蒸氨塔冷凝器的優化設計

屈英琳，程婭楠，吳 坤

（1.北京廣廈環能科技有限公司，北京 100083；

2.四川天一科技股份有限公司工程公司，四川 成都 610225）

氨堿法純堿生產中，NH3是作為中間介質存在，在工藝生產過程中它周而復始不斷循環，而這一循環也是借助于蒸餾過程來實現的。從溶液中將NH3驅出，是一個復雜的處理過程，并需要龐大的設備，它往往關系到工藝、設備設計的成敗。為此，對氨堿法生產而言，人們毫無例外地把蒸氨工藝操作視為重要工序之一［1］。因此人們十分重視對氨的回收，尋求合理的工藝裝置，盡可能地實現節能、高效、低耗。

1 蒸氨塔冷凝器兩種冷凝方式的比較

蒸氨塔冷凝器的作用是：第一，將蒸氨出氣冷卻到規定的溫度范圍，同時使氣體中水汽大量冷凝，NH3及CO2得到濃縮；第二通過對母液及各段冷卻水的預熱或加熱，使出氣的熱量得到回收利用，降低一部分蒸汽熱量。

蒸氨塔冷凝器最早采用的是箱式冷凝器，這種型式換熱器傳熱效率差，成本較高。如今隨著強化技術的發展，現在多采用固定管板波紋管式換熱器，這種冷凝器的特點是傳熱效率高，使用壽命長，設備成本低。固定管板式波紋管換熱器有兩種安裝方式，一種是直接放到蒸氨塔頂部，這種安裝方式易于管道的布置，也節省空間。另一種是放在蒸氨塔的旁邊。這種方式檢修方便，但需要的空間較大，管道布置較為復雜。

直接安裝在蒸氨塔塔頂的冷凝器，一般蒸氨汽走管程，母液走殼程，蒸氨汽從蒸氨塔頂出來后直接進入冷凝器，蒸氨汽經冷凝后，冷凝液直接回到塔內。NH3、CO2等氣體從冷凝器上部出去后直接進入下一系統，這種冷凝方式叫回流冷凝，如圖1所示。將冷凝器放在蒸氨塔旁，一般采用的是順流冷凝，蒸氨氣可以走殼程也可以走管程。根據工藝要求而定。

圖1 回流冷凝示意圖

回流冷凝與順流冷凝相比，在相同的流量下回流冷凝傳熱效率高于順流冷凝20%左右，但壓降在此條件下也明顯高于順流冷凝，

例如：在絕壓110kPa下，蒸氨氣量為20 000 kg／h，溫度由85℃降低到58℃。換熱器直徑為DN1800，換熱管規格為φ32×1.0，換熱管管長為6m，換熱面積652m2。該設備采用回流冷凝和順流冷凝兩種冷凝方式，由HTRI計算結果如表1。

表1 回流冷凝和順流冷凝比較

從以上計算結果分析，采用順流冷凝，無論從管內流速和壓降都能滿足工藝要求。若采用回流冷凝方式，雖然傳熱完全能夠滿足工藝要求，但由于管內流速高導致壓降大，氣體帶液量也較大，這在工藝上是不允許，采用回流冷凝合理的方案計算結果見表2。

表2 回流冷凝方案

從以上計算結果看，采用回流冷凝的方式需要的換熱面積要高于采用順流冷凝方式的40～50%，設備成本也同比例的增加，因此在壓降要求較嚴格的場合或真空操作的情況下，不建議使用回流冷凝的方式。

2 回流冷凝器設計注意事項

對于大多數氨堿廠冷凝器一般都是直接放到蒸氨塔上，采用回流冷凝的方式，那么在設計時要注意以下幾個方面：

2.1 管內蒸氨汽的流速

回流冷凝的特點是氣液兩相是逆流流動，氣體從下往上，冷凝液從上往下，若氣體流速過高則會將冷凝液帶入到吸氨裝置中，這種情況不僅會導致冷凝器傳熱效率下降，壓降增加，直接影響產能，增加能耗；同時也會降低鹽水的吸氨效果。因此我們在設計時首先要考慮管內流速，用HTRI設計時，要求的管內流速非常低，要低于2m／s，這在實際設計中是不可行的，由于流速越低傳熱效率越差，若按此標準進行設計換熱面積太大，從工程上講無法實現，根據經驗一般氣體流速不高于5m／s，比較合理。

2.2 壓降

蒸氨塔塔頂冷凝器蒸氨氣側工作壓力一般是常壓和微負壓，對于蒸氨系統壓力損失要求比較嚴格，允許壓降一般不超過5kPa，

真空蒸餾冷凝器允許壓降一般不超過1kPa。采用回流冷凝壓降要遠遠高于順流冷凝。因此對于工藝設計人員，這一點是必須要注意的問題。

2.3 減小帶液量

為了盡量的減小帶液量，我們除了從流速上去控制以外，還可以采用一些其它的方法，例如：在蒸氨汽的入口進入將換熱管伸出管板部分的換熱管下端切一個角度如圖2所示，角度小于75°。但采用這種方式制造難度較大。

圖2 換熱管下端切一個角度

3 結 論

蒸氨塔冷凝器采用何種形式的冷凝方式，要根據實際操作工況和現場條件來綜合考慮，回流冷凝的方式一般用于帶壓操作工況，對于真空蒸餾推薦采用順流冷凝。

［1］ 大連化工研究設計院.純堿工學（第二版）［M］.北京：化學工業出版社，2003