混合冷凝器的设计与应用

对多效蒸发,需采用真空设备维持系统的真空度。为减少设备投资,降低动力消耗,应先将可凝性气体(二次蒸汽)冷凝。对需回收的溶剂,应选用间壁式换热器。对于水溶液,可直接通冷却水与二次蒸汽混合将其冷凝,这样的设备称为混合式冷凝器。常用的混合式冷凝器有淋水板式、填料式和喷射式。本节介绍最常用的淋水板式混合冷凝器。根据不凝性气体和冷却水的排出方式不同,淋水板式混合冷凝器可分为并流低位冷凝器(如图8-9所示)和逆流高位冷凝器[23](如图8-10所示)。对逆流高位冷凝器,由于不需要用泵排送冷凝液而在蒸发操作中得到了广泛的应用。

图8-9　并流低位冷凝器

1—外壳;2—淋水板;3—喷头

图8-10　逆流高位冷凝器(大气腿)

1—外壳;2—进水口;3,8—气压管;4—蒸汽进口;5—淋水板;6—不凝性气体;7—分离罐

混合冷凝器的设计计算可按下面的步骤进行[2 3]。

8.4.1.1　气压管长度的计算

当冷凝器冷凝液出口处为常压时,为保证冷凝液的排出,根据静力学原理,气压管内最小液位高度H0应为:

式中,H0为气压管内最小液位高度,m;p为冷凝器内真空度,Pa;ρ为冷凝液密度,kg/m3。

气压管内应有一定的位头以克服冷凝液的流动阻力。

式中,h0为阻力位头,m;λ为直管内的摩擦系数;d,l分别为气压管直径和高度,m;u为冷凝液在气压管内的流速,m/s。

一般气压管直径略大于或等于冷凝水进口管径。气压管长度应为H0与h0之和。为防止冷凝器内压强波动而产生冷凝液倒灌,将气压管长度增加0.5 m,所以

当l不需精确值时,可取l=10～11 m。

8.4.1.2　冷凝器直径

冷凝器直径dH与被冷凝的蒸汽量Wn、气体在冷凝器内的表观速度ug以及水与蒸汽的接触情况有关,可按下式计算:

考虑1.5的安全系数,得

式中,dH为冷凝器直径,m;ρw为末效二次蒸汽的密度,kg/m3;ug为气体在冷凝器内的表观流速,m/s;Wn为末效二次蒸汽量,kg/h。

ug的大小与水滴直径有关,其取值可参考表8-6。

表8-6　气体在冷凝器中的表观速度

(www.xing528.com)

在使用清洁水时,液滴直径取2～5 mm,当冷凝器直径大于1 m,或用不清洁水时,液滴直径应大于5 mm。

dH的取值,应圆整至规范尺寸。

8.4.1.3　淋水板尺寸

淋水板尺寸包括宽度、筛孔孔径和筛孔排列等。

淋水板的宽度a(如图8-11所示)须能保证冷却水在板上泛流而又不至于过分减少蒸汽通过面积,一般可取冷凝器半径加50 mm,即

淋水板上筛孔直径do与水滴直径相同,小孔按正三角形排列,淋水堰高h的取值由dH决定:当dH小于500 mm时,h=40 mm;当dH大于500 mm时,h=50～70 mm。

冷凝器冷却水量可按下式计算:

图8-11　淋水板的宽度

式中,WL为冷却水消耗量,kg/h;I为末效二次蒸汽的焓,kJ/kg;i2为出冷凝器温度下冷凝水的焓,kJ/kg;tL1,tL2分别为冷却水进、出冷凝器的温度,℃;cp为水的比热容,kJ/(kg·℃)。

淋水板上的孔数可按下列公式求得。

取孔间距为(2～3)do。

每个小孔的淋水量Vo(单位:m3/h):

式中淋水孔的阻力系数η=0.95～0.98,水流收缩系数φ=0.8～0.82。

筛孔数

8.4.1.4　冷凝器高度

(1)淋水板数

冷凝器直径dH＜500 mm时,取4～6块;dH≥500 mm时,取7～9块。

(2)淋水板间距L

采用上稀下密的不等距安装。当淋水板数为4～6块时,Li+1=(0.5～0.7)Li;淋水板数为7～9块时,Li+1=(0.6～0.7)Li;L0=dH+(0.15～0.3)m,最底层的板间距Ln≥0.15 m。

(3)冷凝器总高

取上、下空间高度各为0.6 m,则冷凝器总高: