冷凝器特点及分类

（一）列管式冷凝器

列管式冷凝器的型式很多,根据安装位置不同有立式和卧式之分,根据冷热流体热交换的次数不同有单程式和多程式之分,根据管束的结构型式又可分为固定管板式和浮头式。

1、立式列管冷凝器

图3-71所示是立式列管冷凝器的一种简单结构型式。它主要由圆柱形壳体、上下封头、列管束等部分组成。列管束的两端固定在管板上，在壳体内的列管外还安装有折流板。一般溶剂蒸汽走壳程，冷却水走管程。溶剂蒸汽从壳体上部的进口管进入冷凝器向下折流，经过与列管壁接触换热，大量的溶剂蒸汽被冷凝下来，未被冷凝的溶剂气体和空气从自由气体管排出，再进入最后冷凝器或尾气回收系统，冷凝液壳体下部的出口管流出。

考虑到蒸脱机出来的混合气体中夹杂有少量粕末进入冷凝器，在换热表面形成结垢或堵塞列管间隙，影响传热效果，因此，可将蒸脱冷凝器做成浮头式，即封头可拆式，这样有利于清除粕末等杂质。图5-72所示是浮头式列管冷凝器的一种型式。它与固定管板式列管冷凝器在结构上的主要区别就是，列管束的上下都固定在可拆卸的上下管板上，在拆除上封头后，可将列管束整体抽出，很方便地对其清理或更换。冷却介质在列管内形成两个行程。

立式列管冷凝器的优点是，在其壳程和管程，随冷凝液和冷却介质的流动，便于自动清理淤渣及其它杂质，占地面积小。缺点是传热系数较卧式冷凝器小。

2、卧式列管冷凝器

图5-73 是卧式列管冷凝器的一种结构型式。溶剂蒸汽从进汽管1进入，经多次折流，大部分溶剂蒸汽在设备中冷凝，冷凝液从出液管2排出，不凝性气体从自由气体管3排出。冷却水从进水管4进入，经多次折流从出水管5排出。这种设备的特点是两种介质在设备中折流次数较多，这使得溶剂蒸汽或混合蒸汽在设备中的路程延长，便于充分冷凝冷却。而冷却水在管内的流速加快，传热系数大大增加。这在负压蒸发工艺真空冷凝器中的作用尤其是重要的。因为它避免了溶剂蒸汽在设备中流速快、走短路的现象，提高了冷凝效果。

卧式列管冷凝器的优点是，传热系数大，冷凝效果好，便于大规格冷凝器的制作。缺点是占地面积大，自清理作用小。在大规模的油脂浸出生产工艺尤其是混合油负压蒸发工艺中大多采用卧式列管冷凝器。

列管冷凝器的列管可采用普通碳钢管、不锈钢管、铝管或铜管。冷凝器在工作过程中长期接触水及有机杂质，列管腐蚀严重。采用不锈钢列管可以有效地防止腐蚀，管壁不容易结垢，容易清理，传热系数较高，且使用寿命的延长也弥补了价格较贵的缺点。同样面积的冷凝器，其列管材料和冷却介质流速的不同对传热系数产生明显影响。表5-20显示了这些因素对冷凝器传热系数的影响。可见，对冷凝器传热系数大小的影响因素很多，材质的选择、冷却介质的流速、冷热流体的含杂情况、传热面的清洁程度等因素都对设备的使用产生影响。为此，冷却水进入温度最好能保持在25℃以下，出水温度一般不应超过35℃。若冷却水的硬度较高，应作水的软化处理，防止冷却介质在列管中结垢。

列管换热器的结构简单紧凑，结构设计和运行条件合理时传热系数较高，冷凝效果好，可适用于各种溶剂蒸汽的冷凝回收。但管内外的清洗不如喷淋式冷凝器方便，尤其当水质较差时，不宜采用这种冷凝器。

表5-20   不同条件下的列管冷凝器的传热系数

（二）喷淋式冷凝器

图5-74 是喷淋式冷凝器的一种型式。其主要结构有若干根一定长度的冷凝管4制成的排管，管子的两端分别有大小两端盖3和8相连接，上方有喷淋水槽1，下部有循环水池5和支架9。该设备通常每组有四行六排共24根管子，对气体来说分成三个回程：第一程为三排管子，第二程为二排管子，第三程为一排管子。

溶剂蒸汽或混合蒸汽由连接管2首先进入第一程。由于一开始蒸汽量最大，第一回程的体积也较大，蒸汽进入后迅速冷凝冷却。随着蒸汽量的减少，第二、三程的冷凝面积相应减小。冷凝液通过连接管6汇集后流往分水器进行分水，自由气体则由汇集管上方的连接管7进入尾气回收系统。冷却水喷淋槽安装在排管组的上部。为了均匀地分散喷淋水，喷淋槽的两边装置了锯齿形的边缘板。

喷淋式冷凝器对冷却水供给量的变化十分敏感。喷淋密度应为每米管长每小时250～1500公斤。当供给的水量小于250公斤/小时时，要求将喷淋槽的水平方向装得非常精确，否则下边的管子，可能仅仅只有一部分被润湿或者不润湿。但冷却水量过多也会造成部分水总是从下面管子的两旁流去。即使在水量适中时，这种现象也存在，只是不显著而已。为减少下面管子飞溅的水量，在相邻两管子之间可安装沿缘板。如果不装沿缘板，应使管心距尽量缩小。

喷淋式冷凝器的结构简单，容易制作，管内外的清理十分方便，对冷却水质的要求不高。但管子暴露在大气中，易被空气氧化，因此腐蚀比较严重。当冷却水量供给不足时，冷凝效果将明显下降。此外，这种冷凝器的占地面积大，一般设置在室外。

（三）板式冷凝器

板式冷凝器是换热效率比较高的一种冷凝设备，在化工行业广泛应用，在油脂工业的应用较晚。但由于板式换热器体积小、传热系数高（高达2000～3000W/m²· K）、换热效果好、容易拆卸和清理等突出优点，近年来在油脂工业中的应用逐渐增多。

板式换热器的结构见图5-75 。它由多组波纹板2所组成，在这些波纹板进介质口之间有垫片4隔离，垫片每隔两块是相同的，这样它们形成每隔一层走冷却介质水，在两层冷却介质之间走的是需要冷凝的溶剂蒸汽，在薄而均匀的波纹板之间发生热量传递。这种冷凝器传热效果的好坏在很大的程度上取决于波纹板的波纹形状，好的波纹板形状，使得冷却介质水在其中的涡流程度增加，传热效率提高。

板式换热器的换热面积可根据生产情况进行调整。波纹板被两边的固定板1所固定，单个波纹板是有一定规格面积的单元板，需要时可增加单元板数量以提高冷凝器的传热面积。在这种设备中，水从进水口9进入，在相隔的波纹间逆流和溶剂蒸汽进行热交换，吸热后的冷却介质水升温后从出水口7排出。而溶剂蒸汽从汽体进口8进入，冷凝液从凝液出口管5排出，而不凝性气体从自由气体管6排出。

这种设备的优点是传热系数比较高，拆卸清理比较方便，在生产中可调整其面积的大小，使用比较灵活。但其缺点在于波纹板间距比较小，在生产中容易产生汽阻。有的设备生产厂家将板间距调至10～12毫米，这样可有效减少汽阻现象。此外，因在传热时波纹表面温度较高，在其表面很容易产生水中的钙镁离子沉积在表面上形成水垢的现象。为了防止这种现象的产生，冷却介质水需进行软化处理。这种设备的另一个缺点是其垫片很容易老化而发生溶剂的泄漏，因此产生了另一种单元板式换热器，它已在1991年获国家专利。

这种单元板式换热器是将相邻的两个单元板的一边及对边进行焊接，而在另外两边和另一单元板进行焊接，形成上下左右都可进行清理的结构型式。见图5-76。这种设备在实际应用中的缺点是单元的波纹板与外壳的焊接很容易产生电化学腐蚀，因此选择良好的材料和焊接工艺是非常重要的。

（四）混合式冷凝器

这种以直接冷凝方式工作的冷凝器是将溶剂蒸汽或混合蒸汽直接与冷却介质接触和混合，冷热流体直接进行热量交换，以此实现溶剂蒸汽的冷凝和冷却。

这种冷凝过程能够在常压或者真空下进行。低负压能够依靠蒸汽的快速冷凝来形成。也可以应用真空泵或蒸汽喷射泵来建立真空。图5-77是这种冷凝方式的一种设备结构型式。溶剂蒸汽从连接管8进入冷凝器帽子2中,冷水从进水管1通过文丘里管7，在管段10与溶剂蒸汽混合相互接触，溶剂蒸汽被水冷却，并随液体一起冲下，未冷凝的溶液蒸汽经管口11从四周上升时，又被第二根进水管9冲下的冷水，经多层挡板4和5所形成的水幕而冷凝冷却，之后自由气体从上部经连接管3至尾气回收系统。经冷却的溶剂冷凝液一起由下部的连接管13排出，至专用的分水器进行分水，然后回收溶剂。

这种冷凝器的优点是结构简单，耗水量小，冷凝效果好。冷凝时在文丘管处造成负压，有利于溶剂蒸汽顺利进入冷凝器进行冷凝冷却。但混合冷凝要达到满意的效果，水质要清洁，不能有杂质，否则影响水的喷射。水压一般在0.098MPa左右，压力要稳定，水量要足。水温越低越好，最好采用深井水。其缺点是混合冷凝液需经溶剂与水的分离，且分离后的水中仍含有微量溶剂，溶剂中也会含有微量水，这相对地增加了溶剂损耗，加大了废水处理量，对环境保护不利。因此其应用受到限制。

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