真空冷凝系统新设备——喷射雾化式冷凝器的应用

２００７年３月　广西轻工业　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　制糖与造纸　第３期（总第１００期）　真空冷凝系统新设备——喷射雾化式冷凝器的应用　叶智伟　，周洪祥　，梁积勋　（１．广西合浦西场永鑫糖业有限公司，广西合浦５３６１　２９；　２．南宁吉然节能环保技术有限公司，广西南宁５３００１　２）　【摘　要】目前国内不少糖厂的水喷射器存在各种不同的ｆ－＊ｌ￣，用大量的水和电，但真空度不高。这方面改进的潜力相当　大，需要进行深入的研究。本文对南宁吉然节能环保技术有限公司在永鑫华糖集团和欧亚糖业集团等五家糖厂成功推广应用的喷　射雾化式冷凝器进行具体分析，同时对比逆流式冷凝器和水喷射冷凝器，得出喷射雾化式冷凝器是目前真空冷凝系统最先进的节　能产品。　‘　【关键词】喷射；雾化；冷凝器　【中图分类号】ＴＵ７１４　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００３—２６７３（２００７）０３—０００７—０２　真空冷凝设备广泛应用于制糖、食品、化工、医药等行业的　蒸发、结晶以及过滤的工序中，其系统的配置关系到企业节能　降耗和挖潜扩能的重要课题，特别是在制糖这样一个大量使用　程基本上是一致的，不同的有以下两点：　（１）进汽管不同，水喷射冷凝器是从汽室旁进入冷凝器，而　喷射雾化式冷凝器从顶部进入冷凝器；　（２）喷射雾化式冷凝器加装了远程控制系统，通过真空反　馈信号调节进水压力，最大限度节约水量，如图：　真空冷凝设备的行业，真空冷凝系统的合理配置更是关系到糖　厂是否节能降耗、降低成本的关键。　目前，国内使用的真空冷凝设备主要有两种：　（１）干式真空系统（即逆流接触式冷凝器＋真空泵）：使　用逆流接触式冷凝器将水蒸气冷凝，剩下的不凝缩气体另用真　空泵排除。我国糖厂早期都使用这种系统，它的设备比较复杂，　操作和维修比较繁锁。但用水量较少，效率较高。糖厂可以集中　使用真空泵；冷凝器既可以集中，也可以分为若干个。　（２）湿式真空系统（即水喷射冷凝器）：同一台设备兼有　冷凝和抽气作用，如现在国内多数糖厂使用的水喷射冷凝器。　它的优点是设备比较简单、容易制造、使用与维护方便。但用水　量较大，在水量不足或水温较高时，其效能显著下降，真空度偏　低且不稳定，调节困难。现在国内多数大、中型甘蔗糖厂都有多　个喷射冷凝器，每个煮糖罐配一个，蒸发罐又另配一个。这样操　作管理较方便，但总用水量大很多。　喷射雾化式冷凝器工作流程图　特点和效果：　①占地少，安装，维修容易，可在原基础上安装。　②喷嘴不易堵塞，耐腐蚀。　③人水压力０．０５—０．０８Ｍｐａ。　就糖厂而言，冷凝系统的用水量是比较大的，特别是真空　冷凝系统，必须用大量的冷水将蒸发罐和煮糖罐的低温汁汽冷　凝，才能获得所需的真空度，这是维持糖厂正常生产的必要条　件。因此，糖厂的真空冷凝系统如何适应这种情况，减少用水　量，和在供水不足的情况下取得较高和稳定的真空度，是制糖　工业中带普遍性的重要技术问题。在此情况下。由南宁吉然节　能环保技术有限公司结合国外先进技术设计制造的新一代喷　射雾化式冷凝器成功应用于国内五家糖厂，掀开了真空冷凝系　④煮糖时真空可在０．０８２～０．０９４Ｍｐａ之间通过自动或手　动控制用水量来进行调节，达到真空稳定，节水节能的目的。　⑤抽真空时间短，冷罐时３０分钟左右：煮糖时４～６分钟。　⑥设备投资和维护费用低。　１．２喷射雾化式冷凝器的工作原理　传统使用的冷凝器，都是用温度较低的水与汁汽直接接　统更新换代的新局面。该系统集以上两种冷凝器优点于一身，　而且具有过滤和自动排渣功能，下面就这种冷凝器进行分析讨　论。　触，将后者冷凝，凝结水和冷却水混合一起排出。但汁汽中还含　有少量的空气和未凝结的水蒸气，必须将这些气体抽去才能形　成理想的真空状态。不凝缩气体的排除有两种方式，一种是和　冷凝水一起从冷凝器的尾管排出，例如水喷射冷凝器，因为气　体和水一起排出，属于湿式真空系统。另一种是将不凝缩气体　与水分别排出，气体不带水，属于干式真空系统。按照这种区分　１喷射雾化式冷凝器的结构原理　１．１喷射雾化式冷凝器的工作流程　喷射雾化式冷凝器的流程设计和传统的水喷射冷凝器流　【作者简介】叶智伟（１９７６一），男，广西合浦人，广西合浦西场永鑫糖业有限公司工程师。　７　维普资讯 http://www.cqvip.com

方法，喷射雾化式冷凝器属于湿式真空系统，然而喷射雾化式　冷凝器又与水喷射冷凝器有着很大的区别，主要有以下几个方　面：　的真空度就较低。　喷射雾化式冷凝器同样存在以上的问题，特别说明的是喷　射雾化式冷凝器在排水温度低于５０℃时真空度也能得到逆流　冷凝器一样的效果。但在进水温度相同的条件下，由于雾化冷　凝的表面积大，汽液进行热交换比较充分，所以排水温度要比　水喷射冷凝器高出５℃左右，根据冷凝器的进水与排水温度，　（１）在喷嘴的设计上，喷射雾化式冷凝器采用了同时具有　喷雾冷凝和喷射抽吸功能的设计理念，即喷雾喷嘴和喷射喷　嘴，喷雾喷嘴通过喷出具有很大表面积的雾化水滴充分与汁汽　混合进行热交换，汽液混合均匀，使可凝性气体迅速凝结成水　可按热平衡关系用下式算出冷凝器所需的水量：　ｗｒ，、　而形成真空，其原理类似于逆流接触式冷凝器。剩下的不冷凝　气体通过喷射喷嘴射出的射流水抽吸而排出尾管，从而达到稳　Ｉ－４．１８７Ｔ，　一　雨　丽　定高真空的目的，其原理与水喷射冷凝器相同，但由于残留的　不凝缩气体较少，需要对其所做的压缩功较小。而水喷射冷凝　式中：ｗ——冷凝器用水量，吨，时；　冷凝器进汽量，吨，时；　器只有喷射喷嘴，可凝性气体和不凝性气体同时经过射流水抽　吸后在尾管进行热交换而排出形成真空，这就需要有足够的水　压保证射流水有很大的流速来抽吸所有的汁汽，由于不凝缩气　体含量较大，所做的压缩功较大，所以耗水量很大，在进水温度　较高的情况下特别明显。　（２）在结构上，喷射雾化式冷凝器设计了水过滤排渣系　统，水先经过滤网过滤，然后进入喷嘴，避免水质不好造成喷嘴　堵塞，打开清渣手轮可自动清除滤渣。传统水喷射冷凝器则没　有这一功能，造成喷嘴容易堵塞，清理困难，同时也增加了工人　的劳动强度。　（３）在控制调节方面，喷射雾化式冷凝器加装了真空及阀　位信号反馈控制系统，通过真空信号反馈调节进水压力，根据　真空的需要控制进水的流量，达到节水节能的目的。而水喷射　冷凝器由于其单一抽吸的特性，决定了其不能过多地调节水　压，否则会引起真空的波动。　对于水喷射冷凝器，水和汁汽都从器体的上方进入，水和　气体从底部排出，水和气体是顺流式工作，排出气体的温度接　近排水的温度。在干式系统，水从上方进入，底部排出，汁汽则　从器体的下方进入，不凝缩气体从顶部抽出，气体对水而言是　逆向流动，排气的温度接近进水的温度。这两种不同的工作方　式使它们的效果有很大的差别。而喷射雾化式冷凝器是在水喷　射冷凝器的基础上结合干式冷凝系统的原理而设计的，这种冷　凝器在排水温度低于５０℃的情况下其冷凝效果和干式冷凝的　效果是一样的，只是在排水温度高于５０℃时，其效果稍差，但　其真空效果比水喷射冷凝器的效果好而且稳定。　冷凝器所获得的真空度与水温密切相关，水温低时真空度　较高，水温升高时真空度急剧下降。根据传统冷凝器在不同排　水温度下的真空度变化图说明：　①随着排水温度升高，真空度显著下降。　②实际设备中的真空度总是低于极限值，因为存有或多　或少的空气。　③以相同的排水温度相比较，喷射冷凝器的真空度低于　逆流冷凝器，这在水温高时更为突出。　此外，同一类冷凝器在相同的水温下达到的真空度还与下　列因素有关：　①需要排除的空气量，空气量大时真空度较低；　②设备的具体设计、结构、尺寸和制造质量等因素。　如果设备系统漏气较多，或冷凝器的设计、制造不好，所得　８　Ｉ——冷凝器进入汁汽的热含量，ｋＪ／ｋｇ；　Ｔ。——冷凝器进水温度，℃；　Ｔ广＿冷凝器排水温度，℃。　下面是喷射雾化式冷凝器与水喷射冷凝器用水量对照表：　水喷射器鸿　冷凝蒸汽　真空６６（呲时用水量　喷射雾１也式　冷凝　真空６６（呲时忍　曼　摊柚撇　凝器型号　量　吨做进水＇ｊ℃，出水　冷凝嬲　量　吨例（进水　℃．｝ｌ水　５℃节水率　咐小时　４ｏ’ｃｌ　吨川、时　’ｃｌ　％　１１）Ｐ　５　７５　２８　８　由７５０　７５　２ｌ５　４７５　丝６５　ｍ）Ｐ９　９　３４７．７６　￣．９ｏｏ　９　２５＆５７　五６５　１ＤＰ１２　ｌ２　４６３．６８　由ｌｌ∞　１２　３４４．７６　２５．６５　１Ｉ】　ｌ６　１６　６培．　由ｌ　∞　ｌ６　４　６８　五６５　可见，由于喷射雾化式冷凝器其独特的冷凝方式，减少了　喷射抽吸的负荷，加上汽液充分混合冷凝，使其用水量比水喷　射冷凝器少。特别在煮糖时根据蒸发量大小自动调整进水量，　达到能节约用水，降低动力消耗的目的。　当然，糖厂要节约用水，首先要搞好蒸发与煮糖的节能工　作，采取各种措施尽可能减少有效蒸发罐和煮糖罐进入冷凝器　的汁汽量。　２讨论　逆流式冷凝器中水流比较分散，与气体的接触面积较大，　时间也较长，热交换的条件较好；喷射冷凝器内的水流比较集　中，表面积较小，接触时间也较短。逆流式冷凝器所需排除的不　凝缩气体的体积小于喷射冷凝器，差别就是其中残余的水蒸汽　量。在真空度较高和排水温度较高时，这种差别相当大。因此，　前者的冷却作用比较彻底，残留的水蒸汽较少。　但是，逆流式冷凝器比较复杂，占地面积大，同时还要配套　一台真空泵，从能耗来考虑并不能达到节能的目的，而且操作　和维修都比较困难，投资费用大。　水喷射冷凝器结构简单，操作方便，但用水量大，能耗大，　真空对水压要求较严格，容易受水压和水温波动的影响，在水　源较缺和水温偏高的地区的糖厂，此问题尤为突出。　喷射雾化式冷凝器具有创意性的雾化喷嘴，把逆流式冷凝　器和水喷射冷凝器的优点合为一体，解决了一直以来困扰制糖　企业节能降耗的难题，从节能的角度考虑，其用水量和逆流式　冷凝器一样，但节省了真空泵的投资费用，而且设备简单，操作　和维修方便；相对于水喷射冷凝器，从以上的分析可以看出，既　节约水量又能减少动力消耗，这对于缺水缺电地区的糖厂是非　常重要的，而且最大限度地减少了工人的劳动强度。　（下转第１　７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

●２　３　４　５　６　７　８　９　Ｒ　人掌浓度为５０％。即酒精发酵原液使用５０％仙人掌浓度。　３产品质量指标　表１　仙人掌汁浓度对酵母茵生长的影响　。。　０，　３．１感官指标　∞　¨　＂　兰　翌兰　竺兰　竺苎　外观：浅绿色，澄清透明，无沉淀。　酵母菌生长情况　好　好　好　好　好　好。略微慢点较好。较慢　口感风味：酒香、仙香协调柔和，淡甜爽口，具有仙人掌　特有的滋味和甜酒的醇香味。　２．２接种量、发酵温度、起始糖度对仙人掌酒精发酵的影响　●　２　３　●　２　３　●　２　３　ｐ　０　３　４　８　５　３．２理化指标　用温度为２８℃　３２℃，起始糖度为１Ｏ一１４。Ｂｘ，接种量　∞　酒精度０＿８％，总酸０．１８％，可溶性固形物Ｉ＞６％。　为６％　８％进行三因素三水平正交试验Ｌ９（３，）结果如表２。　３．３微生物指标　根据试验极差看，发酵因素影响效果大小为：起始糖度Ａ　ｌ　菌落总数≤１００个／２　３　２　３　ｌ　３　ｌ　ｍＬ；大肠杆菌群≤３个／１００　２　２　３ｎ　●　ｍＬ；致　（Ｒ０，７）＞温度Ｂ（Ｒ０，５）＞接种量Ｃ（Ｒ０，１）；仙人掌酒精发酵的　病菌没检出。　最佳组合为Ａ：Ｂ：Ｃ，，最佳工艺参数为起始糖度为１２。Ｂｘ发　４结论　酵温度为３Ｏ℃，接种量为８％。　仙人掌酒精发酵条件为：发酵原液为５０％仙人掌汁，糖　表２酒精发酵正交试验Ｌ，（３，）结果分析　度１２　ｏ屯　　Ｂｘ，发酵温度为３０℃，＆　接种量为８％。　试验号　影响因素　酒精度（仙人掌发酵酒精饮料配方为：仙人掌汁０．５％，酒精含量　试验号　酒精度（。）。）　Ａ糖度（。Ｂｘ）　Ｂ温度（℃）　Ｃ接种量（％）　０．８％，白砂糖５—６％，蜂蜜２％。　参考文献　…１江苏新医学院．中药大辞典【Ｍ】．上海ｔ上海科学技术出版社。２０００。　６６３—６６４．　【２】徐国强．抗肿瘤中草药【Ｍ】．１９９７，２６０．　【３】黄衍强．防癌抗癌吃什么【Ｍ】．１９９７，２０６．　【４】马立安，江涛，汤钦林．仙人掌的营养保健价值与开发Ｕ１．食品研究　与开发，２００２，２３（２）：５０－５１．　【５】薛颖，张宝海，余曙辉．新兴蔬菜营养保健食谱【Ｍ】．ｊＥ京：中国农　业出版社，２００１，１９７－１９９．　【６］刘毅，袁月华．藕花发酵酒饮料的研制ＬＩ］．中国酿造，２００６，（１０）：　７４—７７．　【７】粱平，赖凤英，马立安．仙人掌汁乳酸发酵饮料的研制Ｕ】．广西轻工　业，２００３，（３）：２０－２２．　【８】候建平．饮料生产技术【Ｍ】．北京：科学出版社，２００４，１２８－１４４．　２．３发酵饮料的调配　根据酒精饮料要求对仙人掌酒精发酵澄清液进行调配。　由七人组成评定小组，按照产品的色、香、味和ＶＩ感等品评，获　得仙人掌酒精饮料配方为自砂糖５－６％，蜂蜜２％，酒精含量　０　％，仙人掌汁０．５％。　（上接第８页）　参考文献　３结论　…１霍汉镇编著．制糖工艺与装备的新概念与新实践，２００２．　作为新一代改进型的真空冷凝系统，目前已经在广西永鑫　【２］沈参秋。李天义编著．甘蔗制糖原理与技术．糖汁蒸发与加热。２０００，８　华糖集团和广西欧亚糖业集团等五家糖厂成功应用，相信也会　『３姚玉英主编．３］化工原理．　被越来越多的行家看好。　【４］霍汉镇编著．糖厂节水与真空系统．　【５】霍汉镇编著．水喷射冷凝器．　１　７