1.蒸发结晶过程中蒸发器中不凝气排出口应该放在哪?
不凝气对传热有多大影响?
不凝气指蒸汽(包括二次蒸汽)中在操作压力温度下不冷凝气态物质,如空气CO2、H2S等,它们混杂在蒸汽中进入加热室在加热室滞留于加热管壁,并不断集累,使壁面被一层不凝气包围,阻挡蒸汽与壁面接触而气体导热系数都很小,热阻很大,故增加传热热阻,使传热系数大为降低。据B.A.古登丘克的实验,当蒸汽中含有1%的不凝气,蒸汽冷凝给热系数会降低60%。因此,在蒸发结晶器的加热室应合理设置不凝气的排放通道。通常来讲,加热室中不凝气的存在,必然反应出加热室压力的升高。运行过程中加热室压力的不正常升高,很可能是不凝气排放不畅。
看过好多工业化装置的蒸发结晶器设计,对于不凝气的排放口大都有问题。比如化工部设备设计技术中心站1974年汇编的《化工设备图册》中收集了我国化工系统各设计单位推选出的设计图纸。在第3 、5分册所列的53台立式冷凝器和立式蒸发器中, 30 台的设计是把排气口设置在顶部,排气管径又多选用20mm的管径,而蒸汽进口又在上部。这种布置方式在我们的工程设计中屡见不鲜。这是否正确?
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这个系统的不凝气排放方式是否还可优化?看过后文,大家应该就会有比较清楚的认识了。冷凝水从二效转三校方式是否有问题?是否还有其他问题,欢迎大家讨论。(仅仅是就事论事,若侵权请告知删除:)
正确的做法应该像魏宗胜所说:
冷凝器中不凝气的排放口应设在蒸汽流程的终端, 而与不凝气的重度无关。因为蒸汽流程的末端,由于蒸汽液化引起压力降低,不凝气主要聚集在压力最低的位置,在实际装置运行上,我们也可以看出由于加热室压力及不凝气含量的变化,冷凝水的温度一般要低于蒸汽的温度,常见低2℃左右。排气口与进汽口相距应尽可能远, 即上进汽时为下排气(冷凝液出口的稍上方)而下进汽时为顶排气。
以上所说的排气口系指换热器(对于蒸汽来说它是冷凝器)的主排气口。在冷凝器的设计中, 通常还在蒸汽不易到达的死角处设置辅助排气口。
如立式冷凝器中,加热蒸汽通常从上部进入, 在蒸汽进口管对面上管板的下方死角处也可能积聚不凝气, 可在此处设置辅助排气口。例如美国虎克化学公司设计的蒸汽加热室, 一般蒸汽进口放在上部, 主排气口直径较大, 且设在加热室的底部, 冷凝水出口的稍上方。另外在加热室的中部和顶部分设有直径较小的辅助排气口, 供开车时加速排气之用,正常运行时,上部不凝气可以间歇式的排排不凝气。柴伦巴式蒸发器的加热室设有三个不凝气排出口。主排气口直径为50-100mm。位于加热室下部冷凝水出口之上。另外在加热室下部大约三分之一高处和顶部设有25-38mm的排气口。正常操作时, 仅底部主排气口经常开启排气,而辅助排气口关闭, 只有传热出现异常时才间断开启排气。
2.进汽口位置的选择
蒸汽入口
蒸汽冷凝传热膜系数的计算通常采用努塞尔特公式, 此公式的推导中忽略了蒸汽和冷凝膜之间的摩擦力。实际上在工业冷凝器中, 蒸汽流速的影响在某些情况下是不能忽略的。 一般而言,加热室内蒸汽流速一般<20m/s。 当蒸汽从上向下流动时, 有减薄冷凝液膜厚度的作用, 可增大冷凝膜系数。相反,当蒸汽自下向上流动时, 将阻碍冷凝液膜的向下流动, 当摩擦力<液层的重力,会增厚液膜, 因而减小冷凝膜系数。这就是为什么大多数立式冷凝器都采用蒸汽从上部进入的缘故。在这种情况下, 就应把排气口设在冷凝器的下部。
什么情况下需改用下进汽方式呢?
蒸发系统中生蒸汽或二次蒸汽有时为过热蒸汽, 特别是蒸发沸点升高较大的物料时, 二次蒸汽的过热度较高。如蒸汽有过热度,当过热度较大时,在与液层接触时,需要降温放出其显热的过程,与气体加热无异,因蒸汽的导热系数很小,则给热系数酱油较大下降,通常过热蒸汽冷却时的给热系数仅为30-150w/㎡/K。如用这种过热蒸汽浓缩热敏性物料或结晶性物料, 为防止加热管内壁温度过高引起物料过热分解或管壁结垢,则宜采用下方进汽。因为加热管下部管壁上的冷凝液膜已较厚, 其热阻较大, 且可使蒸汽很快达到饱和从而避免管壁温度过高。
最后需要指出:蒸汽冷凝给热系数虽然不是传热过程的主要矛盾,但也不能无视它的提高。
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