說明：原文于2023年3月發(fā)表于微信公眾號(hào) ”古騰伯格“。

　　當(dāng)塔頂蒸汽中含有少量或大量不凝氣時(shí)，一定需要在冷凝器工藝側(cè)的尾部設(shè)置氣相出口管道，使不凝氣在冷凝器中便可以排除，而避免冷凝器至回流罐的管線走氣液混合物兩相流導(dǎo)致排液不暢；更重要的是，如果冷凝器不設(shè)排氣口，不凝氣在冷凝器中聚集將導(dǎo)致傳熱系數(shù)急劇下降，使得冷凝器冷凝能力不足。不凝氣在冷凝器中排氣不暢是造成冷凝器失效的一個(gè)重要原因。兩本設(shè)計(jì)手冊(cè)中的示意圖，如上篇文章”不凝氣--精餾塔壓力控制的搗蛋鬼 （2）“中圖3-3-213以及圖3-3-214均未標(biāo)注冷凝器氣相接口，實(shí)際流程圖應(yīng)該如上篇文章中“圖：兩級(jí)冷凝的塔壓控制方案”，并且回流罐的氣相管線直接與冷凝器的氣相管線相同，達(dá)到壓力平衡。該圖再次顯示如下：

　　圖：兩級(jí)冷凝的塔壓控制方案

　　列管式冷凝器按照安裝形式分為立式和臥式：

　　1.立式冷凝器：如下圖所示，常見的BEM結(jié)構(gòu)（型號(hào)代碼參考附圖“列管式換熱器結(jié)構(gòu)分類），塔頂蒸汽從頂部封頭進(jìn)入管程，封尾設(shè)有氣、液管嘴，氣液相在封尾實(shí)現(xiàn)氣液分離。

　　圖：立式冷凝器（圖片來源：Aspen EDR培訓(xùn)材料）

　　2.臥式冷凝器：如下圖所示，塔頂蒸汽走殼程，殼程形式為J type殼程設(shè)置有氣相管口。殼程也可以采用常見的E type，在殼程末端設(shè)置氣、液兩個(gè)出口，但E type壓降比J type高。

　　圖：臥式冷凝器（圖片來源：Aspen EDR培訓(xùn)材料）

　　冷凝在殼程側(cè)的臥式冷凝器的壓降要遠(yuǎn)低于管程冷凝的立式冷凝器，所以如果若對(duì)壓降有嚴(yán)格要求，例如高真空精餾，應(yīng)選用臥式冷凝器。其余情況應(yīng)優(yōu)先選擇立式冷凝器，其冷凝過程機(jī)理研究透徹，換熱器熱力設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度高，安裝占地面積小。

　　冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算總流程與普通列管式換熱器設(shè)計(jì)基本一樣, 無非計(jì)算總傳熱系數(shù)K以及實(shí)際壓降ΔP，總傳熱系數(shù)的計(jì)算又分成五個(gè)部分：殼程膜傳熱系數(shù)（shell side film coefficient）、殼程污垢?jìng)鳠嶙枇Γ╯hell side fouling resistance），管壁傳熱阻力（tube wall resistance)、管程污垢?jìng)鳠嶙枇Γ╰ube side fouling resistance）、管程膜傳熱系數(shù)（tube side film coefficient）。Aspen EDR將這5部分的計(jì)算結(jié)果和圖示如下圖：

　　圖：列管式換熱器傳熱阻力分布圖

　　冷凝器與其他常規(guī)無相變換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的區(qū)別僅僅在冷凝側(cè)的膜傳熱系數(shù)計(jì)算方法上，根據(jù)冷凝發(fā)生立式冷凝器管內(nèi)、臥式冷凝器的管外、有不凝氣、無不凝氣又分成不同的計(jì)算方法。如前文所述，立式冷凝器的管內(nèi)冷凝過程機(jī)理研究透徹，模型計(jì)算準(zhǔn)確度高。

　　根據(jù)有無不凝氣，冷凝膜傳熱系數(shù)根據(jù)主要有兩種計(jì)算模型：Silver-Bell-Ghaly Model (Proration Model)：用于無不凝氣存在時(shí)的多組分冷凝Colburn-Hougen Model (Mass transfer model)：用于不凝氣存在時(shí)的多組分冷凝，相對(duì)Silver-Bell模型，該模型增加了從汽相主體（vapor bulk）穿過不凝氣邊界層（gas boundary layer）到達(dá)冷凝液膜（condensate film）的傳熱以及傳質(zhì)過程。不凝氣存在時(shí)的計(jì)算模型要遠(yuǎn)復(fù)雜與無不凝氣存在的模型，總傳熱系數(shù)也低的多。

　　采用Aspen EDR做列管式冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)，在模型選擇的Condensation頁面中，其中的“condensationheat transfer model)便是讓用戶選擇計(jì)算方法。

　　圖：冷凝設(shè)計(jì)計(jì)算模型選擇（Aspen EDR）

　　*后再次強(qiáng)調(diào)，無論采用何種塔壓控制方案，冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)一定要有足夠換熱面積，以保證在實(shí)際運(yùn)行時(shí)冷劑閥門全開時(shí)，*終冷凝溫度有一定程度過冷，否則必然導(dǎo)致可凝蒸汽不能完全冷凝而從排氣管線離開精餾系統(tǒng)。不凝氣的存在與否，對(duì)傳熱物理過程以及計(jì)算方法有極大影響。若設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮不凝氣，而運(yùn)行中有少量不凝氣，將極大降低總傳熱系數(shù)，導(dǎo)致冷凝器冷凝能力不足，控制失效。

　　所以，無論是冷凝器的設(shè)計(jì)，還是冷凝器的操作控制，包括塔壓控制，都需要考慮不凝氣的影響。不凝氣還真是精餾塔以及附屬冷凝器操作控制的搗蛋鬼。

　　附：列管式換熱器結(jié)構(gòu)分類

　　圖片來源：GB151-2014《熱交換器》本文使用 文章同步助手 同步

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