大型混合式冷凝器结构形式设计

刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江安达151400）

大型混合式冷凝器结构形式设计

刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江安达151400）

大型混合式冷凝器喷淋板数量的多少主要取决于蒸发器生产能力的大小、冷却水温度的高低。冷却水温度低，喷淋板数量相对较少；冷却水温度越高，喷淋板数量相对较多；当水温高到一定程度，即使喷淋板数量再多也难以将二次蒸汽冷凝掉。以QZXH03-24000三效强制循环蒸发器在番茄酱生产中的应用为例，阐述了大型混合式冷凝器喷淋板的层数及混合式冷凝器的设计注意事项。

大型混合式冷凝器；结构形式及特点；设计；注意事项

混合式冷凝器通过冷却水与二次蒸汽直接接触进行冷凝，所以其冷凝效果要比间接式冷凝器好[1]。但是，混合式冷凝器也存在不足，主要是因为二次蒸汽与冷却水共处一个呼吸腔，易污染产品，所以近年来在乳品、食品及其他一些行业中的应用受到限制[2]。实践表明大型混合式冷凝器喷淋板数量的多少主要取决于蒸发器生产能力的大小、冷却水温度的高低。冷却水温度低，喷淋板数量相对较少；冷却水温度越高，喷淋板数量相对较多；当水温高到一定程度，即使喷淋板数量再多也难以将二次蒸汽冷凝掉[3-4]。笔者以QZXH03-24000三效强制循环蒸发器在番茄酱生产中的应用为例，阐述大型混合式冷凝器喷淋板的层数及混合式冷凝器的设计注意事项。

主要技术参数：进入冷凝器二次蒸汽量为7 411 kg/h；二次蒸汽温度为48℃（忽略管道沿程压力损失）。本蒸发系统采用逆流进料，一效出料。

1 冷却水量计算

冷却水耗量可通过以下公式[5]计算得到

式中：WL为冷却水耗量，m3/h；W′v为被冷凝的蒸汽量，kg/h；X为1 m3/h冷却水冷凝的蒸汽量，可根据冷凝器入口蒸汽压力及冷却水进口温度查相关曲线图[5]得到，kg/h。

冷却水耗量理论计算值偏低，比实际经验数据约小20%～25%，因此计算WL应乘以一定系数

本例进入冷凝器二次蒸汽量为7 411 kg/h，冷却水进水温度为30℃，查相关曲线图X为20.2 kg/h。WL＝W′v/X=7 411/20.2=366.88 m3/h。实际冷却水耗量WL=1.25×366.88=458.6 m3/h。

2 冷凝器直径计算

蒸汽进入冷凝器后，在冷凝器截面的气速uv一般取15～20 m/s，最大可取25 m/s。

式中：WV=W′vVs，m3/s；Vs为蒸汽的比容，可根据相关饱和蒸汽表查得。

3 多孔喷淋板的设计

喷淋板数：冷凝器直径D＜0.5 m，可用4～6块喷淋板；冷凝器直径D≥0.5 m，可用7～9块喷淋板。本例取7块喷淋板。

喷淋板的间距L（单位m）：采用下疏上密的上下不等距式，当用4～6块喷淋板时，Ln+1=（0.5～0.7）Ln；用5～7块喷淋板时，Ln+1=（0.6～0.7）Ln，L0= D+（0.15～0.40），L末≥0.15。

喷淋板堰高h：D＜500 mm，h=40 mm；D≥500 mm，h=50～70 mm。

淋水孔径d：若冷却水质好或冷却水不循环使用时，d可选取4～5 mm。若冷却水质差或冷却水循环使用时，d可选取6～10 mm。

淋水孔数n，淋水孔冷却水流速：u0=ηφ，淋水孔的阻力系数η=0.95～0.98，水流收缩系数φ=0.8～0.82，h为喷淋板堰高。由于单孔的淋水量为W0=3 600×0.785d2，u0最上面一块喷淋板要求100%的水量要通过淋水孔，考虑长期操作，孔易堵塞，孔数应增加10%～15%，因此，淋水孔数n=（WL/W0）×（1.10～1.15）。

其他各喷淋板均要求50%淋水量通过淋水孔，考虑长期操作，孔易堵塞，孔数应增加5%。因此，实际每块板的淋水孔数：n=（WL/2W0）×1.05。式中WL为总淋水量。

4 喷淋板层数对冷凝效果的影响

图1是目前应用比较普遍的喷淋混合式冷凝器。冷却水进入冷凝器后呈喷淋状态向下喷洒，主要目的是扩大冷却水与二次蒸汽的接触面积，使二次蒸汽得以迅速冷凝。而喷淋板的作用是使冷却水在要求的面积范围内向下均匀筛洒，成为细流状，保持与二次蒸汽均匀接触；其次是扩大二次蒸汽与冷却水滴的接触面积，延长其在冷凝器中的冷却时间，防止走近路，使二次蒸汽能够在单位时间内能被完全冷凝。喷淋板的折返能促使二次蒸汽与冷却水强制进一步接触。喷淋板间距呈下疏上密的结构。喷淋板的布置也是为了防止二次蒸汽走近路，避免二次蒸汽直接被真空泵带走。当冷却水温度较高时喷淋板数就要取较大值，即喷淋板数在7～9块之间选取；当冷却水温度较低时一般取中值，即喷淋板数在5～7块之间选取。当冷却水进水温度较高时，喷淋板的数量不能过少，否则二次蒸汽不能冷凝下来，直接被真空泵排出，使系统真空度下降。但是，也不是喷淋板数量越多冷却效果就越好，喷淋板数量过多反而会阻碍冷却水与二次蒸汽的充分接触，使二次蒸汽凝结为冷凝水的速度减慢。

其次是二次蒸汽入口底边缘至冷凝器器底的空间问题，冷凝器分为高位及低位两种，高位是安装高度要大于大气压，冷却水靠自身重力向下流动，而低位冷凝器则是靠泵将冷凝器中的冷却水包括冷凝水一并排出。冷凝器二次蒸汽入口下边缘到达冷凝器器底这部分高度仍然可看成有效高度。冷却水以雾滴状向下流动，在此空间内要继续与二次蒸汽接触并使二次蒸汽冷却，这部分高度可根据安装高度，冷凝器的具体位置来确定，对于低位冷凝器来说，一般其高度值与冷凝器直径之比在2.0～2.5之间。

5 结论

混合式冷凝器在蒸发器中，尤其是在一些大型蒸发器（如污水处理、淀粉糖、番茄酱等生产）中仍有应用。设计混合式冷凝器时除了应掌握上述设计要领外，以下几个问题也不能忽视。冷凝器的进水有两种方式：一种是自吸式进水，另一种是设置水泵进水。前者完全是靠系统真空度的作用进水，这种进水要注意进水管道的流速，一般进水流速按1.5～2.0 m/s计算选取进水管道直径，系统真空度要恒定，排水泵要具有克服真空度及汽蚀作用，冷凝器中不能积水，要保证冷却水及冷凝后的凝结水能够完全顺利排出；后者是设置单独水泵供水，进水管道进水流速仍按1.5～2.0 m/s。不论哪种方式，进水管道都应设置阀门控制进水量；进入冷凝器的冷却水要经过必要过滤，以防止堵塞喷淋板上小孔；喷淋板与冷凝器的联接应采取可拆卸式结构，以便必要时对喷淋板进行检查、清理及维修；真空泵排除管道应考虑在正常抽真空下不得有水滴夹带，要设置防夹带装置。

[1]刘殿宇.影响蒸发器使用的几个因素[J].化工设备与管道, 2008,37(6):46-47.

[2]刘殿宇.冷凝器中冷却水对蒸发器的影响[J].发酵科技通讯, 2009,38(4):43-44.

[3]刘殿宇.降膜式蒸发器物料泵的确定选型及注意事项[J].中国乳业,2013,39(7):58-60.

[4]马晓迅,夏素兰,曾庆荣.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2010.

[5]刘殿宇.降膜式蒸发器设计及应用[M].北京:化学工业出版社,2016.

（责任编辑：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

刘殿宇（1962—），男，黑龙江肇东人，高级工程师，研究设计方向为乳品机械、轻化工机械，E-mail：ldy620519@163.com.