大型混合式冷凝器結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

劉殿宇

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司，黑龍江安達(dá)151400）

大型混合式冷凝器結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

劉殿宇

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司，黑龍江安達(dá)151400）

大型混合式冷凝器噴淋板數(shù)量的多少主要取決于蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的大小、冷卻水溫度的高低。冷卻水溫度低，噴淋板數(shù)量相對(duì)較少；冷卻水溫度越高，噴淋板數(shù)量相對(duì)較多；當(dāng)水溫高到一定程度，即使噴淋板數(shù)量再多也難以將二次蒸汽冷凝掉。以QZXH03-24000三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器在番茄醬生產(chǎn)中的應(yīng)用為例，闡述了大型混合式冷凝器噴淋板的層數(shù)及混合式冷凝器的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

大型混合式冷凝器；結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)；設(shè)計(jì)；注意事項(xiàng)

混合式冷凝器通過(guò)冷卻水與二次蒸汽直接接觸進(jìn)行冷凝，所以其冷凝效果要比間接式冷凝器好[1]。但是，混合式冷凝器也存在不足，主要是因?yàn)槎握羝c冷卻水共處一個(gè)呼吸腔，易污染產(chǎn)品，所以近年來(lái)在乳品、食品及其他一些行業(yè)中的應(yīng)用受到限制[2]。實(shí)踐表明大型混合式冷凝器噴淋板數(shù)量的多少主要取決于蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的大小、冷卻水溫度的高低。冷卻水溫度低，噴淋板數(shù)量相對(duì)較少；冷卻水溫度越高，噴淋板數(shù)量相對(duì)較多；當(dāng)水溫高到一定程度，即使噴淋板數(shù)量再多也難以將二次蒸汽冷凝掉[3-4]。筆者以QZXH03-24000三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器在番茄醬生產(chǎn)中的應(yīng)用為例，闡述大型混合式冷凝器噴淋板的層數(shù)及混合式冷凝器的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

主要技術(shù)參數(shù)：進(jìn)入冷凝器二次蒸汽量為7 411 kg/h；二次蒸汽溫度為48℃（忽略管道沿程壓力損失）。本蒸發(fā)系統(tǒng)采用逆流進(jìn)料，一效出料。

1 冷卻水量計(jì)算

冷卻水耗量可通過(guò)以下公式[5]計(jì)算得到

式中：WL為冷卻水耗量，m3/h；W′v為被冷凝的蒸汽量，kg/h；X為1 m3/h冷卻水冷凝的蒸汽量，可根據(jù)冷凝器入口蒸汽壓力及冷卻水進(jìn)口溫度查相關(guān)曲線(xiàn)圖[5]得到，kg/h。

冷卻水耗量理論計(jì)算值偏低，比實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)約小20%～25%，因此計(jì)算WL應(yīng)乘以一定系數(shù)

本例進(jìn)入冷凝器二次蒸汽量為7 411 kg/h，冷卻水進(jìn)水溫度為30℃，查相關(guān)曲線(xiàn)圖X為20.2 kg/h。WL＝W′v/X=7 411/20.2=366.88 m3/h。實(shí)際冷卻水耗量WL=1.25×366.88=458.6 m3/h。

2 冷凝器直徑計(jì)算

蒸汽進(jìn)入冷凝器后，在冷凝器截面的氣速u(mài)v一般取15～20 m/s，最大可取25 m/s。

式中：WV=W′vVs，m3/s；Vs為蒸汽的比容，可根據(jù)相關(guān)飽和蒸汽表查得。

3 多孔噴淋板的設(shè)計(jì)

噴淋板數(shù)：冷凝器直徑D＜0.5 m，可用4～6塊噴淋板；冷凝器直徑D≥0.5 m，可用7～9塊噴淋板。本例取7塊噴淋板。

噴淋板的間距L（單位m）：采用下疏上密的上下不等距式，當(dāng)用4～6塊噴淋板時(shí)，Ln+1=（0.5～0.7）Ln；用5～7塊噴淋板時(shí)，Ln+1=（0.6～0.7）Ln，L0= D+（0.15～0.40），L末≥0.15。

噴淋板堰高h(yuǎn)：D＜500 mm，h=40 mm；D≥500 mm，h=50～70 mm。

淋水孔徑d：若冷卻水質(zhì)好或冷卻水不循環(huán)使用時(shí)，d可選取4～5 mm。若冷卻水質(zhì)差或冷卻水循環(huán)使用時(shí)，d可選取6～10 mm。

淋水孔數(shù)n，淋水孔冷卻水流速：u0=ηφ，淋水孔的阻力系數(shù)η=0.95～0.98，水流收縮系數(shù)φ=0.8～0.82，h為噴淋板堰高。由于單孔的淋水量為W0=3 600×0.785d2，u0最上面一塊噴淋板要求100%的水量要通過(guò)淋水孔，考慮長(zhǎng)期操作，孔易堵塞，孔數(shù)應(yīng)增加10%～15%，因此，淋水孔數(shù)n=（WL/W0）×（1.10～1.15）。

其他各噴淋板均要求50%淋水量通過(guò)淋水孔，考慮長(zhǎng)期操作，孔易堵塞，孔數(shù)應(yīng)增加5%。因此，實(shí)際每塊板的淋水孔數(shù)：n=（WL/2W0）×1.05。式中WL為總淋水量。

4 噴淋板層數(shù)對(duì)冷凝效果的影響

圖1是目前應(yīng)用比較普遍的噴淋混合式冷凝器。冷卻水進(jìn)入冷凝器后呈噴淋狀態(tài)向下噴灑，主要目的是擴(kuò)大冷卻水與二次蒸汽的接觸面積，使二次蒸汽得以迅速冷凝。而噴淋板的作用是使冷卻水在要求的面積范圍內(nèi)向下均勻篩灑，成為細(xì)流狀，保持與二次蒸汽均勻接觸；其次是擴(kuò)大二次蒸汽與冷卻水滴的接觸面積，延長(zhǎng)其在冷凝器中的冷卻時(shí)間，防止走近路，使二次蒸汽能夠在單位時(shí)間內(nèi)能被完全冷凝。噴淋板的折返能促使二次蒸汽與冷卻水強(qiáng)制進(jìn)一步接觸。噴淋板間距呈下疏上密的結(jié)構(gòu)。噴淋板的布置也是為了防止二次蒸汽走近路，避免二次蒸汽直接被真空泵帶走。當(dāng)冷卻水溫度較高時(shí)噴淋板數(shù)就要取較大值，即噴淋板數(shù)在7～9塊之間選?。划?dāng)冷卻水溫度較低時(shí)一般取中值，即噴淋板數(shù)在5～7塊之間選取。當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度較高時(shí)，噴淋板的數(shù)量不能過(guò)少，否則二次蒸汽不能冷凝下來(lái)，直接被真空泵排出，使系統(tǒng)真空度下降。但是，也不是噴淋板數(shù)量越多冷卻效果就越好，噴淋板數(shù)量過(guò)多反而會(huì)阻礙冷卻水與二次蒸汽的充分接觸，使二次蒸汽凝結(jié)為冷凝水的速度減慢。

其次是二次蒸汽入口底邊緣至冷凝器器底的空間問(wèn)題，冷凝器分為高位及低位兩種，高位是安裝高度要大于大氣壓，冷卻水靠自身重力向下流動(dòng)，而低位冷凝器則是靠泵將冷凝器中的冷卻水包括冷凝水一并排出。冷凝器二次蒸汽入口下邊緣到達(dá)冷凝器器底這部分高度仍然可看成有效高度。冷卻水以霧滴狀向下流動(dòng)，在此空間內(nèi)要繼續(xù)與二次蒸汽接觸并使二次蒸汽冷卻，這部分高度可根據(jù)安裝高度，冷凝器的具體位置來(lái)確定，對(duì)于低位冷凝器來(lái)說(shuō)，一般其高度值與冷凝器直徑之比在2.0～2.5之間。

5 結(jié)論

混合式冷凝器在蒸發(fā)器中，尤其是在一些大型蒸發(fā)器（如污水處理、淀粉糖、番茄醬等生產(chǎn)）中仍有應(yīng)用。設(shè)計(jì)混合式冷凝器時(shí)除了應(yīng)掌握上述設(shè)計(jì)要領(lǐng)外，以下幾個(gè)問(wèn)題也不能忽視。冷凝器的進(jìn)水有兩種方式：一種是自吸式進(jìn)水，另一種是設(shè)置水泵進(jìn)水。前者完全是靠系統(tǒng)真空度的作用進(jìn)水，這種進(jìn)水要注意進(jìn)水管道的流速，一般進(jìn)水流速按1.5～2.0 m/s計(jì)算選取進(jìn)水管道直徑，系統(tǒng)真空度要恒定，排水泵要具有克服真空度及汽蝕作用，冷凝器中不能積水，要保證冷卻水及冷凝后的凝結(jié)水能夠完全順利排出；后者是設(shè)置單獨(dú)水泵供水，進(jìn)水管道進(jìn)水流速仍按1.5～2.0 m/s。不論哪種方式，進(jìn)水管道都應(yīng)設(shè)置閥門(mén)控制進(jìn)水量；進(jìn)入冷凝器的冷卻水要經(jīng)過(guò)必要過(guò)濾，以防止堵塞噴淋板上小孔；噴淋板與冷凝器的聯(lián)接應(yīng)采取可拆卸式結(jié)構(gòu)，以便必要時(shí)對(duì)噴淋板進(jìn)行檢查、清理及維修；真空泵排除管道應(yīng)考慮在正常抽真空下不得有水滴夾帶，要設(shè)置防夾帶裝置。

[1]劉殿宇.影響蒸發(fā)器使用的幾個(gè)因素[J].化工設(shè)備與管道, 2008,37(6):46-47.

[2]劉殿宇.冷凝器中冷卻水對(duì)蒸發(fā)器的影響[J].發(fā)酵科技通訊, 2009,38(4):43-44.

[3]劉殿宇.降膜式蒸發(fā)器物料泵的確定選型及注意事項(xiàng)[J].中國(guó)乳業(yè),2013,39(7):58-60.

[4]馬曉迅,夏素蘭,曾慶榮.化工原理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[5]劉殿宇.降膜式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016.

（責(zé)任編輯：朱小惠）

Structural form design of large mixing condenser

LIU Dianyu
(HuaYu Dairy Machinery Manufacturing Co.,Ltd.,Anda 151400,China)

The number of large mixed condenser spray plates depends on the production capacity of evaporator and the temperature of cooling water.The lower the cooling water temperature is,the relatively smaller the number of spray plates is,and the higher the cooling water temperature is, the relatively larger the number of spray plates is.When the water temperature reached a certain extent,it is difficult to condense the secondary steam even if the number of spray plates is large. Based on the application of QZXH03-24000 three-effect forced circulation evaporator in the production of ketchup,the number of large mixed condenser spray plates and the design considerations of mixing condenser were described.

large mixing condenser;structure and characteristics;design;considerations

TQ051.62

A

1674-2214（2016）04-0248-03

2016-10-01

劉殿宇（1962—），男，黑龍江肇東人，高級(jí)工程師，研究設(shè)計(jì)方向?yàn)槿槠窓C(jī)械、輕化工機(jī)械，E-mail：ldy620519@163.com.