用于加热气体的热交换器以及该热交换器的用途
阅读：0发布：2020-07-07
专利汇可以提供用于加热气体的热交换器以及该热交换器的用途专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于将气体加热至150至400℃的 热交换器 ，其中通过间接热交换加热气体，且与气体 接触 的热交换器壁的所有表面被热浸 镀 锌 ，并且与气体接触的表面在 热浸镀锌 后，在400至750℃的 温度 下进行 热处理 。本发明还涉及所述热交换器的用途。，下面是用于加热气体的热交换器以及该热交换器的用途专利的具体信息内容。
1.一种用于将气体加热至150至400℃的热交换器，通过间接传热加热气体，其中所有与气体接触的热交换器壁的表面均已被热浸镀锌，并且与气体接触的表面在热浸镀锌后，在400至750℃的温度下进行热处理。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中热处理进行1至5分钟。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中热交换器的壁由钢板加工而成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其中热交换器为板式热交换器、管壳式热交换器或螺旋式热交换器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其中与气体接触的壁具有翅片。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器用于干燥超吸收颗粒的用途。
7.根据权利要求6所述的热交换器的用途，用在带式干燥器中用于干燥超吸收颗粒。
8.根据权利要求7所述的热交换器的用途，其中热交换器设置在带式干燥器的干燥带的下方。
9.根据权利要求6所述的热交换器的用途，用于加热干燥气体，所述干燥气体被加入用于制备超吸收颗粒的喷雾塔。
10.根据权利要求9所述的热交换器的用途，其中干燥气体是循环的。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的热交换器的用途，其中所用的传热介质为热油、离子液体、盐熔体或蒸汽。
用于加热气体的热交换器以及该热交换器的用途
[0002] 例如当将气体用作干燥气体时，需要将气体加热至超过150℃的温度。这种应用例如为超吸收物制备中的干燥器。已知用于制备超吸收物的两种不同方法：第一种是在混合捏合机中制备，此情况下，将由此制备的超吸收物在下一步的带式干燥器中进行干燥；第二种是在喷雾塔中制备，其中单体溶液通过以与干燥气体逆向的方式喷雾引入，在落入喷雾塔中时聚合成超吸收颗粒并同时被干燥。
[0003] 特别地，在将常规的热交换器用于制备超吸收物的情况下，该常规的热交换器易于被腐蚀。因此，必须保护热交换器的表面使其免受腐蚀。为此，可以由不锈钢制造热交换器。但是，其缺点在于，由于不锈钢的热导率较差，所以需要大得多的热交换器。另一选择是，由铝制造热交换器。但其缺点是，在制备超吸收物时，超吸收颗粒仍存在于气体中，特别是在气体循环的情况下，并且超吸收物具有摩擦作用，特别是就比不锈钢软的铝而言。或者，还可以用合适的涂层提供与气体接触的表面。为此，该表面可例如通过热浸镀锌的锌涂层来提供。
[0004] 但是，在热交换器中出现超过200℃的温度下，锌涂层具有脱层的倾向。这种效应也称为Kirkendall效应。这可导致锌颗粒的脱离，并污染超吸收物。然而，这导致超吸收物的质量出现不想要的降低。
[0005] 因此，本发明的目的是提供不具有现有技术已知缺点的热交换器。
[0006] 该目的通过用于将气体加热至150至400℃的温度的热交换器实现，其中通过间接传热加热气体，其中所有与气体接触的热交换器壁的表面均已被热浸镀锌，并且与气体接触的表面在热浸镀锌后，在400至750℃的温度下进行热处理。
[0007] 出人意料地，已经发现由于在热浸镀锌之后进行了热处理，锌涂层保持稳定并且即使将气体加热至150至400℃的温度，也不会发生Kirkendall效应，且涂层保持不受损坏。特别是当在制备超吸收物的过程中使用热交换器时，这防止了超吸收颗粒因锌层的脱离而受到污染。
[0008] 为了生产镀锌表面，在适当的预处理之后，首先将待镀锌的热交换器的部件浸入熔融锌的熔池中。在该过程中，锌沉积在热交换器的表面并与表面结合。为了获得稳定的结合以及能够进行热浸镀锌，制造热交换器的材料必须对热浸镀锌温度是稳定的。此外，材料必须可以良好地传热，为此，其应具有非常低的传热系数。因此，合适的材料特别地为金属。在一个特别优选的实施方案中，热交换器的壁由钢板制成。
[0009] 在待镀锌的热交换器的部件浸入并保持在熔融锌的熔池中之后，从锌熔池中移出这些部件，并在空气中冷却。这使得在热交换器壁的表面上形成锌-铁扩散层和纯锌层。通过本领域技术人员已知的标准方法进行热浸镀锌。
[0010] 在冷却并固化通过热浸镀锌产生的锌涂层后，根据本发明，将热交换器在400至750℃的温度下，优选在525至575℃的温度下，例如在550℃的平均部件温度下，进行热处理。在高于525℃的温度下进行热处理的持续时间优选为1至5分钟，特别是2至3分钟。
[0011] 当热处理在400至450℃的温度下进行时，热处理的持续时间延长至最高达90分钟。在450至525℃的温度下，热处理所需要的持续时间应相应调整并随着温度的升高而缩短。
[0012] 在本发明的上下文中，热处理可以在本领域技术人员已知的任何所需的熔炉中进行。合适的熔炉为例如连续式熔炉。
[0013] 热交换器可具有本领域技术人员已知的任何所需的用于在热交换器中进行间接传热的设计。气体可以以并流、逆流、交叉流或以其任何所需的结合方式进行加热。典型的变型为例如交叉逆流或交叉并流。合适的热交换器为例如板式热交换器、管壳式热交换器或螺旋式热交换器。间接传热应理解为意指热量从热流体传递至较冷的流体，热流体和较冷的流体由壁彼此分隔开。这使得热量通过热交换器的壁进行传递。为了将气体加热至150至400℃的温度，气体为较冷的流体。所用的热流体为合适的传热介质，其温度高于待加热气体的温度。合适的传热介质为，例如，过热蒸汽、温度适合的热油、离子液体或盐熔体。优选的传热介质为过热蒸汽。
[0014] 为了获得良好的传热，优选与待加热气体接触的表面面积最大化。为此，例如可以提供具有翅片的与气体接触的壁。由于制造壁的材料具有良好的导热性，因此安装在壁上的翅片也被加热。在这里，翅片与壁的连接物必须具有良好的热导率。为此，优选将翅片焊接到壁上。将翅片粘合至壁上通常是不太有利的，原因首在于常规的基于聚合物的粘合剂无法耐受该温度，其次在于聚合物与金属相比具有较差的热导率，这使得在粘合剂粘结的情况下由翅片增加的传热面积的效果非常小。由螺丝或铆钉连接翅片也是不利的，原因在于在这种情况下不能确保翅片与壁完全匹配。如果在壁和翅片之间存在缝隙，则待加热气体会流过该缝隙，由于待加热气体具有比金属差得多的热导率，这使得在这些区域中的翅片不会呈现出壁的表面温度，因此由翅片产生的效果也不会发生。在镀锌的情况下，即使锌通常会流入翅片和壁之间可能的缝隙中，但由此也无法确保缝隙将通过镀锌而被闭合。
[0015] 本发明还涉及这种热交换器的用途。有利地，将、该热交换器用于干燥超吸收颗粒。
[0016] 超吸收物是可以吸收并储存几倍于其质量液体的材料。通常，超吸收物为基于聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯的聚合物，下文中也称为聚(甲基)丙烯酸酯。它们通常由丙烯酸的酯或甲基丙烯酸的酯和本领域技术人员已知的合适的交联剂制备。用于制备聚(甲基)丙烯酸酯的反应物及其在混合捏合机中的转化记载于例如WO 2006/034853A1中。
[0017] 在本发明的一个实施方案中，热交换器用在用于干燥超吸收颗粒的带式干燥器中。在这种情况下，在反应器中制备超吸收物，将超吸收物从反应器中取出并然后在带式干燥器中干燥。在这种情况下使用的反应器通常为混合捏合机。将用于制备超吸收物的反应物加入其中。反应物在混合捏合机中转化成超吸收物，形成高粘度的团状物。该团状物在混合捏合机中使用合适的捏合棒破碎。所形成的产品为粗颗粒材料。
[0018] 将该粗颗粒材料加入带式干燥器中。为此，将超吸收材料分布在带式干燥器的干燥带上，并在下述温度下使气体通过该超吸收材料：优选至少50℃，更优选至少100℃，甚至更有选至少150℃，且优选最高达250℃，更优选最高达220℃，最优选最高达200℃。所使用的气体，例如可以是空气或对于超吸收材料呈惰性的气体，例如氮气。然而，优选使用空气作为干燥气体。
[0019] 将干燥气体在本发明的热交换器中加热至干燥所需的温度。热交换器可置于带式干燥器内，例如干燥带的下方。或者，热交换器还可以置于带式干燥器的外部，并将在热交换器中加热的气体在一侧进料至带式干燥器，且其又从带式干燥器的移出，并进料返回至热交换器。在这种情况下，干燥气体进行了一个循环。当热交换器置于带式干燥器的外部时，优点是可以在带式干燥器和热交换器之间放置合适的颗粒分离器，以除去气流中夹带的超吸收颗粒。合适的颗粒分离器为，例如旋风分离器或过滤器。
[0020] 当将热交换器置于干燥带的下方时，加热的干燥气体上升并因而从下方流过超吸收颗粒。在该过程中，气体冷却并又向下流动，这使得在带式干燥器中形成气流。与将热交换器置于干燥器的外部相比，其优点是，由于发生自然对流，所以不必借助合适的鼓风机使大的气流循环并引导通过热交换器。但是，缺点是无法从流过热交换器并在其中进行加热的气体中分离出超吸收颗粒。
[0021] 但是，在两种变型中，需要从工艺中移除部分的气体，以除去在干燥过程中所吸收的水。如果将所有的气体进行循环，在干燥过程中释放的水在气体中积聚，水的浓度变得越来越高，直至无法进行有效的干燥。
[0022] 在带式干燥器的下游，超吸收颗粒被研磨并进料至后交联操作和干燥操作。最终，根据尺寸对超吸收颗粒进行分级，对此，通常使用具有多个筛板的筛分机。将过小的超吸收颗粒重新引入混合捏合机中，这使得它们与形成的超吸收团状物混合，由此可产生足够大的颗粒。将过大的超吸收颗粒回收至研磨机中并再一次进行研磨操作，以进一步将其粉碎。
[0023] 在一个替代性的实施方案中，在喷雾塔中制备超吸收颗粒。为此，首先将用于制备超吸收物的反应物混合，然后在喷雾塔中液滴化，产生具有以下尺寸的液滴：对液滴尺寸进行选择以使在喷雾塔中由通过反应物的反应得到的液滴所形成的超吸收颗粒满足所需规格。
[0024] 在喷雾塔中，液滴从顶部向下降落，同时进料干燥气体。该干燥气体被加热至用于生产超吸收物及其后续干燥所需的温度。干燥气体可以并流或逆流的方式添加。通常，在反应物加入点上方的喷雾塔的顶部进料干燥气体。在降落的过程中，液滴中的液体反应物被转化成超吸收聚合物。这得到尺寸基本上对应于液滴尺寸的超吸收颗粒。液滴落入喷雾塔下部区域中的流动床中，在其中干燥气体由底部进料。在流动床中进行进一步的聚合。由于干燥气体既从顶部又从底部进料，因此在流动床的上方有气体排出点，干燥气体从这里排出喷雾塔。由于干燥气体中夹带超吸收颗粒，所以干燥气体要除去其中存在的固体。为此，可以使用例如旋风分离器和/或过滤器。
[0025] 干燥气体通常是循环的，需要移除部分的干燥气体，以保持干燥气体中水分含量的恒定。或者，还可以首先将水分从干燥气体中冷凝出来，然后重新加热干燥气体。但是，这需要大量的能量，所以这只有在使用除空气以外的气体例如氮气作为干燥气体时才可实施。当使用空气作为干燥气体时，可以从工艺中移除一部分作为废气，同时用新鲜空气替代移除的量。
[0026] 在干燥气体在顶部或流化床中进料至喷雾塔之前，应将其加热至所需温度。为此，使用上述热交换器。为了避免因干燥气体所夹带的超吸收颗粒的摩擦导致的损伤，热交换器优选位于干燥气体循环中远离移除固体的位置。
[0027] 通过热交换器中从传热介质到干燥气体的传热来实现用于带式干燥器或喷雾干燥器的干燥气体的加热。合适的传热介质为，例如，热油、离子液体、盐熔体或蒸汽。特别优选的传热介质是蒸汽，可以使用饱和蒸汽和过热蒸汽。
[0028] 本发明的热交换器除了用于加热在超吸收物生产中使用的干燥气体的用途之外，还可以将本发明的热交换器用在气体必须被加热到超过150℃的温度的任何其他工艺中，其中气体含有对常用于热交换器的材料具有腐蚀性或摩擦性的组分，并且使用锌的涂层提供不受所述气体中存在的组分侵蚀的表面，这使得首先没有杂质通过从热交换器移除的材料引入气体中，其次防止了热交换器的腐蚀，因而延长了热交换器的使用寿命。
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