|
史立波 , 王新燕
关 键 词: 板式换热器; 酒精行业; 应用
我国的农业资源非常丰富,所以在我国发展燃料乙醇具有多方面的意义。板式换热器因为自身具有传热效率高、压力损失小、不容易结垢等特点,因而在酒精生产中用板式换热器代替管壳式换热器和螺旋板换热器,既可以节约资金提高效率,而且检修方便,具有十分重要的意义。
1 板式换热器特点
20 世纪80 年代以来,板式换热器凭借其高效传热、结构紧凑、高比例的零件通用性、多种可选择的材料以及具有容易实现规模化生产等优点,在品种规格、密封结构、设计与制造技术等方面均获得了突破性进展。发展方向趋于大参数、多品种和高性能,其耐高温、耐高压、耐腐蚀以及其它特种板式换热器相继问世,用途已遍及食品、酿造、机械、冶金、化工、石油、电力、船舶、纺织以及集中供热等很多领域,其特点如下。
(1) 使用范围广 焊接式板式换热器(图1) 板片与板片形成的介质通道周边通过焊接形成的密封结构替代了传统的橡胶垫密封,板片材料选择广泛,其结构多样化,因此,它几乎适用于各种工况条件下的热交换。
(2) 传热效率高 焊接式板式换热器在板片结构设计上采用了可拆式板式换热器,通过改变板片波纹形状及间距就可以产生复杂的流体流动形态的原理,雷诺数很低时就可以实现湍流,得到很好的传热性能。同样的工况条件下,总传热系数为螺旋板换热器的2～3 倍。
(3) 压力损失小 独特的板片结构,使流体充满了板片形成的整个流道,板片的表面几乎都参与了热交换,在整个流道中可以实现无死区的流动,流动过程很顺畅。
(4) 不易结垢 压制为波纹形状的换热器板片四周焊接后,由于板片的独特结构,板片与板片之间流道中流体湍动程度大,流动方向不断改变,可以防止板片表面污垢的沉积,与一般的换热器相比不容易结垢。
(5) 结构紧凑占地面积小 焊接式板式换热器由于结构紧凑,适用空间伸缩范围大,所以产品结构可以根据空间条件自由变换。每立方米体积空间内可容纳的换热面积为250 m2 ,可以大幅减少基建投资费用。
(6) 结构形式多样化 根据安装空间的大小以及具体工况参数的要求,通过计算机软件进行选型、改变流程组合以及换热芯体和外壳结构的合理匹配,可以实现结构形式的多样化。另外,焊接式板式换热器还可以改变换热板片波纹的深度,从而改变流道的宽度,能够适应粘稠状物料或含有固体颗粒的物料。
2 在酒精行业的应用[1 ]
(1) 酒糟离心液的冷却 酒精糟离心液是由粗馏塔底部排出的酒糟液经过分离后的清液,温度为80～82 ℃,该清液可去搅拌罐拌料后直接流入糖化罐返回系统,但是由于此温度较高,活化酶活力损失较大,因此,在其加入系统之前,必须先经过冷却方可使用。
(2) 液化醪的二次蒸汽回收 液化醪的二次蒸汽量较大,利用板式换热器将这部分热量回收并用于加热工艺水、蒸发工段的二次蒸汽冷凝液及酒糟离心液等,把这些混合液加热至70 ℃,可以有效节约能源。
(3) 冷却发酵醪液 传统的发酵工艺常使用蛇管冷却器喷淋发酵罐冷却,主要缺点是用水量大,环境较差,不利于文明生产,维修起来较困难。近年来一些引进设备及一些新建的酒精厂多采用螺旋板换热器,但存在加工质量或其他方面的问题。在一些酒精厂的发酵工序使用板式换热器冷却发酵醪液,效果很好,没有发现堵塞现象。
(4) 蒸馏塔顶部酒气的冷凝 上海酒精厂于1985 年将一组板式换热器用于年产酒精5 000 t 的精馏塔酒气冷凝。经数年运行,情况良好。第一分凝器的冷却水出口温度高达76 ℃,这部分水可用于拌料或进锅炉使用等。既回收了这部分余热,又节约了用水。仅此一项每年可节约用水6 万t ,节约用煤120 t 。从生产运行实测,板式换热器的阻力低于原管壳式换热器,塔顶压力小于0. 03MPa ,精馏系统操作不受影响。
(5) 95 %酒精成品的冷却 采用板式换热器代替蛇管式冷却换热器,效果显著,其冷却水的进出口温度差可达40～50 ℃,冷却水的出口温度达65 ℃以上,使用板式换热器冷却水耗量仅为蛇管式冷却换热器冷却水耗量的1/ 3。另外,使用板式换热器占地面积小,如年产2 万t 的酒精厂板式换热器面积仅为3 m2 。
(6) 无水酒精成品冷却 生产无水酒精厂家的成品酒精冷却宜采用板式不锈钢换热器。
(7) 代替糖化醪的螺旋板换热器 由于糖化醪浓度大,粘度高,且固形物含量高,所以在冷却糖化醪时,应根据物料性能,设计低压降、宽间距、不易堵塞的大型板式换热器。在采用玉米为原料的酒精工厂通过实验,认为是可行的。
3 在酒精行业的应用展望
板式换热器问世于20 世纪30 年代初期,因其具有传热效率高等优点,在国外很快被推广应用。在法国的Lillers 酒精厂和Altheney 酒精厂的发酵醪冷却、蒸馏工序精馏塔的酒气冷凝、玉米酒精厂糖化醪的冷却等都采用了板式换热器。但在我国推广应用较慢,其主要有2 方面的原因。一是板式换热器在我国酒精行业应用时间短,经验不足,一般单位不愿选用。二是担心板式换热器易堵塞,密封易泄漏,使用寿命短等。
板式换热器有可拆卸式和焊接式2 种。可拆卸式板式换热器采用橡胶密封垫密封,具有传热效率高、结构紧凑、操作灵活、容易清洗等特点。而焊接式板式换热器采用周边焊接密封,是1 种集可拆式板式换热器和管壳式换热器优点于一身的新型换热设备,其换热性能介于管壳式换热器和可拆卸式板式换热器之间,可以耐高温、高压及处理高粘度、含固体颗粒及纤维悬浮物等介质。在酒精发酵和蒸馏工序上,焊接式板式换热器比可拆式板式换热器具有更广阔的应用前景。
|
