PL211704B1

PL211704B1 - Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla w procesie ciśnieniowej fumigacji materiałów, zwłaszcza pochodzenia organicznego

Info

Publication number: PL211704B1
Application number: PL384189A
Authority: PL
Inventors: Edward Rój
Original assignee: Inst Nawozow Sztucznych
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2012-06-29
Also published as: PL384189A1

Abstract

Ujawniono sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla w procesie ciśnieniowej fumigacji materiałów, zwłaszcza pochodzenia organicznego, który odbywa się w autoklawach ciśnieniowych, zasilanych ze zbiornika ciekłego CO2. Sposób charakteryzuje się tym, że strumień ciekłego ditlenku węgla, o temperaturze równowagowej i ciśnieniu w zakresie 2,0 ÷ 3,0 MPa, przepuszcza się rurą z wydajnością 100 - 1000 kg/m2s CO2 i kontaktuje się ze strumieniem czynnika grzejnego poprzez strumień z czynnikiem pośredniczącym o temperaturze na poziomie 32 - 48°C i ciśnieniu 0,11 - 0,4 MPa, który przepływa korzystnie w przeciwprądzie. Stosunek strumienia ditlenku węgla do strumienia czynnika grzejnego wynosi 0,3 - 0,5 kg CO2/kg H2O, z tym że liczba Reynoldsa w strumieniu CO2 kształtuje się powyżej 4 000 celem zapewnienia przepływu burzliwego w rurach wymiennika.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla w procesie ciśnieniowej fumigacji materiałów, zwłaszcza pochodzenia organicznego, który odbywa się w autoklawach ciśnieniowych, zasilanych ze zbiornika ciekłego CO2.

Technologia fumigacji materiałów, zwłaszcza pochodzenia organicznego, obejmuje magazynowanie ciekłego CO2 w specjalnym zbiorniku, odparowanie CO2 i jego podgrzanie do odpowiedniej temperatury oraz zasilanie autoklawu gazowym CO2 i ewakuację CO2 po zakończeniu procesu fumigacji. Ciśnieniowa fumigacja materiałów pochodzenia organicznego jest procesem szarżowym, w którym wyróż nia się trzy fazy robocze: kompresja - czyli napeł nianie autoklawu gazowym ditlenkiem węgla, fumigacja właściwa - jest to utrzymywanie autoklawu pod ciśnieniem przez określony czas, dekompresja - usunięcie gazowego ditlenku węgla z autoklawu.

Zbiorniki przeznaczone do magazynowania ditlenku węgla mogą pracować przy relatywnie niskim ciśnieniu poduszki gazowej, np. do 30 barów, co wymaga utrzymania niskiej ujemnej temperatury CO2 w zbiorniku lub przy podwyższonym ciśnieniu, rzędu 60 barów, przy dodatniej temperaturze CO2 zbliżonej do temperatury otoczenia.

W obydwu przypadkach celem uzyskania gazowego CO2 o odpowiedniej temperaturze, ciekły CO2 poddaje się odparowaniu, a następnie podgrzaniu w wymienniku ciepła. Operacje wymiany ciepła są łatwe w realizacji, jeżeli temperatury zamarzania czynnika grzejnego i ogrzewanego są sobie bliskie, szczególnie gdy niska temperatura jednego z czynników nie powoduje zamarzania drugiego.

W rozpatrywanym przypadku czynnikiem grzejnym jest zwykle woda, a ogrzewanym ciekły CO2 o niskiej ujemnej temperaturze, okoł o - 20°C.

Celem wynalazku jest taki sposób prowadzenia procesu odparowania ciekłego ditlenku węgla i podgrzewania gazowego CO2, aby zapewnić odpowiednią temperaturę gazowego CO2 podawanego do autoklawu i aby zapobiec możliwości dostarczenia ciekłego CO2 do autoklawu.

Istota wynalazku polega na tym, że strumień ciekłego ditlenku węgla o temperaturze równowagowej i ciśnieniu w zakresie 2,0-3,0 MPa, który przepuszcza się rurą z wydajnością 100-1000 kg/m²s CO2 kontaktuje się ze strumieniem czynnika grzejnego poprzez strumień z czynnikiem pośredniczącym o temperaturze na poziomie 32-48°C i ciśnieniu 0,11-0,4 MPa, który przepływa korzystnie w przeciwprądzie. Stosunek strumienia ditlenku wę gla do strumienia czynnika grzejnego wynosi 0,3-0,5 kg CO2/kg H2O, z tym że liczba Reynoldsa w strumieniu CO2 kształtuje się powyżej 4 000 celem zapewnienia przepływu burzliwego w rurach wymiennika.

Jako czynnik grzejny stosuje się wodę.

Jako czynnik grzejny stosuje się korzystnie płyn o temperaturze zamarzania niższej od temperatury ciekłego ditlenku węgla.

Jako czynnik pośredniczący stosuje się glikol etylenowy i/lub propylenowy lub jego mieszaniny z wodą lub alkohol metylowy albo etylowy lub ich mieszaniny.

Jako czynnik pośredniczący stosuje się dowolny płyn o temperaturze zamarzania niższej od temperatury zasilającego ciekłego CO2.

Przy użyciu wymiennika z dwoma czynnikami, gdy czynnikiem grzejnym jest woda oraz gdy czynnik ogrzewany posiada ujemną temperaturę, np. zimny CO2, przy kontakcie tych czynników w przestrzeni mię dzyrurowej istnieje moż liwość oblodzenia się tej części rur wymiennika, przez które przepływa ciekły CO2 o ujemnej temperaturze. Prowadzi to do gwałtownego pogorszenia się współczynników wymiany ciepła i utraty kontroli nad szybkością wymiany ciepła. Zapobiec temu można poprzez zamianę wody na inny czynnik grzejny, co nie zawsze jest możliwe, lub poprzez wprowadzenie dodatkowego niezamarzającego (temperatura zamarzania < - 25°C) czynnika pośredniczącego w wymianie ciepła pomiędzy ciepłą wodą grzejną i zimnym ditlenkiem węgla. Aby wymiana ciepła pomiędzy czynnikiem grzejnym i ciekłym ditlenkiem węgla była efektywna, należy zapewnić odpowiednio stabilny pobór gazowego CO2 oraz odpowiednią temperaturę czynnika pośredniczącego.

W wyniku badań procesu wymiany ciepł a przy odparowaniu ciekł ego CO2 w wymienniku pł aszczowo-rurowym określono ważne parametry procesu, przeanalizowano problem zapewnienia stałego obciążenia wymiennika ciepła w czasie cyklu napełniania autoklawu oraz określono zakres optymalnych temperatur czynnika pośredniczącego.

Stałe obciążenie wymiennika zrealizowano przy pomocy układu regulacji przepływu ditlenku węgla, natomiast stabilizację optymalnej temperatury czynnika pośredniczącego przy pomocy układu regulacji temperatury.

PL 211 704 B1

Odparowanie ciekłego ditlenku węgla i jego ogrzanie prowadzi się w wymienniku ciepła, korzystnie z pośredniczącym czynnikiem grzejnym. Jeżeli proces odparowania CO2 nie jest prowadzony w sposób prawidłowy, wówczas występuje albo bardzo intensywne wrzenie i parowanie ciekłego CO2 lub też odparowanie ciekłego CO2 zachodzi zbyt wolno. Przy zbyt wysokiej temperaturze czynnika pośredniczącego zachodzi bardzo intensywne wrzenie CO2 i szybkie parowanie ciekłego CO2, co prowadzi do znacznego obniżenia temperatury czynnika pośredniczącego i obniżenia intensywności wymiany ciepła. Wymiennik ciepła pracuje wtedy mniej wydajnie i temperatura CO2 spada do niebezpiecznie niskiego poziomu. Przy zbyt niskiej temperaturze czynnika pośredniczącego zachodzi bardzo powolna wymiana ciepła i temperatura ditlenku węgla jest zbyt niska, aby kontynuować proces napełniania autoklawu. W obydwu przypadkach występuje zagrożenia napełnienia autoklawu ciekłym ditlenkiem węgla, co jest bardzo niebezpieczne.

Aby poprawić sprawność wymiennika ciepła, należy kontrolować intensywność wrzenia CO2. Kontrolę intensywności wrzenia można uzyskać poprzez zapewnienie sterowanego dopływu ciepła do przepływającego CO2. Można to zrobić poprzez zapewnienie stabilnego przepływu i temperatury czynnika grzejnego, określonej cyrkulacji i temperatury czynnika pośredniczącego oraz określonego, stabilnego przepływu czynnika ogrzewanego.

Przykład

Strumień ciekłego ditlenku węgla o temperaturze -20°C i ciśnieniu 2,0 MPa przepuszczono przez jeden z układów rurowych wymiennika ciepła z wydajnością ok. 560 kg/m²s CO2.

Woda, jako czynnik grzejny, przepływała przez drugi układ rurowy.

Strumień ciekłego CO2 i woda kontaktowały się w przeciwprądzie poprzez czynnik pośredniczący, którym był glikol etylenowy o temperaturze 36°C i ciśnieniu 0,2 MPa. Stosunek strumienia ditlenku węgla do strumienia czynnika grzejnego wynosił ok. 0,4 kg CO2/kg H2O. Liczba Reynoldsa obliczona dla strumienia CO2 wynosiła ok. 100 000. Uzyskano dodatnią temperaturę gazowego ditlenku, co zapewniło bezpieczną pracę autoklawu.

Stałe zasilanie autoklawu gazowym CO2 zrealizowano przy pomocy układu regulacji przepływu.

Temperaturę czynnika pośredniczącego regulowano przy pomocy układu regulacji automatycznej. Cyrkulację czynnika pośredniczącego utrzymywano na poziomie intensywnym bez konieczności kontroli.

Claims

1. Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla w procesie fumigacji materiałów, zwłaszcza pochodzenia organicznego, który zachodzi przeponową wymianą ciepła z wykorzystaniem czynnika grzejnego w wymienniku ciepła, znamienny tym, że strumień ciekłego ditlenku węgla o temperaturze równowagowej i ciśnieniu w zakresie 2,03,0 MPa, który przepuszcza się rurą z wydajnością 100-1000 kg/m²s CO2 kontaktuje się ze strumieniem czynnika grzejnego poprzez strumień z czynnikiem pośredniczącym o temperaturze na poziomie 32-48°C i ciśnieniu 0,11-0,4 MPa, który przepływa korzystnie w przeciwprądzie, przy czym stosunek strumienia ditlenku węgla do strumienia czynnika grzejnego wynosi 0,3-0,5 kg CO2/kg H2O, z tym że liczba Reynoldsa w strumieniu CO2 kształtuje się powyżej 4 000 celem zapewnienia przepływu burzliwego w rurach wymiennika.

2. Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla według zastrz. 1, znamienny tym, że jako czynnik grzejny stosuje się wodę.

3. Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla według zastrz. 1, znamienny tym, że jako czynnik grzejny stosuje się płyn o temperaturze zamarzania niższej od temperatury ciekłego ditlenku węgla.

4. Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla według zastrz. 1, znamienny tym, że jako czynnik pośredniczący stosuje się płyn o temperaturze zamarzania niższej temperatury równowagowej zasilającego ciekłego CO2.

5. Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla według zastrz. 4, znamienny tym, że jako płyn pośredniczący stosuje się glikol etylenowy i/lub propylenowy lub jego mieszaniny z wodą lub alkohol metylowy lub etylowy lub ich mieszaniny

6. Sposób prowadzenia procesu odparowania ditlenku węgla według zastrz. 4, znamienny tym, że jako płyn pośredniczący stosuje się dowolny płyn o temperaturze zamarzania niższej od temperatury zasilającego ciekłego CO2.