冷凝回收技術

關于冷凝回收技術第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)冷凝凈化的概念

冷凝：蒸氣在飽和溫度下由氣態(tài)變成液態(tài)的過程。所謂冷凝就是當熱流體放出熱量時，溫度沒有變化，而使流體由氣相變成液相。冷凝凈化：將空氣中的蒸氣冷卻凝成液體，并將液體收集起來，加以利用。具體方法：（移去熱量）冷卻；增加壓力使蒸氣在壓縮時凝出來。第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日概念明晰-蒸氣、蒸汽蒸氣：是泛指液體或固體（如水、碘、汞、苯）因蒸發(fā)、沸騰或升華而變成的氣體。使用時前面要加上與之相關的事物，如水蒸氣、苯蒸氣、汞蒸氣、碘蒸氣。蒸汽：是特指，水加熱到沸點所變成的水汽，氣態(tài)的水。“蒸汽”特指水的蒸氣，義同“水蒸氣”，所以不能寫成“水蒸汽”?！罢羝边\用比較自由，它既可以作為語素同別的語素結合成詞，如“蒸汽機”“蒸汽機車”，也可以單獨成詞，如蒸汽洗車。第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、飽和蒸氣壓與溫度的關系（1）蒸氣壓概念：在液體（或者固體）的表面存在著該物質的蒸氣，這些蒸氣對液體(或者固體）表面產(chǎn)生的壓強就是該液體(或者固體）的蒸氣壓

。其影響因素：蒸氣物質本身的性質、溫度及蒸氣的濃度有關。（2）飽和蒸汽壓概念：在一定的溫度下，與同種物質的液態(tài)(或固態(tài))處于平衡狀態(tài)的蒸氣所產(chǎn)生的壓強

.是純物質在指定溫度下逃逸到氣相中的最大能力。飽和蒸氣壓隨溫度的升高而增大如圖第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日P飽指定溫度T下的飽和蒸汽壓,1X133Pa;T:有機溶劑的溫度A，B與物質性質有關的常數(shù)從而計算出在制定溫度下某物質的飽和蒸氣壓不同溫度下的飽和蒸氣壓可以按照下式計算：第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、冷凝回收的極限1蒸氣壓與蒸氣濃度的關系露點溫度：以空氣中某種有機蒸氣的分壓（蒸氣壓）數(shù)值為飽和蒸氣壓下的溫度，即該空氣混合氣體的露點溫度?？諝夂驼魵饣旌蠚怏w，只有冷卻到露點溫度以下，才能將蒸氣部分冷凝下來?？諝庵心芾鋮s下來的，只是高于冷卻溫度下飽和蒸氣壓的那部分蒸氣量，即對應于冷卻溫度下的飽和蒸汽壓的有害溶劑仍留在空氣氣相中?！淠龢O限為冷卻溫度下的有機溶劑蒸氣的飽和蒸氣壓。第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日2冷凝回收的的適用范圍和特點適用范圍：只適于蒸氣狀態(tài)的有害物質。

多用于回收空氣中的有機溶劑蒸氣。

還適用于處理含有大量水蒸汽的高溫廢氣。冷凝回收的特點：凈化要求越高，需冷卻的溫度越低，費用也越高；優(yōu)點：所需設備和操作條件比較簡單，回收得到的物質比較純凈；缺點：凈化程度受溫度影響比較大。

因此，冷凝回收僅適用于蒸氣濃度比較高的情況第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)冷凝凈化方法的分類可分為直接冷凝和間接冷凝。直接冷凝：冷卻劑與被冷凝物質在換熱器內直接接觸進行冷凝的過程。要求：只能用在冷卻劑混入被冷凝物質后，并不影響被冷凝物質質量的情況下，如用水將空氣或乙炔冷卻。間接冷凝：流體與冷卻劑間的熱量傳遞是通過間壁進行的，在工業(yè)上應用最為廣泛第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、接觸冷凝器接觸冷凝器裝置是冷熱流體直接接觸，在混合過程中進行傳熱。適用：兩種流體可以直接接觸的場合。分類：噴射式、噴淋式、填料式和塔板式等。第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日分類：由管子組成傳熱面的冷凝器由板組成傳熱面的冷凝器1.列管式冷凝器組成:外殼、管板、管束、頂蓋等熱交換過程**管殼式換熱器(shellandtubeheatexchanger)又稱列管式換熱器二、表面冷凝裝置第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日列管冷凝器主要由外殼、管板(又稱花板)、管束、頂蓋(又稱封頭)等部件構成。第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日進行熱交換時，冷卻水由頂蓋的連接管進入，在管內流動，這條路徑稱為管程；有害蒸氣在管束與殼體之間的空隙內流動，這條路徑稱為殼程；管束的表面積就是傳熱面積。第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日船用管殼式冷凝器第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日列管式冷凝器的優(yōu)缺點與分類列管式冷凝器是目前應用最廣泛的一種。優(yōu)點：結構簡單、堅固，制造容易，材料范圍廣泛，處理能力可以很大，適應性強。缺點：在傳熱效率、設備的緊湊性、單位傳熱面積的金屬消耗量方面，還稍次于各種板式冷凝器。分類：通常包括固定管板式、U形管式和浮頭式三種。

第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日固定管板式換熱器由兩端管板和殼體構成。由于其結構簡單，運用比較廣泛。固定管板式換熱器的結構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內根據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日冷凝器中兩端的管板，有一塊不與殼體相連，可以沿管長方向自由浮動的浮頭。當殼體和管束因溫差較大而熱膨脹不同時，管束連同浮頭就可以在殼體內自由伸縮，從而解決熱補償問題。而另外一端的管板又是以法蘭與殼體相連接的，可以由殼體中拆卸出來，便于清洗和檢修.但由于結構比較復雜，金屬耗量多，造價也高。第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日管子彎成U形，兩端均固定在一塊管板上，因此每根管子皆可以自由伸縮。這種結構比較簡單，質量輕，但彎管工作量大，為了滿足管子有一定的彎曲半徑，管板利用率就差。管內很難機械清洗，因此，管內流體必須潔凈。管束雖然可以拉出，但中心處的管子仍不便調換。

U形管式冷凝器第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.蛇管式冷凝器

分為沉浸式和噴淋式兩類:

沉浸式蛇管冷凝器，當管內通入有害蒸氣時，為避免產(chǎn)生水擊和阻塞蒸氣，蒸氣應從蛇管頂端進入，冷凝液則從下端冷凝水排除器排出。優(yōu)點：結構簡單，價格便宜，管理方便缺點：是傳熱效果較差，設備笨重

沉浸式冷凝器

第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日噴淋式蛇管冷凝器具備沉浸式蛇管冷凝器的優(yōu)點外，比沉浸式易于清掃和檢修。噴淋式蛇管冷凝器1—冷卻水泵；2—淋水管；3—支架；4—蛇管；5—淋水管板；6—淋水板第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日3.翅片管式冷凝器翅片管式冷凝器的結構如圖所示.特點:換熱管外或內有許多金屬翅片，既擴大了傳熱面積，又增強了氣體流動時的湍流程度，使氣體的膜系數(shù)得以提高。翅片管式冷凝器第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.螺旋板式冷凝器

螺旋板式冷凝器的結構如圖.蒸氣從頂部進入，在散開的通道中軸向流動，冷凝液由底部排出，冷凝劑從外圍向中心做螺旋流動。優(yōu)點:結構緊湊，單位體積提供的傳熱面積很大，傳熱效率高，流體在器內的流速大，污染物不易滯留缺點:是對焊接質量要求很高，檢修也較困難，目前只用于低壓場合螺旋板冷凝器

第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)表面冷凝器的冷凝過程一、蒸汽冷凝現(xiàn)象的分析膜狀冷凝：飽和蒸氣與溫度較低的壁面接觸時，壁面被冷凝蒸氣形成的冷凝液潤濕，并有一薄層凝液遍覆其上。滴狀冷凝：若冷凝液不能很好地潤濕壁面，因表面張力作用，蒸汽在壁面上冷凝成許多小液滴（從壁面流下，重又露出冷凝面）。第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、膜狀冷凝對流傳熱系數(shù)α的影響因素

(1)冷凝液的湍動狀態(tài)湍流程度愈強，對給熱愈有利。

(2)蒸汽流動速度和流動方向若蒸汽流動順著冷凝液膜的流動方向，則蒸氣流速較大時，蒸汽與液膜之間的摩擦作用將使膜層流速增大，厚度減少，給熱系數(shù)隨之增大；反之，給熱系數(shù)的數(shù)值便減小。

但，當摩擦力超過其重力時，形成液膜小波浪，隨著蒸汽速度增加，液層受到向上的沖刷而破裂，脫離管壁面，此時，給熱系數(shù)反而增大。實踐證明，當壓力低于10525Pa(絕對壓)時，只有蒸氣速度大于10m／s時，才對冷凝給熱有顯著的影響，但在蒸氣壓力高時，蒸汽流速小也會影響給熱系數(shù)。

(3)蒸汽中含不凝氣的影響當蒸汽中混雜空氣或其他不凝氣體時，則冷凝時的給熱就會顯著地被削弱。

隨著冷凝的進行，靠近管壁的空氣愈積愈多，形成一層空氣膜，而使得蒸汽流向壁面遇到很大阻礙，空氣的熱導率又很小，因此，其熱阻便大大增加。第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日

(4)冷凝表面情況的影響實踐證明，蒸氣冷凝給熱在下列情況下受到冷凝表面條件的影響往往不可忽視。如表面粗糙不平或有氧化層時，一方面由于表面附加給冷凝液膜流動的阻力，使膜的厚度增加，給熱系數(shù)相應地要減少；另一方面，表面上的氧化層上熱阻也同樣會對給熱發(fā)生影響。P68表5-2給出了不同冷凝面對流傳熱系數(shù)的校正值。第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、表面冷凝器的熱計算冷凝器的熱計算是為了確定換熱面積