换热器的应用

螺旋板换热器在酒精生产中的应用

1.摘要】：在酒精生产过程中,原料的液化、糖化及发酵等,都需要适宜的温度。传

统的真空和蛇形管喷淋冷却方法,需要消耗大量的水,随着酒精生产量的不断增加,耗水量也随之加大,加剧了水资源短缺的局面。为了节约用水,同时又使酒精生产过程不受影响,经过反复研究、试验,设计了螺旋板换热器,改造了冷却系统。实用结果表明,螺旋板换热器在酒精生产中的优越性及其优点特别突出,它不仅降低了用水量,而且温度调定比较精确,占用空间小,故障率低,达到了既节能降耗,又保证了生产顺利进行的目的。

1 引言

引言酒精工业是十分重要的有机基础化学工业之一,又是新兴的能源工业之一。酒精在食品、医药、化工、燃料和国防工业等方面都有着广泛的用途。在酒精生产中,水的用量很大,根据各厂的管理水平、生产工艺、设备选型及原料的不同,每生产一吨酒精用水量从几十

吨到一百多吨不等。原来酒精生产的生产工艺,调定温度全部采用的是传统的真空冷却和多层盘管或蛇形管喷淋冷却的方法。随着近年来酒精产量的增加,耗水量也越来越多,每到夏季,城市用水紧张,水源不足不能保证正常生产,且生产用水的增多也增加了污水处理工作量。介于这种情况，经过反复研究，实验，改造了冷却系统，使用了螺旋板换热器，结果验证了螺旋板换热器在酒精发酵中，不单单降低了用水量，调节温度也比较准确，占有空间小大大降低了故障率，节约了维修资金。既节能降耗，又保证了生产的顺利进行。

3 结构与原理

作为一种新型的换热器，传热效率高的特点，螺旋板换热器以在酒精生产工艺中得到了很好的应用。

螺旋板换热器主要由外壳，螺旋体，密封及进出口等4部分组成。螺旋体主要由两张平行的薄钢板卷制而成，构成一对耳相隔开的螺旋形流道。冷热流体以螺旋板为传热面相向流动。在换热器的中心设有中心隔板将两个螺旋通道隔开。

一对进出口设在圆周边上，另一对进出口设在圆鼓的轴心上。

酒精工业中使用的螺旋板换热器有不可拆式螺旋板换热器，可拆式螺旋板换热器和半可拆式螺旋板换热器。由于可拆式和半可拆式螺旋板换热器在使用的过程中容易出现串流，所以目前以不可拆师螺旋板换热器为主。

两端不可拆式的螺旋板换热器，其原理主要是对流传热，多用于液-液流体传热，可加热或冷却高粘度的液体，如液化醪，糖化醪，发酵唠的冷却。

一端为不可拆式的螺旋板换热器，主要用于发酵工段的二次蒸汽的换热，

可拆式螺旋板换热器，主要用于液化醪，糖化醪，发酵唠和酵母醪的冷却等。

4 螺旋板式换热器的应用

由于螺旋板式换热器具有传热效率高,可实现完全逆流,不易结垢,特别适用带有悬浮物、流体物料换热的突出优点,而酒精生产中糖化醪和发酵醪具有固形物含量高的特点,因此,在淀粉酒精厂设计中,采用螺旋板式换热器取代喷淋冷却器来冷却糖化醪,以解决传热效率低,易沉淀堵塞等问题,取得较好效果。

以3000t/年淀粉酒精厂为例:根据热量平衡原理: FK△tm = GC1 ( T2 - T1)换热面积F =GC ( T2 - T1)/K△tm(1)平均温度差△tm =( T2 - t1) - ( T1 - t2)/ln(T2 - t1/T1 - t2)(2)耗水量W =GC1 ( T2 - T1)/C2 (t2 - t1)(3)

根据式(1)、(2)、(3)及工艺物料衡算,计算比较了螺旋板式换热器与喷淋冷

却器的各使用参数,见表2。

从表2可以看出,使用螺旋板式换热器不仅可以节省换热面积,节约投资,而且可以大大节约冷却水,其用水量仅为喷淋冷却器的6512 % ,以3000t/年淀粉酒精厂为例,按年生产300天计,每年可以节约用水量43920t。同时,由于螺旋板式换热器结构紧凑,其占地面积仅为喷淋冷却器的十分之一,可使车间设备布置更

加合理紧凑。

对于规模较大的酒精厂,采用螺旋板式换热器取代发酵罐内冷却蛇管进行罐外循环冷却,不仅可以节约用水,而且发酵罐内无死角,清洗方便,同时增加了发

酵罐的有效容积,提高了设备利用率。由于糖化罐和发酵罐剪除了降温内管设计，不仅增加了罐内有效面积，更有利于罐内的清洗和灭菌特别是CIP清洗系统在换热器，糖化罐，发酵罐上的应用，完全取代了高能耗的蒸汽高压灭菌装置或设备。目前,由于云南省内酒精厂规模偏小,尚无采用发酵罐外循环冷却方法。国内一些规模较大的酒精厂,如邯郸酒厂(发酵罐容积V = 230m3)、杜康酒厂(发酵罐容积V= 500m3) ,安徽宿县酒精厂等都先后采用了螺旋板式换热器对发酵醪液进行罐外循环冷却,节约了大量设备投资和冷却用水,为酒精厂提高经济效益创造了有

利条件。在使用螺旋板式换热器时应注意原料的除杂清选,以减少通道堵塞和磨损,提高冷却效率。

6 结语

实践证明，在酒精生产中，糖化醪的冷却以及主发酵的冷却利用螺旋板换热

器进行冷却是可行的。螺旋板式换热器虽然应用于酒精生产的时间不长,但早已广泛应用于化工、石油、医药、冶金、纺织、造纸、食品等行业,从目前国内外厂家使用的情况看,无论从节约用水,节约投资,操作和效果分析,都较为合理可行,因此,在我国酒精行业推广使用螺旋板式换热器及板式换热器是十分有必要的,它可以改善众多酒精厂耗水量大,效益低的问题。总之,在酒精厂设计过程中,所采用的工艺流程及设备选型是否先进合理、可靠,对酒精厂生产过程中能源的消耗(水耗、电耗、汽耗)是一个十分关键的因素

然而，和其他换热器一样，螺旋板换热器也有一定的不组，包括一下几个方面；

一操作压力和温度不能太高，其所能承受的压力一般在2.0MPa一下，最高只能达到4.0MPa，操作温度大约在120度一下。

二不易检修。整个换热器已卷制焊接为一个整天，一旦发生中间泄漏或其他故障，很难检修。

三流体阻力比较大。因流道长，其间又受到许多定距柱和螺旋流动的影响，流体阻力是比较大的，在同样物料和流速下。约比列管式换热器的阻力大3倍。

我想在将来的生产实践中螺旋管换热器会得到更广泛的运用，当然它的不足之处也会在将来的技术发展中得到相应的改善的。