冷凝器过热冷却与过冷冷却

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当冷凝器冷凝来自精馏塔塔顶的饱和蒸汽时,冷凝过程开始处于进口处。若进入冷凝器的气体温度高于其露点,即处于过热状态,则气体需要先冷却到露点才能开始冷凝过程,成为过热冷却。冷凝器出口一般为饱和液体,在有些情况下,例如,当冷凝液易挥发、冷凝液中具有可回收热量或者蒸馏塔塔顶需要过冷的液体回流时,冷凝器出口液体还需要进一步冷却,即过冷冷却。

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在冷凝器中可能会出现以下四种情况:

1、只有冷凝;

2、过热冷却和冷凝;

3、过热冷却、冷凝和过冷冷却;

4、冷凝和过冷冷却。

冷凝和过热冷却、过冷冷却的主要区别为:

1、过热冷却包含了气体显热的传递,其对流传热系数较低;

2、当热流体在壳程冷凝时,壳程流体密度显著增大,若保持折流板间距不变,壳程流体流速降低,这将使得过冷区对流传热系数大大减小。

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过热冷却中,根据管壁温度与气体露点的高低,过热蒸气存在两种状态:干壁状态、湿壁状态。若管壁温度高于气相露点,则过热蒸气处于干壁状态,反之则处于湿壁状态。过热冷却过程相当复杂,即使过热蒸气处于湿壁状态,其主体温度依旧大于露点,这将造成管壁上已冷凝液体的闪蒸,直到气体主体温度降低到露点。

通常情况下,气体在干壁区域冷却和在湿壁区域冷却的热负荷大小取决于过热蒸气和冷却剂的对流传热系数。在过热冷却中,气体过热度越大,则对流传热系数越小,传热温差越大。因传热系数降低而增加的换热面积,大部分可由传热温差的增加来弥补,故气体过热对换热面积的影响较小。

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过冷冷却是比过热冷却更为复杂的一种情况,通常为防止冷凝液输送过程中发生闪蒸而要求有一定的过冷度,但当过冷度较高时,不建议在冷凝器中进行过冷冷却,原因如下:

1、过冷区流体流速低,对流传热系数小;

2、很难预测液面的真实高度和有效平均温差。

如需达到一定的过度冷,在冷凝器大小相同时,优先采用垂直管内冷凝,不宜采用水管内冷凝。冷凝器中最常用的型式为卧式壳程冷凝,但是其不适用于过冷冷却,因为在卧式壳程冷凝过程中,冷凝液与气体分离后,在重力作用下落到壳体底部而不能与有效传热面相接触,此时可通过堰型折流板或密闭环使冷凝液与换热管相接触,但是由于液面高度很难预测,因此过冷度很难准确预测,并且被冷凝液淹没的换热管将不能用于气体的冷凝。




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