一種盤管冷凝器的優化設計

陶國君，巢向紅，邵挺

（1.常州科樂催化劑有限公司，江蘇常州213000；2.上藥康麗（常州）藥業有限公司，江蘇常州213000）

一種盤管冷凝器的優化設計

陶國君1，巢向紅2，邵挺1

（1.常州科樂催化劑有限公司，江蘇常州213000；2.上藥康麗（常州）藥業有限公司，江蘇常州213000）

可凝性氣體在通過盤管冷凝器冷凝時，由于內圈盤管中空間較大，可凝性氣體會通過盤管中間區域直接流過，與低溫盤管產生的熱量交換較少，造成冷量流失。為提高冷凝器的換熱效率，提高冷凝液的回收率，采用增加鋼絲網結構來增加換熱面積與改變流動方式。通過實驗測量冷凝液回收量發現改善后的設備冷凝效率高，可以極大增加換熱效率。

冷凝器；換熱效率；優化設計

在醫藥、化工行業中，為了滿足工藝要求，在生產過程中會使用到各類換熱器，與列管式換熱器相比，盤管式換熱器因其占地小，換熱效率高，常常用于醫藥化工生產中。冷凝器即為換熱器的一種，通常使用在需要收集可凝性氣體的場合[1]。如圖1所示，可凝性氣體在真空機組的作用下，經過冷凝器液化成液態，液體通過接受槽回收，剩余氣體排入尾氣吸收裝置處理。

圖1 氣體冷凝過程

冷凝器由冷熱系統組成，為了增強傳熱速率，通常會在環隙內外壁按傳熱要求增設翅片，或在盤管外增加插片來提高換熱效率，本文提出一種改進型盤管式換熱器即在原換熱器基礎上，通過增加鋼網插片，提高冷（熱）流體擾動與增大換熱面積，來達到提高換熱效率的目的[2]。

1 改進后盤管冷凝器的傳熱過程

盤管冷凝器是將φ20 mm的304奧氏體不銹鋼彎成盤管狀，改進前盤管冷凝器結構圖如圖2所示，盤管內走冷凍液（冷媒），盤管外側為可凝性氣體（溫度高于冷媒），可凝性氣體遇到盤管表面發生冷凝，熱量通過盤管管壁的導熱作用由管壁的外表面傳導至內表面，此時，內管壁的熱量傳導至冷卻介質中。由于內圈盤管中空間較大，可凝性氣體會從中間直接通過而產生極少的熱量交換，造成冷量流失，收集到的冷凝液量少，間接造成經濟損失。為解決該問題，本文提出一種新的改進方案。

圖2 改進前冷凝器示意圖

將每層盤管縫隙中插入20目不銹鋼絲網，如圖3所示。不銹鋼絲網比較致密，可凝性氣體在盤管外運動時，在鋼絲網的干擾作用下，流動方向與速率受到影響，流動導程增加，換熱面積增大，熱量通過盤管壁與鋼絲結構傳遞至冷卻介質中[3]。

圖3 改進后冷凝器示意圖

2 實驗方案

為了定量分析改進后的冷凝器傳熱效果，本文通過四組實驗來驗證改進效果。實驗設備為改進前冷凝器與改進后冷凝器各一只，流量穩定且溫度可調的冷凍鹽水?？赡詺怏w為乙酸乙酯，溫度測量儀器為型號AI-5600的手持式數字溫度計。通過管道數字流量計測量流量，實驗方案如表1所列。

表1 實驗方案

3 結果與討論

圖4為冷凝液收集量曲線圖，可以看出改進后裝置冷凝液的回收量均高于改進前，換熱效果得到改善。改進后的實驗設備換熱效率均得到提高，同時，在溫差相對較小時，改進后的設備換熱效率提高明顯，可較大發揮改進優勢。乙酸乙酯作為化工制藥行業常用的溶劑，其用量大、成本高，提高回收率能節約成本，同時減少廢氣對環境的危害。

圖4 冷凝液回收量曲線

通過比較可以得出換熱效率的提高曲線如圖5，改進后的換熱設備換熱效率在四組試驗中平均增長率為9.4%.說明改進后的換熱設備可以極大地提高換熱效率，具有較強的應用性和經濟性。目前已在本公司大量使用，經長時間運行，效果良好。

圖5 換熱效率提高值曲線

4 結束語

實驗證實，改進后的換熱裝置增大了換熱的有效面積，改善了流體的流動方式，明顯提高了換熱效率，降低了運營成本。結合本公司的實際應用，改進后的設備運行平穩，故障率低。改進后的冷凝器在冷熱流體溫差較小時，改善效果更為明顯。

本文通過實驗的方法確定該項改造的可行性，后續工作可以通過建立合理、近似的模型進行數值模擬，對該結構進行傳熱計算。

[1]顏紅勤，黃毅.泵站技術供水盤管冷卻器布置與換熱面積計算[J].南水北調與水利科技，2013，11（3）：173-176.

[2]李迎建.逆流式三套管換熱器的傳熱計算[J].輕工機械，2005（3）：30-33.

[3]葉劍飛.鋼絲盤管式冷凝器的優化設計[J].制冷，1987（1）：65-69.

Optimal Design of a Coil Condenser

TAO Guo-jun1，CHAO Xiang-hong2，SHAO Ting1
（1.Changzhou KeLe Catalyst Co.，Ltd.，Changzhou Jiangsu 213000，China；2.Shanghai Pharma Group Changzhou Kony Pharmaceutical Co.，Ltd.，Changzhou Jiangsu 213000，China）

When condensable gas is condensed through the coil condenser，the condensable gas flows through the middle of the coil because of the large space inside the coil.The heat exchange between condensable gas and low temperature coil is less，which results in the loss of cooling capacity.In order to improve the heat exchange efficiency of condenser and improve the recovery rate of condensate，the steel wire mesh structure is added to increase the heat transfer area and change the flow mode.It is found that the condensation efficiency of the improved equipment is higher than before，and the heat transfer efficiency can be greatly increased by measuring the recovery of condensate.

condenser；heat transfer efficiency；optimal design

TK172.4

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0088-03

2017-02-30

陶國君（1961-），江蘇人，工程師，?？疲饕獜氖箩t藥設備檢測研究。