大气式混合冷凝器的计算

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第1077页（5300字）

1．冷凝器的直径d_H

如取1．5的安全因素，则

式中 F——冷凝器自由截面积(m²)

G——被冷凝蒸汽量(kg／h)

v——蒸汽比容(m²／kg)

W_气——气体在冷凝器中允许速度(m／s)

气体速度W_气，显然受到限制。它不能将下降水滴向上带走。水滴直径d_W与允许气速W_气的关系见表3－4－90。在9．8～18．6Pa即0．1～0．2kg／cm²绝对压力下，W_气－般可取20～55(m／s)。

表3－4－90 气体在冷凝器中允许速度

2．淋水板尺寸 包括宽度、筛孔孔径和筛孔排列等。淋水板宽度须能保证冷却水在板上泛流，又不致过分减少蒸汽通过的面积，可取冷凝器半径加50mm。

水室淋水板宽度取0．8～0．9d_H。

淋水板上有小孔，以减小液滴直径，加大其比表面积，利于气液热交换。增设若干筛板(且错排)，利于液面翻新，加快传热。如果孔径太小，加工费时，也可能发生堵塞。当冷凝器直径小于1m、又采用清洁水时，小孔可取2～5mm；冷凝器直径大于1m时，小孔直径可取5mm。水质不好时，一般不小于5mm。

淋水板上小孔面积f(m²)为：

式中 W_孔——水通过小孔流速(m／s)

W——冷却水用量(kg／h)

冷却水量可由上式求得，也可以根据制盐经验取四效二次蒸汽量的60～100倍(视冷却水温而定)。

W_孔与淋水板上溢流堰高度有关，堰高取为40mm时，W_孔可取0．62m／s，此时开孔率(f／F)约为0．025～0．1。

淋水板孔数n_孔为：

式中 d_孔——淋水孔直径(mm)

淋水孔按正三角形排列。

3．冷凝器高度H 与淋水板孔数n、板间距h、水滴直径d_W以及水的受热程度等有关。具体计算如下：

(1)选用淋水板间距h和水滴直径d_W淋水板间距h一般为300～400mm。但蒸汽在由下向上流动时，水蒸汽逐渐凝缩为水，气体体积逐渐减小，淋水板间距可适当由下而上逐减30～50mm。冷却水进口第一层淋水板和出口第m层板以下的空间高度，应较一般板间距大200mm。

(2)确定冷却水受热程度 受热程度(θ)为水的实际受热程度与理论上最大受热程度之比，即

式中 T——冷凝器压力下的饱和水蒸汽温度(℃)

t₁、t₂——冷却水进出口温度(℃)

水蒸汽冷凝时θ与d_W、h的关系，见表3－4－91。

表3－4－91 混合冷凝器中水的受热程度

(3)计算板数 选定板距h及水滴直径d_W后，查出水的受热程度θ，然后可由θ求经过每块淋水板后的冷却水温度如下：

由前面受热程度公式得：

t₁′=t₁+θ(T－t₁) (3－4－70)

t₂′=t₁′+θ(T－t₁′) (3－4－71)

………………………

t_m′=t_m－1′+θ(T－t′_m－1) (3－4－72)

式中 t₁′、t₂′……t′_m为冷凝水经第1、2，……m块淋水板后的温度。当t′_m等于或接近于冷却水出口水温t₂时，即可算出淋水板数m块。有时实际板数须在计算数上再加10～30%的安全系数。

(4)计算高度 设实际板数为m块，上空间高度各为600mm，则冷凝器的总高Z近似为：

Z=(m－1)h+0．6+1．2，m (3－4－73)

下空间高度为蒸汽进口管径1．2倍。

4．气压管长度l 在正常大气压(1．0133×10⁵Pa)下，根据静力平衡，气压管内水柱最小高度H₀应为：

式中 b——冷凝器中真空度(mmHg)

气压管内应有一定的压头h₀以克服管内阻力。若取水的进口阻力系数ξ₁=0．5，出口阻力系数ξ₂=1，则

式中 W——水在气压管中流速(m／s)

l——气压管长度(m)

d——气压管内径(m)

λ——管壁摩擦系数

g——重力加速度(m／s²)

为防止因大气压波动造成气压管内水倒灌的可能性，可将气压管长增加0．5m，其总长为：

l=H_o+h_o+0．5，m (3－4－76)

实际上，一般取L为11m，可满足要求。

5．气压管直径d_o按下式计算：

式中 G——蒸汽量(kg／h)

W——冷却水量(kg／h)

W_o——水在气压管中流速(m／s)，一般取1．0～2m／s。

6．气体和冷却水进口管径

(1)气体进冷凝器管径d_气按下式计算：

式中 G——进冷凝器蒸汽量，包括从脱气器进入量(kg／h)

W_气——蒸汽流速(m／s)，一般取50m／s

v——蒸汽比容(m³／kg)

(2)冷却水进水管直径d_水按下式计算：

式中 W——冷却水量(m³／h)

W_水——冷却水流速(m／s)，一般取1．5m／s

7．冷凝器直径与高度关系 可计算确定，一般如表3－4－92。

表3－4－92 混合冷凝器直径与膏度关系

混合冷凝器设计实例：某制盐厂的多效蒸发装置，末效蒸发水量为7500kg／h，由脱氧器蒸发水量为350kg／h，冷凝器内气体压强为1×10⁴Pa。冷却水进水温度为30℃，出水温度为40℃，试设计一混合式冷凝器。

解：(1)冷凝器直径d_n：

取蒸汽流速W_气为50m／s，对应蒸汽比容为14．71m³／kg

(2)冷却水消耗量：

(3)弓形淋水板有关尺寸：

取W_孔为0．62m／s，孔径为5mm，

取 n=945个

水室第一淋水板宽度为1．1××1000=733(毫米)

(4)冷凝器高度Z：

孔径5mm，若平均间距h_平=400，查得θ=0．104，则：

t′₁=t₁+θ(T－t₁)

=30+0．104(45．3－30)=31．59(℃)

t′₂=31．59+0．104(45．3－31．59)=33．01(℃)

t′₃=33．01+0．104(45．3－33．01)=34．29(℃)

t′₄=34．29+0．104(45．3－34．29)=35．43(℃)

t′₅=35．43+0．104(45．3－35．43)=36．48(℃)

t′₆=36．48+0．104(45．3－36．48)=37．40(℃)

t′₇=37．40+0．104(45．3－36．48)=38．22(℃)

t′₈=38．22+0．104(45．3－36．48)=38．96(℃)

t′₉=38．96+0．104(45．3－38．96)=39．62(℃)

t′₁₀=36·62+0．104(45．3－39．62)=40．21(℃)

出水温度为40℃，故可选用11块淋水板。

按设计 Z=(m－1)h+0．6+1．2d_汽(m)

=(11－1)×0．4+0．6+1．05=5．65(m)

(5)气压管长度L，选用11m。

(6)气压管直径d_o

(7)蒸汽管进口管径(流速取80m／s)

(8)冷却水管径d_水

冷凝器计算结果如图3－4－77。

图3－4－77 冷凝器及淋水板主要尺寸