真空冷凝系统新设备——喷射雾化式冷凝器
2007-12-18 23:01:51   来源：食品与发酵工业   评论：0 点击：

关键词  喷射  雾化  冷凝器  

真空冷凝设备广泛应用于制糖、食品、化工、医药等行业的蒸发、结晶以及过滤的工序中，其系统的配置关系到企业节能降耗和挖潜扩能的重要课题，特别是在制糖这样一个大量使用真空冷凝设备的行业，真空冷凝系统的合理配置更是关系到糖厂是否节能降耗、降低成本的关键。

目前，国内使用的真空冷凝设备主要有两种：

1、干式真空系统（即逆流接触式冷凝器＋真空泵）：使用逆流接触式冷凝器将水蒸气冷凝，剩下的不凝缩气体另用真空泵排除。我国糖厂早期都使用这种系统，它的设备比较复杂，操作和维修比较繁锁。但用水量较少，效率较高。糖厂可以集中使用真空泵；冷凝器既可以集中，也可以分为若干个。

2、湿式真空系统（即水喷射冷凝器）：同一台设备兼有冷凝和抽气作用，如现在国内多数糖厂使用的水喷射冷凝器。它的优点是设备比较简单、容易制造、使用与维护方便。但用水量较大，在水量不足或水温较高时，其效能显著下降，真空度偏低且不稳定，调节困难。现在国内多数大、中型甘蔗糖厂都有多个喷射冷凝器，每个煮糖罐配一个，蒸发罐又另配一个。这样操作管理较方便，但总用水量大很多。

就糖厂而言，冷凝系统的用水量是比较大的，特别是真空冷凝系统，必须用大量的冷水将蒸发罐和煮糖罐的低温汁汽冷凝，才能获得所需的真空度，这是维持糖厂正常生产的必要条件。因此，糖厂的真空冷凝系统如何适应这种情况，减少用水量，和在供水不足的情况下取得较高和稳定的真空度，是制糖工业中带普遍性的重要技术问题。在此情况下，由南宁吉然节能环保技术有限公司结合国外先进技术设计制造的新一代喷射雾化式冷凝器成功应用于国内五家糖厂，掀开了真空冷凝系统更新换代的新局面。该系统集以上两种冷凝器优点于一身，而且具有过滤和自动排渣功能，下面就这种冷凝器进行分析讨论。

一、     喷射雾化式冷凝器的结构原理

（一）喷射雾化式冷凝器的工作流程

喷射雾化式冷凝器的流程设计和传统的水喷射冷凝器流程基本上是一致的，不同的有以下两点：

1、进汽管不同，水喷射冷凝器是从汽室旁接进入冷凝器，而喷射雾化式冷凝器从顶部进入冷凝器；

2、喷射雾化式冷凝器加装了远程控制系统，通过真空反馈信号调节进水压力，最大限度节约水量，如图：

喷射雾化式冷凝器工作流程

特点和效果

① 占地少,安装,维修容易,可在原基础上安装。

② 喷嘴不易堵塞,耐腐蚀。

③ 入水压力0.05-0.08Mpa。

④ 煮糖时真空可在0.082~0.094Mpa之间通过自动或手动控制用水量来进行调节,达到真空稳定,节水节能的目的。

⑤ 抽真空时间短,冷罐时30分钟左右;煮糖时4~6分钟。

⑥ 设备投资和维护费用低。

（二）喷射雾化式冷凝器的工作原理

传统使用的冷凝器，都是用温度较低的水与汁汽直接接触，将后者冷凝，凝结水和冷却水混合一起排出。但汁汽中还含有少量的空气和未凝结的水蒸气，必须将这些气体抽去才能形成理想的真空状态。不凝缩气体的排除有两种方式，一种是和冷凝水一起从冷凝器的尾管排出，例如水喷射冷凝器，因为气体和水一起排出，属于湿式真空系统。另一种是将不凝缩气体与水分别排出，气体不带水，属于干式真空系统。按照这种区分方法，喷射雾化式冷凝器属于湿式真空系统，然而喷射雾化式冷凝器又与水喷射冷凝器有着很大的区别，主要有以下几个方面：

1、在喷嘴的设计上，喷射雾化式冷凝器采用了同时具有喷雾冷凝和喷射抽吸功能的设计理念，即喷雾喷嘴和喷射喷嘴，喷雾喷嘴通过喷出具有很大表面积的雾化水滴充分与汁汽混合进行热交换，汽液混合均匀，使可凝性气体迅速凝结成水而形成真空，其原理类似于逆流接触式冷凝器。剩下的不冷凝气体通过喷射喷嘴射出的射流水抽吸而排出尾管，从而达到稳定高真空的目的，其原理与水喷射冷凝器相同，但由于残留的不凝缩气体较少，需要对其所做的压缩功较小。而水喷射冷凝器只有喷射喷嘴，可凝性气体和不凝性气体同时经过射流水抽吸后在尾管进行热交换而排出形成真空，这就需要有足够的水压保证射流水有很大的流速来抽吸所有的汁汽，由于不凝缩气体含量较大，所做的压缩功较大，所以耗水量很大，在进水温度较高的情况下特别明显。

2、在结构上，喷射雾化式冷凝器设计了水过滤排渣系统，水先经过滤网过滤，然后进入喷嘴，避免水质不好造成喷嘴堵塞，打开清渣手轮可自动清除滤渣。传统水喷射冷凝器则没有这一功能，造成喷嘴容易堵塞，清理困难，同时也增加了工人的劳动强度。

3、在控制调节方面，喷射雾化式冷凝器加装了真空及阀位信号反馈控制系统，通过真空信号反馈调节进水压力，根据真空的需要控制进水的流量，达到节水节能的目的。而水喷射冷凝器由于其单一抽吸的特性，决定了其不能过多地调节水压，否则会引起真空的波动。

对于水喷射冷凝器，水和汁汽都从器体的上方进入，水和气体从底部排出，水和气体是顺流式工作，排出气体的温度接近排水的温度。在干式系统，水从上方进入，底部排出，汁汽则从器体的下方进入，不凝缩气体从顶部抽出，气体对水而言是逆向流动，排气的温度接近进水的温度。这两种不同的工作方式使它们的效果有很大的差别。而喷射雾化式冷凝器是在水喷射冷凝器的基础上结合干式冷凝系统的原理而设计的，这种冷凝器在排水温度低于50⁰C的情况下其冷凝效果和干式冷凝的效果是一样的，只是在排水温度高于50⁰C时，其效果稍差，但其真空效果比水喷射冷凝器的效果好而且稳定。

冷凝器所获得的真空度与水温密切相关，水温低时真空度较高，水温升高时真空度急剧下降。根据传统冷凝器在不同排水温度下的真空度变化图说明：

①、 随着排水温度升高，真空度显著下降。

②、 实际设备中的真空度总是低于极限值，因为存有或多或少的空气。

③、 以相同的排水温度相比较，喷射冷凝器的真空度低于逆流冷凝器，这在水温高时更为突出。

此外，同一类冷凝器在相同的水温下达到的真空度还与下列因素有关：

①、 需要排除的空气量，空气量大时真空度较低；

②、 设备的具体设计、结构、尺寸和制造质量等因素。

如果设备系统漏气较多，或冷凝器的设计、制造不好，所得的真空度就较低。

喷射雾化式冷凝器同样存在以上的问题，特别说明的是喷射雾化式冷凝器在排水温度低于50⁰时真空度也能得到逆流冷凝器一样的效果 。但在进水温度相同的条件下，由于雾化冷凝的表面积大，汽液进行热交换比较充分，所以排水温度要比水喷射冷凝器高出5⁰C左右，根据冷凝器的进水与排水温度，可按热平衡关系用下式算出冷凝器所需的水量：

式中：W ：冷凝器用水量，吨/时；

 G ：冷凝器进汽量，吨/时；

 I  ：冷凝器进入汁汽的热含量，kJ/kg；

 T₁：冷凝器进水温度，℃；

  T₂ ：冷凝器排水温度，℃。

下面是喷射雾化式冷凝器与水喷射冷凝器用水量对照表：

可见，由于喷射雾化式冷凝器其独特的冷凝方式，减少了喷射抽吸的负荷，加上汽液充分混合冷凝，使其用水量比水喷射冷凝器少。特别在煮糖时根据蒸发量大小自动调整进水量，达到能节约用水，降低动力消耗的目的。

当然，糖厂要节约用水，首先要搞好蒸发与煮糖的节能工作，采取各种措施尽可能减少末效蒸发罐和煮糖罐进入冷凝器的汁汽量。

二、讨论

逆流式冷凝器中水流比较分散，与气体的接触面积较大，时间也较长，热交换的条件较好；喷射冷凝器内的水流比较集中，表面积较小，接触时间也较短。逆流式冷凝器所需排除的不凝缩气体的体积小于喷射冷凝器，差别就是其中残余的水蒸汽量。在真空度较高和排水温度较高时，这种差别相当大。因此，前者的冷却作用比较彻底，残留的水蒸汽较少。

但是，逆流式冷凝器比较复杂，占地面积大，同时还要配套一台真空泵，从能耗来考虑并不能达到节能的目的，而且操作和维修都比较困难，投资费用大。

水喷射冷凝器结构简单，操作方便，但用水量大，能耗大，真空对水压要求较严格，容易受水压和水温波动的影响，在水源较缺和水温偏高的地区的糖厂，此问题尤为突出。

喷射雾化式冷凝器具有创意性的雾化喷嘴，把逆流式冷凝器和水喷射冷凝器的优点合为一体，解决了一直以来困扰制糖企业节能降耗的难题，从节能的角度考虑，其用水量和逆流式冷凝器一样，但节省了真空泵的投资费用，而且设备简单，操作和维修方便；相对于水喷射冷凝器，从以上的分析可以看出，既节约水量又能减少动力消耗，这对于缺水缺电地区的糖厂是非常重要的，而且最大限度地减少了工人的劳动强度。

三、结论

作为新一代改进型的真空冷凝系统，目前已经在广西永鑫华糖集团和广西欧亚糖业集团等五家糖厂成功应用，相信也会被越来越多的行家看好。

参考文献

[1] 霍汉镇编著，制糖工艺与装备的新概念与新实践  2002

[2] 沈参秋，李天义编著，甘蔗制糖原理与技术《糖汁蒸发与加热》 2000·8

[3] 姚玉英主编，化工原理

[4] 霍汉镇编著，糖厂节水与真空系统

[5] 霍汉镇编著，水喷射冷凝器