酒精生產中換熱器的選擇及應用

發(fā)布時間：2009-11-20 瀏覽：2943

      1 　引言

　　酒精工業(yè)是十分重要的有機基礎化學工業(yè)之一,又是新興的能源工業(yè)之一。酒精在食品、醫(yī)藥、化工、燃料和國防工業(yè)等方面都有著廣泛的用途。在酒精生產中,水的用量很大,根據各廠的管理水平、生產工藝、設備選型及原料的不同,每生產一噸酒精用水量從幾十噸到一百多噸不等。在生產過程中,水除了部分用于工藝配料外,大部分是用于冷卻物料,如:糖化醪的冷卻;酒母、發(fā)酵醪的冷卻;酒精蒸餾的冷凝、冷卻等,可見在酒精生產中使用換熱器的工序、部位很多,在設計過程中,換熱器選型和設計將對酒精廠節(jié)約用水產生重要的影響。

　　2 　換熱器的選擇原則

　　換熱器的種類很多,如何合理地使用換熱器,以獲得較好的傳熱效果,通過多年的設計實踐,我認為在選擇換熱器時應注意以下幾點:

　　必須符合工藝要求;換熱效率要高;結構簡單,使用可靠,成本低廉;安裝、檢修、清洗方便。

　　3 　酒精廠常用換熱器的種類及應用特性

　　以往酒精廠常用的換熱器主要有三種,即:沉浸蛇管式換熱器、噴淋蛇管式換熱器和列管式換熱器。這些換熱器都不同程度的存在傳熱效率低、易結垢、不易清洗、體積較大、材料耗量大等缺點。隨著技術的不斷進步與完善,如螺旋板式換熱器、板式換熱器這些傳熱效率高的設備正逐步應用于酒精生產中,并取得了良好的實際效果見表一。

　　蛇管冷卻器、噴淋冷卻器、列管式換熱器已在酒精生產中使用多年,下面著重談談本人在設計中對螺旋板式換熱器和板式換熱器的應用。

　　4 　螺旋板式換熱器的應用

　　由于螺旋板式換熱器具有傳熱效率高,可實現完全逆流,不易結垢,特別適用帶有懸浮物、流體物料換熱的突出優(yōu)點,而酒精生產中糖化醪和發(fā)酵醪具有固形物含量高的特點,因此,在淀粉酒精廠設計中,采用螺旋板式換熱器取代噴淋冷卻器來冷卻糖化醪,以解決傳熱效率低,易沉淀堵塞等問題,取得較好效果。

 

　　以3000t/年淀粉酒精廠為例:根據熱量平衡原理: FK△tm = GC1 ( T2 - T1)換熱面積F =GC ( T2 - T1)/K△tm(1)平均溫度差△tm =( T2 - t1) - ( T1 - t2)/ln(T2 - t1/T1 - t2)(2)耗水量　　W =GC1 ( T2 - T1)/C2 (t2 - t1)(3)

　　根據式(1)、(2)、(3)及工藝物料衡算,計算比較了螺旋板式換熱器與噴淋冷卻器的各使用參數,見表2。

　　從表2可以看出,使用螺旋板式換熱器不僅可以節(jié)省換熱面積,節(jié)約投資,而且可以大大節(jié)約冷卻水,其用水量僅為噴淋冷卻器的6512 % ,以3000t/年淀粉酒精廠為例,按年生產300天計,每年可以節(jié)約用水量43920t。同時,由于螺旋板式換熱器結構緊湊,其占地面積僅為噴淋冷卻器的十分之一,可使車間設備布置更加合理緊湊。

　　對于規(guī)模較大的酒精廠,采用螺旋板式換熱器取代發(fā)酵罐內冷卻蛇管進行罐外循環(huán)冷卻,不僅可以節(jié)約用水,而且發(fā)酵罐內無死角,清洗方便,同時增加了發(fā)酵罐的有效容積,提高了設備利用率。目前,由于云南省內酒精廠規(guī)模偏小,尚無采用發(fā)酵罐外循環(huán)冷卻方法。國內一些規(guī)模較大的酒精廠,如邯鄲酒廠(發(fā)酵罐容積V = 230m3)、杜康酒廠(發(fā)酵罐容積V= 500m3) ,安徽宿縣酒精廠等都先后采用了螺旋板式換熱器對發(fā)酵醪液進行罐外循環(huán)冷卻,節(jié)約了大量設備投資和冷卻用水,為酒精廠提高經濟效益創(chuàng)造了有利條件。在使用螺旋板式換熱器時應注意原料的除雜清選,以減少通道堵塞和磨損,提高冷卻效率。在選擇螺旋板式換熱器時,最好采用可拆式,它檢修方便,對除垢、除砂,只需打開端蓋,用較簡單的方法即可處理,同時在設計管道時,使物料和水兩個通道能夠互換使用,以達到一定程度的自清洗作用,使換熱器保持在高效的傳熱效率下工作。

　　5 　板式換熱器的應用

　　長期以來,酒精生產中一般都采用列管式換熱器作為酒精蒸餾過程中的預熱器、冷凝器、及冷卻器,由于列管式換熱器換熱效率不高,且所占空間大,特別在一些擴建工程中,因規(guī)模擴大,需更換蒸餾塔、冷凝器、冷卻器,由于老車間層高過低,空間不夠,常需打穿樓板才能放置冷凝器或冷卻器以滿足工藝要求,這無疑給設計帶來一定的難度,也給以后的操作、維修帶來不便。由于板式換熱器換熱效率比列管式換熱器高2～4倍,特別適用于迅速加熱或冷卻的換熱過程,而且可以通過增減板片達到所需要的換熱面積,使用方便,易于清洗、修理。因此在漫林糖廠酒精車間(酒精規(guī)模由16000L/日擴建至45000L/日)技改中,采用了板式換熱器取代列管式換熱器作為酒精冷卻器,不僅解決了因車間層高低需打穿三樓樓面才能放置冷卻器的問題,而且冷卻器面積由50m2降至20m2 ,大大減少了冷卻面積,同時將板式換熱器放置三樓,改善了蒸餾間二樓擁擠的狀況,投產使用后,效果很好,這為使用板式換熱器在酒精生產中的應用做了一次有益的嘗試。

　　6 　結語

　　螺旋板式換熱器及板式換熱器雖然應用于酒精生產的時間不長,但早已廣泛應用于化工、石油、醫(yī)藥、冶金、紡織、造紙、食品等行業(yè),從目前國內外廠家使用的情況看,無論從節(jié)約用水,節(jié)約投資,操作和效果分析,都較為合理可行,因此,在我國酒精行業(yè)推廣使用螺旋板式換熱器及板式換熱器是十分有必要的,它可以改善眾多酒精廠耗水量大,效益低的問題�？傊�,在酒精廠設計過程中,所采用的工藝流程及設備選型是否先進合理、可靠,對酒精廠生產過程中能源的消耗(水耗、電耗、汽耗)是一個十分關鍵的因素。