谈酒精生产中换热器的选择及应用（转载）
1、引言
酒精工业是十分重要的有机基础化学工业之一,又是新兴的能源工业之一。酒精在食品、医药、化工、燃料和国防工业等方面都有着广泛的用途。在酒精生产中, 水的用量很大, 根据各厂的管理水平、生产工艺、设备选型及原料的不同, 每生产一吨酒精用水量从几十吨到一百多吨不等。在生产过程中, 水除了部分用于工艺配料外, 大部分是用于冷却物料,如: 糖化醪的冷却; 酒母、发酵醪的冷却; 酒精蒸馏的冷凝、冷却等, 可见在酒精生产中使用换热器的工序、部位很多, 在设计过程中, 换热器选型和设计将对酒精厂节约用水产生重要的影响。
2、换热器的选择原则
换热器的种类很多, 如何合理地使用换热器, 以获得较好的传热效果, 通过多年的设计实践, 我认为在选择换热器时应注意以下几点:
必须符合工艺要求; 换热效率要高; 结构简单,使用可靠, 成本低廉; 安装、检修、清洗方便。
3、酒精厂常用换热器的种类及应用特性
以往酒精厂常用的换热器主要有三种, 即: 沉浸蛇管式换热器、喷淋蛇管式换热器和列管式换热器。这些换热器都不同程度的存在传热效率低、易结垢、不易清洗、体积较大、材料耗量大等缺点。随着技术的不断进步与完善, 如螺旋板式换热器、板式换热器这些传热效率高的设备正逐步应用于酒精生产中, 并取得了良好的实际效果见表一。
蛇管冷却器、喷淋冷却器、列管式换热器已在酒精生产中使用多年, 下面着重谈谈本人在设计中对螺旋板式换热器和板式换热器的应用。
4、螺旋板式换热器的应用
由于螺旋板式换热器具有传热效率高,可实现完全逆流,不易结垢,特别适用带有悬浮物、流体物料换热的突出优点,而酒精生产中糖化醪和发酵醪具有固形物含量高的特点,因此,在淀粉酒精厂设计中,采用螺旋板式换热器取代喷淋冷却器来冷却糖化醪,以解决传热效率低,易沉淀堵塞等问题,取得较好效果。
以3000t/ 年淀粉酒精厂为例:
根据热量平衡原理: FK△tm = GC1 ( T2 - T1)
换热面积 F =GC ( T2 - T1)/K△tm(1)
平均温度差 △tm =( T2 - t1) - ( T1 - t2)/ln(T2 - t1/T1 - t2)(2)
耗水量 W =GC1 ( T2 - T1)/C2 (t2 - t1)(3)
根据式(1) 、(2) 、(3) 及工艺物料衡算, 计算比较了螺旋板式换热器与喷淋冷却器的各使用参数,见表2 。
从表2 可以看出, 使用螺旋板式换热器不仅可以节省换热面积, 节约投资, 而且可以大大节约冷却水, 其用水量仅为喷淋冷却器的6512 % , 以3000t/年淀粉酒精厂为例, 按年生产300 天计, 每年可以节约用水量43920t 。同时, 由于螺旋板式换热器结构紧凑, 其占地面积仅为喷淋冷却器的十分之一, 可使车间设备布置更加合理紧凑。
对于规模较大的酒精厂, 采用螺旋板式换热器取代发酵罐内冷却蛇管进行罐外循环冷却, 不仅可以节约用水, 而且发酵罐内无死角, 清洗方便, 同时增加了发酵罐的有效容积, 提高了设备利用率。目前, 由于云南省内酒精厂规模偏小, 尚无采用发酵罐外循环冷却方法。国内一些规模较大的酒精厂, 如邯郸酒厂(发酵罐容积V = 230m3) 、杜康酒厂(发酵罐容积V= 500m3) , 安徽宿县酒精厂等都先后采用了螺旋板式换热器对发酵醪液进行罐外循环冷却, 节约了大量设备投资和冷却用水, 为酒精厂提高经济效益创造了有利条件。
在使用螺旋板式换热器时应注意原料的除杂清选, 以减少通道堵塞和磨损, 提高冷却效率。在选择螺旋板式换热器时, 最好采用可拆式, 它检修方便,对除垢、除砂, 只需打开端盖, 用较简单的方法即可处理, 同时在设计管道时, 使物料和水两个通道能够互换使用, 以达到一定程度的自清洗作用, 使换热器保持在高效的传热效率下工作。
5、板式换热器的应用
长期以来, 酒精生产中一般都采用列管式换热器作为酒精蒸馏过程中的预热器、冷凝器、及冷却器,由于列管式换热器换热效率不高, 且所占空间大, 特别在一些扩建工程中, 因规模扩大, 需更换蒸馏塔、冷凝器、冷却器, 由于老车间层高过低, 空间不够,常需打穿楼板才能放置冷凝器或冷却器以满足工艺要求, 这无疑给设计带来一定的难度, 也给以后的操作、维修带来不便。由于板式换热器换热效率比列管式换热器高2～4 倍, 特别适用于迅速加热或冷却的换热过程, 而且可以通过增减板片达到所需要的换热面积, 使用方便, 易于清洗、修理。因此在漫林糖厂酒精车间(酒精规模由16000L/ 日扩建至45000L/日) 技改中, 采用了板式换热器取代列管式换热器作为酒精冷却器, 不仅解决了因车间层高低需打穿三楼楼面才能放置冷却器的问题, 而且冷却器面积由50m2 降至20m2 , 大大减少了冷却面积, 同时将板式换热器放置三楼, 改善了蒸馏间二楼拥挤的状况, 投产使用后, 效果很好, 这为使用板式换热器在酒精生产中的应用做了一次有益的尝试。
6、结语
螺旋板式换热器及板式换热器虽然应用于酒精生产的时间不长, 但早已广泛应用于化工、石油、医药、冶金、纺织、造纸、食品等行业, 从目前国内外厂家使用的情况看, 无论从节约用水, 节约投资, 操作和效果分析, 都较为合理可行, 因此, 在我国酒精行业推广使用螺旋板式换热器及板式换热器是十分有必要的, 它可以改善众多酒精厂耗水量大, 效益低的问题。总之, 在酒精厂设计过程中, 所采用的工艺流程及设备选型是否先进合理、可靠, 对酒精厂生产过程中能源的消耗(水耗、电耗、汽耗) 是一个十分关键的因素。
