冷凝回收技術(shù)

關(guān)于冷凝回收技術(shù)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(dāng)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(guān)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?！罢羝碧刂杆恼魵猓x同“水蒸氣”，所以不能寫成“水蒸汽”?！罢羝边\(yùn)用比較自由，它既可以作為語素同別的語素結(jié)合成詞，如“蒸汽機(jī)”“蒸汽機(jī)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(guān)系（1）蒸氣壓概念：在液體（或者固體）的表面存在著該物質(zhì)的蒸氣，這些蒸氣對液體(或者固體）表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是該液體(或者固體）的蒸氣壓

。其影響因素：蒸氣物質(zhì)本身的性質(zhì)、溫度及蒸氣的濃度有關(guān)。（2）飽和蒸汽壓概念：在一定的溫度下，與同種物質(zhì)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(qiáng)

.是純物質(zhì)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(jī)溶劑的溫度A，B與物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)從而計算出在制定溫度下某物質(zhì)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(guān)系露點溫度：以空氣中某種有機(jī)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。空氣和蒸氣混合氣體，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(yīng)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(jī)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(zhì)。

多用于回收空氣中的有機(jī)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(fèi)用也越高；優(yōu)點：所需設(shè)備和操作條件比較簡單，回收得到的物質(zhì)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(zhì)在換熱器內(nèi)直接接觸進(jìn)行冷凝的過程。要求：只能用在冷卻劑混入被冷凝物質(zhì)后，并不影響被冷凝物質(zhì)質(zhì)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(jìn)行的，在工業(yè)上應(yīng)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(jìn)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(gòu)成。第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日進(jìn)行熱交換時，冷卻水由頂蓋的連接管進(jìn)入，在管內(nèi)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(nèi)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(yīng)用最廣泛的一種。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、堅固，制造容易，材料范圍廣泛，處理能力可以很大，適應(yīng)性強(qiáng)。缺點：在傳熱效率、設(shè)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(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)用比較廣泛。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設(shè)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(jìn)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(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)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(dāng)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(nèi)自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)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(jié)構(gòu)比較復(fù)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(jié)構(gòu)比較簡單，質(zhì)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(nèi)很難機(jī)械清洗，因此，管內(nèi)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(diào)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(dāng)管內(nèi)通入有害蒸氣時，為避免產(chǎn)生水擊和阻塞蒸氣，蒸氣應(yīng)從蛇管頂端進(jìn)入，冷凝液則從下端冷凝水排除器排出。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，管理方便缺點：是傳熱效果較差，設(shè)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(jié)構(gòu)如圖所示.特點:換熱管外或內(nèi)有許多金屬翅片，既擴(kuò)大了傳熱面積，又增強(qiáng)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(jié)構(gòu)如圖.蒸氣從頂部進(jìn)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(jié)構(gòu)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(nèi)的流速大，污染物不易滯留缺點:是對焊接質(zhì)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(qiáng)，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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(dǎo)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(yīng)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