第五章 冷凝回收技术

三、表面冷凝器的热计算 冷凝器的热计算是为了确定换热面积，或者 已知面积计算所能传递的热量，作为校核计算。 蒸气在膜状冷凝时，放出的潜热必须穿过液 体膜层才能传到冷却壁上。如果液膜的流动状态 属于层流，那么通过液膜的热量的传递就只能依 靠导热。由于液膜的厚度从上至下愈积愈厚，所 以局部给热系数。从起始凝结的地点开始，愈往 下愈小，在热计算中，求取整个壁面的平均给热 系数
二、表面冷凝装置 分类： 由管子组成传热面的冷凝器 由板组成传热面的冷凝器 1.列管式冷凝器 组成: 外壳、管板、管束、顶盖等 热交换过程 **管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器
列管冷凝器主要由外壳、管板(又称花板)、管束、顶 盖(又称封头)等部件构成。

冷凝器中两端的管板，有一块不与壳体相连，可 以沿管长方向自由浮动的浮头。
当壳体和管束因温差较大而热膨胀不同时，管束 连同浮头就可以在壳体内自由伸缩，从而解决热 补偿问题。而另外一端的管板又是以法兰与壳体 相连接的，可以由壳体中拆卸出来，便于清洗和 检修. 但由于结构比较复杂，金属耗量多，造价也高。
3.

翅片管式冷凝器
翅片管式冷凝器的结构如图所示. 特点:换热管外或内有许多金属翅片，既扩大了传 热面积，又增强了气体流动时的湍流程度，使气 体的膜系数得以提高。
翅片管式冷凝器




4.螺旋板式冷凝器 螺旋板式冷凝器的结构如图. 蒸气从顶部进入，在散开的 通道中轴向流动，冷凝液由 底部排出，冷凝剂从外围向 中心做螺旋流动。 优点:结构紧凑，单位体积 提供的传热面积很大，传热 效率高，流体在器内的流速 大，污染物不易滞留 缺点:是对焊接质量要求很 高，检修也较困难，目前只 用于低压场合

要求：只能用在冷却剂混入被冷凝物质后，并不影响被冷 凝物质质量的情况下，如用水将空气或乙炔冷却。
间接冷凝：流体与冷却剂间的热量传递是
通过间壁进行的，在工业上应用最为广泛
一、接触冷凝器
接触冷凝器装置是冷热流体直接接触，在
混合过程中进行传热。 适用：两种流体可以直接接触的场合。 分类：喷射式、喷淋式、填料式和塔板式 等。
进行热交换时，冷却水由 顶盖的连接管进入，在管 内流动，这条路径称为管 程；有害蒸气在管束与壳 体之间的空隙内流动，这 条路径称为壳程；管束的 表面积就是传热面积。
船用管壳式冷凝器
列管式冷凝器的优缺点与分类
列管式冷凝器是目前应用最广泛的一种。
优点：结构简单、坚固，制造容易，材料


空气和蒸气混合气体，只有冷却到露点温度以 下，才能将蒸气部分冷凝下来。 空气中能冷却下来的，只是高于冷却温度下饱 和蒸气压的那部分蒸气量，即对应于冷却温度 下的饱和蒸汽压的有害溶剂仍留在空气气相中。

——冷凝极限为冷却温度下的有机溶剂 蒸气的饱和蒸气压。
2 冷凝回收的的适用范围和特点 适用范围：只适于蒸气状态的有害物质。 多用于回收空气中的有机溶剂蒸气。 还适用于处理含有大量水蒸汽的高温废气。 冷凝回收的特点：
范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。 缺点：在传热效率、设备的紧凑性、单位 传热面积的金属消耗量方面，还稍次于各 种板式冷凝器。 分类：通常包括固定管板式、U形管式和浮 头式三种。
固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于 其结构简单，运用比较广泛。 固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有 管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定 在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳 程的进出口管直接焊 在壳体上，管板外圆周和封 头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头 焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干 块折流板
概念明晰-蒸气、蒸汽
蒸气：是泛指液体或固体（如水、碘、汞、
苯）因蒸发、沸腾或升华而变成的气体。

使用时前面要加上与之相关的事物，如水蒸气、 苯蒸气、汞蒸气、碘蒸气。
蒸汽：是特指，水加热到沸点所变成的水汽
，气态的水。


“蒸汽”特指水的蒸气，义同“水蒸气”，所以 不能写成“水蒸汽”。 “蒸汽”运用比较自由，它既可以作为语素同别 的语素结合成词，如“蒸汽机”“蒸汽机车”， 也可以单独成词，如蒸汽洗车。
(4)冷凝表面情况的影响 实践证明，蒸气 冷凝给热在下列情况下受到冷凝表面条件 的影响往往不可忽视。如表面粗糙不平或 有氧化层时，一方面由于表面附加给冷凝 液膜流动的阻力，使膜的厚度增加，给热 系数相应地要减少；另一方面，表面上的 氧化层上热阻也同样会对给热发生影响。 P68 表5-2给出了不同冷凝面对流传热系数 的校正值。
沉浸式蛇管冷凝器，当 管内通入有害蒸气时， 为避免产生水击和阻塞 蒸气，蒸气应从蛇管顶 端进入，冷凝液则从下 端冷凝水排除器排出。 优点：结构简单，价格 便宜，管理方便
缺点：是传热效果较差， 设备笨重
沉浸式冷凝器
喷淋式蛇管冷凝器具备沉浸式蛇管冷凝器
的优点外，比沉浸式易于清扫和检修。
喷淋式蛇管冷凝器 1—冷却水泵；2—淋水管；3—支架；4— 蛇管；5—淋水管板；6—淋水板
管子弯成U形，两端 均固定在一块管板上， 因此每根管子皆可以 自由伸缩。
这种结构比较简单， 质量轻，但弯管工作 量大，为了满足管子 有一定的弯曲半径， 管板利用率就差。管 内很难机械清洗，因 此，管内流体必须洁 净。管束虽然可以拉 出，但中心处的管子 仍不便调换。
U形管式冷凝器
2. 蛇管式冷凝器 分为沉浸式和喷淋式两类:
一、饱和蒸气压与温度的关系 （1）蒸气压 概念：在液体（或者固体）的表面存在着该物质 的蒸气，这些蒸气对液体(或者固体）表面产生 的压强就是该液体(或者固体）的蒸气压 。 其影响因素：蒸气物质本身的性质、温度及蒸气 的浓度有关。 （2）饱和蒸汽压 概念：在一定的温度下，与同种物质的液态(或 固态)处于平衡状态的蒸气所产生的压强 . 是纯物质在指定温度下逃逸到气相中的最大能力。 饱和蒸气压随温度的升高而增大


二、膜状冷凝对流传热系数α的影响因素 (1)冷凝液的湍动状态 湍流程度愈强，对给热愈有 利。 (2)蒸汽流动速度和流动方向 若蒸汽流动顺着冷凝 液膜的流动方向，则蒸气流速较大时，蒸汽与液膜之间 的摩擦作用将使膜层流速增大，厚度减少，给热系数随 之增大；反之，给热系数的数值便减小。 但，当摩擦力超过其重力时，形成液膜小波浪，随 着蒸汽速度增加，液层受到向上的冲刷而破裂，脱离管 壁面，此时，给热系数反而增大。 实践证明，当压力低于10525Pa(绝对压)时，只有 蒸气速度大于10m／s时，才对冷凝给热有显著的影响， 但在蒸气压力高时，蒸汽流速小也会影响给热系数。 (3)蒸汽中含不凝气的影响 当蒸汽中混杂空气或其 他不凝气体时，则冷凝时的给热就会显著地被削弱。 随着冷凝的进行，靠近管壁的空气愈积愈多，形成 一层空气膜，而使得蒸汽流向壁面遇到很大阻碍，空气 的热导率又很小，因此，其热阻便大大增加。

如图

不同温度下的饱和蒸气压可以按照下式计算：
A lg p饱 B T
P饱指定温度T下的饱和蒸汽压,1X133Pa; T: 有机溶剂的温度 A，B 与物质性质有关的常数 从而计算出在制定温度下某物质的饱和蒸气压
二、 冷凝回收的极限 1 蒸气压与蒸气浓度的关系 露点温度：以空气中某种有机蒸气的分 压（蒸气压）数值为饱和蒸气压下的温 度，即该空气混合气体的露点温度。
第五章 冷凝回收技术
第一节 冷凝净化的概念
冷凝：蒸气在饱和温度下由气态变成液态的
过程。 所谓冷凝就是当热流体放出热量时，温度没 有变化，而使流体由气相变成液相。 冷凝净化：将空气中的蒸气冷却凝成液体， 并将液体收集起来，加以利用。 具体方法：（移去热量）冷却；增加压力使 蒸气在压缩时凝出来。Biblioteka (1)列管式冷凝的热计算

在单根水平管上冷凝：
螺旋板冷凝器
第三节 表面冷凝器的冷凝过程
一、蒸汽冷凝现象的分析

膜状冷凝：饱和蒸气与温度较低的壁面接触时，壁面被冷凝 蒸气形成的冷凝液润湿，并有一薄层凝液遍覆其上。 滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面，因表面张力作用， 蒸汽在壁面上冷凝成许多小液滴（从壁面流下，重又露出冷 凝面）。




净化要求越高，需冷却的温度越低，费用也越高； 优点：所需设备和操作条件比较简单，回收得到 的物质比较纯净； 缺点：净化程度受温度影响比较大。 因此，冷凝回收仅适用于蒸气浓度比较高的情况
第二节 冷凝净化方法的分类
可分为直接冷凝和间接冷凝。 直接冷凝：冷却剂与被冷凝物质在换热器
内直接接触进行冷凝的过程。