5 混合冷凝器的计算_王畅

混合冷凝器的计算

王畅　丁德承

（中国石化集团南京设计院，江苏南京　210048）

摘要关键词

介绍混合冷凝器的计算方法并详细计算示例。混合冷凝器；计算

文献标识码： A

文章编号： 1008-455X(2011) 02-0008-05

中图分类号： TQ015

Calculation for Mixing Condenser

Wang Chang, Ding Decheng

(SINOPEC Nanjing Design Institute Nanjing, 210048)

Abstract: In this article, the method of calculation for mixing condenser was introduced, and the example was illustrated in detail.Keywords: mixing condenser; calculation

1　前言

混合冷凝器也叫大气冷凝器，属于气液直接接触的换热装置。它被用来冷凝二次蒸汽。在磷复肥生产中常被用来在磷酸浓缩、磷铵料浆浓缩、硝酸磷肥料浆浓缩过程中排出的二次蒸汽的冷凝。磷酸生产中过滤系统大气冷凝器也属于此列，只不过真空度不同而已。

混合冷凝器是一种最简单、最廉价的换热器。它利用水作为冷却介质（直流水或循环水）进行直接冷凝。由于冷却水中有可能带入浓缩过程中夹带的料液，因而定期需排出部分冷却用水，这部分水的排放后的处理方案是选用混合冷凝器必须同时考虑的课题。

混合冷凝器计算的目的是在已知冷凝二次蒸汽所需的冷却水用量条件下，求出水被最大程度的加热而需要的冷凝器内安置的塔板数。2　混合冷凝器的计算步骤

冷却水消耗量由热平衡方程式确定：

收稿日期：2010-12-09

作者简介：王畅（1980-），男，工程师，从事磷复肥工艺设计、装置建设和技术开发工作。

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　　kg/h （1）

式中：ω — 需要冷凝的二次蒸汽量，kg/h；

　 i″ — 冷凝蒸汽的焓，kcal/kg(kJ/kg)；t — 出冷凝器冷却水温度，℃；　 k

　 t H — 进冷凝器冷却水温度，℃；

　c — 水的比热，kcal/kg•℃(kJ/kg•℃) 。

冷凝器直径的大小要保证被冷凝蒸汽穿过冷凝器时不夹带液体。根据生产实际数据，对于压力9.8×103 ~ 19.6×103 Pa 条件下操作的冷凝器，可以取塔板自由截面上的蒸汽流速15 ~ 30 m/s。

冷凝器的高度应该使蒸汽饱和冷却水之间有足够的冷凝接触表面。

最常用的冷凝器是带有圆缺塔板的液柱式冷凝器和液膜式冷凝器。

在这种冷凝器中，冷却水从上而下，由一块塔板流到另一块塔板，而被冷凝的蒸汽则由下而上逐步被冷凝。

圆缺塔板的宽度：l=Dk / 2+50 m (2)式中：D k —冷凝器直径，m ；

从第一块塔板流到第二块塔板水的温度变化，

可按下式计算：

　　

式中：t ″—被冷凝蒸汽的温度，℃；

　t i , t i+1—在第i 块塔板上和第i+1块塔板上水的温度，℃（水自上而下）；

　ω0 — 水流下的初速度，m/s 　g — 自由落体速度，m/s2

；　H — 塔板之间的距离，m （流股下落高度）

— 流股当量直径，m ；　

　b — 水幕宽度（落水边长宽），m ；　δ — 下落时水幕厚度，m ；水流动的初速度：

式中：t H — 冷却水温度，℃

　t k — 冷凝水温度，℃。

逆流型冷凝水出口温度比蒸汽进口温度低3~5 ℃。3　计算示例

要求确定混合冷凝器的尺寸。原始数据：

冷凝蒸汽量　ωs =6000

冷凝器中负压640 mmHg（8.42×104Pa ），大气压力760 mmHg（- 105Pa ）

进冷凝器冷却水温度t H = 15℃。计算：冷却水量

与此相应的水蒸汽焓i " = 621.1 kcal/kg，蒸发潜热r = 566.2 kcal/kg，温度t " = 54.9℃，比容积ν"= 9.6 m 3/kg。

根据生产实际数据，冷凝器排出水温度比进冷凝器蒸汽温度低3℃，出口水温度：

t k =54.9 - 3=51.9 ℃

冷凝1 kg蒸汽所需的冷却水量m ，由热平衡方程式求出：

i " + m ·t H = (1+m) ·t k 由此得出：

　　(4)

kg/cm2

式中：

m 3/h；

h —在溢水边上的液面高度，m （塔板上水层高度）；

(5)

式中：η—流量系数，~0.63；

水膜厚度：

m (6)

式中：ωcp —水流动的平均速度，m/s；

(7)

1小时冷却水消耗量：

=15.4 kg/kg 蒸汽

　　

大气管直径和长度= m ·=15.4×6000=92400 kg/h=0.0256 m3/s

冷却器直径：

(8)

式中：ν—大气管内液体流速，m/s,一般0.5 ~ 0.6m/s

大气管中液柱高度：

　　

通过冷凝器蒸汽流速w = 15 m/s求出：

=1.17 m

圆整后取冷凝器直径d k = 1200 mm，这时圆缺塔板宽度l=dk / 2+50=1200/2+50=650 mm。

冷却器的热力计算：

冷凝器热力计算目的是要求出冷凝器内安置的塔板块数，冷凝器高度以及塔板间距。塔板数应满足将冷却水温度加热到51.9℃，以及每一块塔板上水的温度变化。

从塔板上落下水的初始速度：

　　m （9）

式中：P 0 — 大气压力，Pa ；

　P — 冷凝器内压力，Pa ；　d — 大气管直径，m ；

不凝性气体（空气）量，按下式确定：

kg/h　　（10）

被真空泵抽吸的气体体积：

　　

式中：P B —空气分压，Pa 。

m 3/h　　　（11）

　　m/s

从第一块塔板上流出的水的平均流速：

　　

=1.79 m

32.8℃

水吸收的热量：

Q = 25.6 (32.8-15) / 456 kcal/s冷凝蒸汽量：

456/588.3 = 0.78 kg/s = 2808 kg/h。

　　

流股当量直径：

　　

将求出的数值代入公式（3）

= 0.024 m

从第二块塔板流出的水的流量：25.6 + 0.78 = 26.38 kg/s

用同样的方法计算从第二块塔板流到第三块塔板的热交换。计算结果列于表1。

分析表中所列数据证明，超过85%的二次蒸汽在第二块塔板之前已经被冷凝，进一步分析所列数据表明，在同样的塔板间距条件下（上部三块塔板间距都是H = 500 mm），数值h ，ω0，ωcp ，δ，

表1　冷凝器内水与蒸汽热交换计算结果汇总

化计算，比较简便的方法是将塔板之间距离做成相等而在所有塔板上的水量都取值为= 92400+6000 = 98400 kg/h或27.3 kg/s求出塔板上水层高度：

　　

流股厚度：= 0.013 m

　　流股当量直径：

　　　　从塔板上水流出的初速度：

ω0 = 0.0273/1.17×0.056 = 0.417 m/s塔板之间流股平均速度：

将求出的值代入求解t 2 的公式：

1.790.0130.025754.9151.77

解此方程式求出t 2=32.5 ℃

因为，我们已经规定了塔板之间距离相等和进入塔板的水量相等，因此，所有计算都可以取同一0.50.0273

下面列出简化计算所需的数据：塔板之间距离H ，m m 3/s

从塔板上流出的水平均速度ωcp ，m/s 流股厚度，δ，m

流股当量直径，m 蒸汽温度t" ，℃

冷却水初始温度，℃ 计算结果列于表2。

表2　冷凝器内水与蒸汽热交换简化计算结果

冷凝器中冷却水温度变化示于图1。由图可见，计算的塔板数和塔板之间距离，保证冷凝的蒸汽量和水被加热的程度符合工艺要求。

取d = 250 mm。大气管的高度：

与真空度640 mmHg相应的水柱高度。H 1 = 10.33×640/760=8.7 m水在大气管中流动雷诺数

　　

Re = 105 ~ 108范围内平滑管的摩擦系数：

　　

大气管中压力损失：

图1　冷凝器中冷却水温度变化

　　

预留大气管安全高度H 3＝1 m。大气管总高度：

H=H1+H2+H3=8.7+0.055+1 = 9.755 m取大气管总高度H = 10 m。真空泵抽气量计算：

大气管的计算：大气管直径：

式中：— 6000 kg/h；

— 92400 kg/h；　w — 0.5 ~ 0.6 m/s。

。

　　

被抽吸的空气温度：

t B = tH +4+0.1(t k -t H )=15+4+0.1(52-15)=22.7 ℃冷凝器中压力等于0.16大气压=1600 kg/m2。当t B =22.7 ℃时蒸汽分压281 kg/m2。空气分压P B =1600-281=1319 kg/m2。

　　

　 = 410 m3/h

根据计算绘制的冷凝器示于图2。

图2　混合冷凝器简图

消息

GMP 认证检查必须统一尺度

3月16日，为期4天的新版药品GMP 认证检查培训班在京开班，此次培训拉开了全国新版药品GMP 培训的序幕。

会上，国家食品药品监管局药品安全监管司司长孙咸泽通报了新版药品GMP 修订的背景和意义，并对实施工作提出明确要求。孙咸泽强调，各省食品药品监管部门应高度重视新版药品GMP 的学习和培训，统一思想，统一标准。切实做好辖区内新版药品GMP 的宣贯工作，从事认证检查的机构应建立和完善药品检查质量管理体系，以确保认证检查工作的质量，检查认证必须统一标准尺度。对于达不到检查质量管理体系要求的，不得进行新版药品GMP 认证检查。

国家局高级研修学院院长江德元介绍了国家局对新版药品GMP 培训工作的总体安排，要以各种形式对药品安全

监管人员、药品认证检查员以及企业关键人员进行培训。国家局要求对培训的教材、师资等必须统一，以确保新版药品GMP 执行过程中的权威性、规范性。研修学院还将对教学质量全程进行评估。

国家局药品认证管理中心相关负责人介绍了今后药品认证检查的工作方向，在缺陷评定时，应当采用风险评估的方法进行分类，并根据企业的实际情况结合判定原则进行综合评定；在认证检查结果判定上，不再制订与其相对应的检查项目，而是以风险评估判定原则为基础，基本保持与国际通用的判定原则的一致性。

各省（区、市）食品药品监管部门和认证检查机构相关人员参加了此次培训。