新型银法甲醛氧化器，文章所设计的甲醛氧化器采用了两种管板与换热管的连接方式，均能够有效的降低换热管上端的温度，从而延长换热管的使用寿命，此外其还具有结构简单，反应生成的杂质少，产品收率高等优点，具有不错的应用价值。