一种盘管冷凝器的优化设计

陶国君，巢向红，邵挺

（1.常州科乐催化剂有限公司，江苏常州213000；2.上药康丽（常州）药业有限公司，江苏常州213000）

一种盘管冷凝器的优化设计

陶国君1，巢向红2，邵挺1

（1.常州科乐催化剂有限公司，江苏常州213000；2.上药康丽（常州）药业有限公司，江苏常州213000）

可凝性气体在通过盘管冷凝器冷凝时，由于内圈盘管中空间较大，可凝性气体会通过盘管中间区域直接流过，与低温盘管产生的热量交换较少，造成冷量流失。为提高冷凝器的换热效率，提高冷凝液的回收率，采用增加钢丝网结构来增加换热面积与改变流动方式。通过实验测量冷凝液回收量发现改善后的设备冷凝效率高，可以极大增加换热效率。

冷凝器；换热效率；优化设计

在医药、化工行业中，为了满足工艺要求，在生产过程中会使用到各类换热器，与列管式换热器相比，盘管式换热器因其占地小，换热效率高，常常用于医药化工生产中。冷凝器即为换热器的一种，通常使用在需要收集可凝性气体的场合[1]。如图1所示，可凝性气体在真空机组的作用下，经过冷凝器液化成液态，液体通过接受槽回收，剩余气体排入尾气吸收装置处理。

图1 气体冷凝过程

冷凝器由冷热系统组成，为了增强传热速率，通常会在环隙内外壁按传热要求增设翅片，或在盘管外增加插片来提高换热效率，本文提出一种改进型盘管式换热器即在原换热器基础上，通过增加钢网插片，提高冷（热）流体扰动与增大换热面积，来达到提高换热效率的目的[2]。

1 改进后盘管冷凝器的传热过程

盘管冷凝器是将φ20 mm的304奥氏体不锈钢弯成盘管状，改进前盘管冷凝器结构图如图2所示，盘管内走冷冻液（冷媒），盘管外侧为可凝性气体（温度高于冷媒），可凝性气体遇到盘管表面发生冷凝，热量通过盘管管壁的导热作用由管壁的外表面传导至内表面，此时，内管壁的热量传导至冷却介质中。由于内圈盘管中空间较大，可凝性气体会从中间直接通过而产生极少的热量交换，造成冷量流失，收集到的冷凝液量少，间接造成经济损失。为解决该问题，本文提出一种新的改进方案。

图2 改进前冷凝器示意图

将每层盘管缝隙中插入20目不锈钢丝网，如图3所示。不锈钢丝网比较致密，可凝性气体在盘管外运动时，在钢丝网的干扰作用下，流动方向与速率受到影响，流动导程增加，换热面积增大，热量通过盘管壁与钢丝结构传递至冷却介质中[3]。

图3 改进后冷凝器示意图

2 实验方案

为了定量分析改进后的冷凝器传热效果，本文通过四组实验来验证改进效果。实验设备为改进前冷凝器与改进后冷凝器各一只，流量稳定且温度可调的冷冻盐水。可凝性气体为乙酸乙酯，温度测量仪器为型号AI-5600的手持式数字温度计。通过管道数字流量计测量流量，实验方案如表1所列。

表1 实验方案

3 结果与讨论

图4为冷凝液收集量曲线图，可以看出改进后装置冷凝液的回收量均高于改进前，换热效果得到改善。改进后的实验设备换热效率均得到提高，同时，在温差相对较小时，改进后的设备换热效率提高明显，可较大发挥改进优势。乙酸乙酯作为化工制药行业常用的溶剂，其用量大、成本高，提高回收率能节约成本，同时减少废气对环境的危害。

图4 冷凝液回收量曲线

通过比较可以得出换热效率的提高曲线如图5，改进后的换热设备换热效率在四组试验中平均增长率为9.4%.说明改进后的换热设备可以极大地提高换热效率，具有较强的应用性和经济性。目前已在本公司大量使用，经长时间运行，效果良好。

图5 换热效率提高值曲线

4 结束语

实验证实，改进后的换热装置增大了换热的有效面积，改善了流体的流动方式，明显提高了换热效率，降低了运营成本。结合本公司的实际应用，改进后的设备运行平稳，故障率低。改进后的冷凝器在冷热流体温差较小时，改善效果更为明显。

本文通过实验的方法确定该项改造的可行性，后续工作可以通过建立合理、近似的模型进行数值模拟，对该结构进行传热计算。

[1]颜红勤，黄毅.泵站技术供水盘管冷却器布置与换热面积计算[J].南水北调与水利科技，2013，11（3）：173-176.

[2]李迎建.逆流式三套管换热器的传热计算[J].轻工机械，2005（3）：30-33.

[3]叶剑飞.钢丝盘管式冷凝器的优化设计[J].制冷，1987（1）：65-69.

Optimal Design of a Coil Condenser

TAO Guo-jun1，CHAO Xiang-hong2，SHAO Ting1
（1.Changzhou KeLe Catalyst Co.，Ltd.，Changzhou Jiangsu 213000，China；2.Shanghai Pharma Group Changzhou Kony Pharmaceutical Co.，Ltd.，Changzhou Jiangsu 213000，China）

When condensable gas is condensed through the coil condenser，the condensable gas flows through the middle of the coil because of the large space inside the coil.The heat exchange between condensable gas and low temperature coil is less，which results in the loss of cooling capacity.In order to improve the heat exchange efficiency of condenser and improve the recovery rate of condensate，the steel wire mesh structure is added to increase the heat transfer area and change the flow mode.It is found that the condensation efficiency of the improved equipment is higher than before，and the heat transfer efficiency can be greatly increased by measuring the recovery of condensate.

condenser；heat transfer efficiency；optimal design

TK172.4

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0088-03

2017-02-30

陶国君（1961-），江苏人，工程师，专科，主要从事医药设备检测研究。