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螺旋板冷凝器的冷凝傳熱機理

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在現有的煉油、化工和石油化工生産領域中,冷凝過程較爲常見。而且冷凝機理較爲複雜,冷凝的傳熱效率比較低,特別當物料中含有不凝性氣體時,傳熱系數大幅降低。螺旋板冷凝器除具有板式熱交換器傳熱系數高、質量輕、占地面積小、操作彈性大、容易清洗的優點之外,還具有阻力小、壓降小、斜波紋、寬通道、接管大等優點。


而且對于使用者來說,螺旋板冷凝器可以大幅度的提升傳熱系數,並使冷卻水側的壓降不會過大。目前該系列的冷凝器已經在蒸發和乏汽冷凝中得到廣泛應用,可以回收使用冷卻水,能極大節省投資成本和運行成本。


那麽,具體的冷凝傳熱機理是什麽呢?事實上,在螺旋板冷凝器運行期間,蒸汽在傳熱表面冷凝時,會形成膜狀流動或者滴狀流動。膜狀流動時由于表面被冷凝液膜覆蓋,蒸汽與傳熱表面直接接觸,所以傳熱系數較小。滴狀流動時由于表面不被冷凝液膜覆蓋,蒸汽與傳熱表面直接接觸,所以傳熱系數較大。


同時由于工況條件不一,根據冷凝介質來劃分的話,可以分爲可凝性蒸汽的冷凝、混合蒸汽的冷凝以及可凝性蒸汽與不凝性氣體的冷凝三種情況。對可凝性蒸汽單組分,冷凝傳熱是高效傳熱過程,它的傳熱系數高于同種流體的單相對流傳熱系數,單組分冷凝時因氣相分率顯著變化,引起螺旋板冷凝器內沿長度方向上汽液兩相的改變,並導致局部傳熱性能和壓降梯度的變化。


而在螺旋板冷凝器運行期間,針對于兩種及以上組分組成的可凝性混合蒸汽,使其冷凝、冷卻到給定的溫度可以分爲兩種情況,即將其中一部分混合蒸汽部分冷凝,或把整個混合蒸汽全部冷凝。對于含不凝氣的混合物,其冷凝傳熱系數大爲降低。不凝性氣體體積分數僅爲0.5%時,傳熱系數下降50%。


這是因爲隨著蒸汽的冷凝,螺旋板冷凝器冷凝表面的不凝氣量不斷增加,蒸汽在抵達液膜表面冷凝前須以擴散方式穿過聚集在界面附近的不凝氣層,增加了傳熱阻力。另外,蒸汽分壓的下降使得相應飽和溫度下降,減小了冷凝溫差的推動力。


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