摘要：本文介紹了蒸氨塔冷凝器的一般形式，及在設(shè)計(jì)選型過程中的注意事項(xiàng)，重點(diǎn)說明了采用回流冷凝方式時(shí)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
氨堿法純堿生產(chǎn)中，NH3是作為中間介質(zhì)存在，在工藝生產(chǎn)過程中它周而復(fù)始不斷循環(huán)，而這一循環(huán)也是借助于蒸餾過程來實(shí)現(xiàn)的。從溶液中將 NH3驅(qū)出，是一個(gè)復(fù)雜的處理過程，并需要龐大的設(shè)備，它往往關(guān)系到工藝、設(shè)備設(shè)計(jì)的成敗。為此， 對(duì)氨堿法生產(chǎn)而言，人們毫無例外地把蒸氨工藝操作視為重要工序之一。因此人們十分重視對(duì)氨的回收，尋求合理的工藝裝置，盡可能地實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效、低耗。
蒸氨塔冷凝器兩種冷凝方式的比較
蒸氨塔冷凝器的作用是：，將蒸氨出氣冷卻到規(guī)定的溫度范圍，同時(shí)使氣體中水汽大量冷凝， NH3及CO2。得到濃縮；第二通過對(duì)母液及各段冷卻水的預(yù)熱或加熱，使出氣的熱量得到回收利用，降低一部分蒸汽熱量。 蒸氨塔冷凝器較早采用的是箱式冷凝器，這種型式換熱器傳熱效率差，成本較高。如今隨著強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在多采用固定管板波紋管式換熱器，這種冷凝器的特點(diǎn)是傳熱效率高，使用壽命長，設(shè)備成本低。固定管板式波紋管換熱器有兩種安裝方式，一種是直接放到蒸氨塔頂部，這種安裝方式易于 管道的布置，也節(jié)省空間。另一種是放在蒸氨塔的旁邊。這種方式檢修方便，但需要的空間較大，管道布置較為復(fù)雜。
直接安裝在蒸氨塔塔頂?shù)睦淠?，一般蒸氨汽走管程，母液走殼程，蒸氨汽從蒸氨塔頂出來后直?進(jìn)入冷凝器，蒸氨汽經(jīng)冷凝后，冷凝液直接回到塔內(nèi)。NH3、CO2等氣體從冷凝器上部出去后直接進(jìn) 入下一系統(tǒng)，這種冷凝方式叫回流冷凝，如圖1所示。將冷凝器放在蒸氨塔旁，一般采用的是順流冷凝，蒸氨氣可以走殼程也可以走管程。根據(jù)工藝要求而定。
回流冷凝與順流冷凝相比，在相同的流量下回流冷凝傳熱效率高于順流冷凝20%左右，但壓降在此條件下也明顯高于順流冷凝， 例如：在絕壓110kPa下，蒸氨氣量為20000kg／h，溫度由85℃降低到58℃。換熱器直徑為DN1800，換熱管規(guī)格為932 x 1.0，換熱管管長為 6m，換熱面積652m 。該設(shè)備采用回流冷凝和順流冷凝兩種冷凝方式，由HTRI計(jì)算結(jié)果如表1。
| 冷凝方式 | 管內(nèi)流速 m/s | 冷凝傳熱系數(shù)w/m2 | 管程壓降 kpa |
| 順流冷凝 | 6.72 | 698.46 | 0.337 |
| 回流冷凝 | 8.24 | 820.19 | 2.257 |
從以上計(jì)算結(jié)果分析，采用順流冷凝，無論從管內(nèi)流速和壓降都能滿足工藝要求。若采用回流冷凝方式，雖然傳熱完全能夠滿足工藝要求，但由于管內(nèi)流速高導(dǎo)致壓降大，氣體帶液量也較大，這在工藝上是不允許，采用回流冷凝合理的方案計(jì)算結(jié)果見表2。
| 設(shè)備直徑 | 換熱面積m2 | 管內(nèi)流速m／S | 管程壓降kPa | 冷凝傳熱系數(shù)W／m2K | |
| 回流冷凝 | DN2200 | 929 | 4．72 | 0．88 | 479．27 |
從以上計(jì)算結(jié)果看，采用回流冷凝的方式需要的換熱面積要高于采用順流冷凝方式的40~50 ，設(shè)備成本也同比例的增加，因此在壓降要求較嚴(yán)格的場合或真空操作的情況下，不建議使用回流冷凝的方式。
回流冷凝器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
對(duì)于大多數(shù)氨堿廠冷凝器一般都是直接放到蒸氨塔上，采用回流冷凝的方式，那么在設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：
管內(nèi)蒸氨汽的流速
回流冷凝的特點(diǎn)是氣液兩相是逆流流動(dòng)，氣體 從下往上，冷凝液從上往下，若氣體流速過高則會(huì)將 冷凝液帶入到吸氨裝置中，這種情況不僅會(huì)導(dǎo)致冷凝器傳熱效率下降，壓降增加，直接影響產(chǎn)能，增加 能耗；同時(shí)也會(huì)降低鹽水的吸氨效果。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮管內(nèi)流速，用HTRI設(shè)計(jì)時(shí)，要求 的管內(nèi)流速非常低，要低于2m／s，這在實(shí)際設(shè)計(jì)中是不可行的，由于流速越低傳熱效率越差，若按此標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行設(shè)計(jì)換熱面積太大，從工程上講無法實(shí)現(xiàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般氣體流速不高于5m／s，比較合理。
壓降
蒸氨塔塔頂冷凝器蒸氨氣側(cè)工作壓力一般是常壓和微負(fù)壓，對(duì)于蒸氨系統(tǒng)壓力損失要求比較嚴(yán)格，允許壓降一般不很過5kPa， 真空蒸餾冷凝器允許壓降一般不很過1kPa。 采用回流冷凝壓降要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于順流冷凝。因此對(duì)于工藝設(shè)計(jì)人員，這一點(diǎn)是必須要注意的問題。
減小帶液量
為了盡量的減小帶液量，我們除了從流速上去控制以外，還可以采用一些其它的方法，例如：在蒸氨汽的入口進(jìn)人將換熱管伸出管板部分的換熱管下端切一個(gè)角度如圖2所示，角度小于75度。但采用這種方式制造難度較大。
結(jié)論
蒸氨塔冷凝器采用何種形式的冷凝方式，要根據(jù)實(shí)際操作工況和現(xiàn)場條件來綜合考慮，回流冷凝的方式一般用于帶壓操作工況，對(duì)于真空蒸餾推薦采用順流冷凝。
