專利名稱：高效酒汽冷凝冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)工程領(lǐng)域中的多組份蒸汽冷凝的傳熱傳質(zhì)過程和冷卻過程。具體說是釀酒工藝中必需的換熱設(shè)備。
酒汽冷凝冷卻器，是一臺管殼式換熱器，它把來自蒸煮釜的酒蒸汽完全冷凝成酒液并充分冷卻，然后排放入貯酒槽里。在酒汽冷凝冷卻器中冷凝過程是多組份蒸汽傳熱傳質(zhì)同時進(jìn)行的過程，酒液的冷卻過程是把全冷凝后的酒液冷卻至越接近環(huán)境溫度越好。目前，國內(nèi)外酒廠使用的酒汽冷凝冷卻器在構(gòu)造上把冷凝器與冷卻器分開。在冷凝器里，酒汽走殼程，冷卻水走管程，外殼還有冷卻水夾套。冷卻器為盤管即蛇管換熱器，冷凝酒液走盤管管內(nèi)，被殼程冷卻水冷卻。此結(jié)構(gòu)形式的冷凝冷卻器存在如下三個缺點(diǎn)1、冷凝所需的傳熱面積被設(shè)計值固定下來。事實(shí)上隨著季節(jié)不同，冷凝所需的傳熱面積變化幅度很大。按工廠實(shí)際核算，夏季最熱時，需要的冷凝面積比冬季最冷時大80％左右。如設(shè)計的面積按平均氣溫取值，則一年中將有若干月份會出現(xiàn)傳熱面積不足、酒汽不能完全冷凝的情況，一年中又有若干月份出現(xiàn)傳熱面積過剩的浪費(fèi)現(xiàn)象。
2、酒液的冷卻過程，通常以常溫水為載熱體，為了提高傳熱溫差，冷卻水流量比酒液流量大得多，在設(shè)計冷卻器時很難做到使兩者流速接近，也就是說不采取強(qiáng)化傳熱措施，便不能使兩流體具有相近的對流給熱系數(shù)。冷卻水雖然流量大，但是因?yàn)樗邭こ?相當(dāng)于冷卻池)決定了流速很低，導(dǎo)致對流傳熱系數(shù)很低，只有靠增加盤管長度去增加傳熱面積，可是受管內(nèi)酒液流動阻力限制，管長度又不能按計算需要的傳熱面積取足夠的長度，這樣往往造成冷卻面積不足，酒溫降不下來。
3、冷卻水分三路進(jìn)入管殼換熱器，即冷凝器兩路、冷卻器一路，目的是希望提高傳熱溫差，去彌補(bǔ)兩者傳熱面積的不足，可是卻帶來了冷卻水利用率低，用水量過大的弊端，而且酒液溫度仍很高，甚至還有未冷凝的酒蒸汽排出來。
背景技術(shù)：
的上述缺點(diǎn)表明，原已定型設(shè)計的酒汽冷凝冷卻器設(shè)備既龐大而又不緊湊，性能差，而且設(shè)備投資大、操作費(fèi)用高。
為了克服上述背景技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，從改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)入手，在改善結(jié)構(gòu)性能、改善流體流動情況和強(qiáng)化傳熱方面采取有效措施，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、緊湊，傳熱效率高的酒汽冷凝、冷卻一體化的換熱器。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到一種由傳熱管束和檔板組成的酒汽冷凝冷卻器，其特征在于它的換熱管束分成中心管束和外圓周管束兩部分，中心管束垂直均勻分布在整個冷卻段和冷凝段的中心部位，在冷凝段中心管束的外圍再均勻分布有外圓周管束，外圓周管束下方設(shè)有與外圓周管束相通而不與冷卻段直接接觸的環(huán)形集水箱，冷凝段殼程上設(shè)置有使酒汽不走短路的圓缺形檔板，冷卻段殼程上設(shè)置有使酒液均勻分配到冷卻段中心管束管表面上的盤環(huán)形檔板。


圖1為酒汽冷凝冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為多頭大導(dǎo)程螺旋槽管管參數(shù)示意圖。
下面將結(jié)合附圖及其實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳述如
圖1所示冷卻水由入口C進(jìn)入中心管束2的管內(nèi)，與酒汽、酒液成逆流，直至冷凝冷卻器頂部，通過頂部分配室進(jìn)入外圓周管束1的管內(nèi)與酒汽成順流，這時管內(nèi)冷卻水的溫度已較高，它不再參與冷卻酒液的換熱，便流入設(shè)置在外圓周管束1下方的環(huán)形集水箱4，通過環(huán)形集水箱4上的出口d排出。酒汽由入口a進(jìn)入冷凝冷卻器的殼程，通過冷凝段殼程上圓缺形檔板6，按圖中→——→表示的酒汽和酒冷凝液在殼程的流動路線，到達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計的汽——液界面3，進(jìn)入結(jié)構(gòu)上劃分的冷卻段，為改善冷卻過程的流體流動情況，在冷卻段殼程上設(shè)置有多組盤環(huán)形檔板5。來自冷凝段中心管束2的酒液基本上順著螺旋槽流下，而外圓周管束1上的酒液則經(jīng)過多組盤環(huán)形檔板5多次集中再分配的作用后，也流到冷卻段管束表面上。這樣使冷凝后全部酒液都均勻分配到冷卻段管表面上，形成了薄液膜的流動冷卻，冷卻至接近環(huán)境溫度后從出口b排出。
綜上結(jié)構(gòu)表明本設(shè)備集冷凝器和冷卻器為一體，它通過同一管束實(shí)現(xiàn)酒汽冷凝與酒液冷卻過程。中心管束上部用作冷凝，下部用作冷卻，使得兩者的傳熱面積隨著季節(jié)變化可自行調(diào)整。夏季需要的冷凝面積比冬季大，而冷卻面積正相反，總的傳熱面積不必取兩者最大值之和。
結(jié)構(gòu)形式還表明換熱管束分成中心管束與外圓周管束兩部分，中心管束垂直均勻分布在冷卻段和冷凝段中心，外圓周管束只安排在冷凝段內(nèi)，故冷凝段為雙管程。
為強(qiáng)化冷凝和冷卻的傳熱過程，本實(shí)用新型均可采用圖2所示的多頭大導(dǎo)程螺旋槽管，圖中d為管外徑；n為螺旋槽頭數(shù)；b為螺旋槽寬；e為螺旋槽深；H為螺旋槽距；P為導(dǎo)程即為n×H；β為螺旋槽與管軸線間的夾角。發(fā)明人對多頭大導(dǎo)程螺旋槽管的垂直管外冷凝傳熱進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，采用如下管參數(shù)適用本實(shí)用新型所述的冷凝冷卻器管徑dφ20毫米～φ51毫米螺旋頭數(shù)n3頭～54頭螺旋槽與管軸線間夾角β5°～40°槽深e0·2毫米～1·2毫米當(dāng)螺旋頭數(shù)n＝48頭；螺旋槽與管線間的夾角β＝25°；槽深e＝0·4毫米時，效果最佳。
本實(shí)用新型還可采用縱槽管，當(dāng)多頭大導(dǎo)程螺旋槽管的螺旋槽與管軸線間夾角β＝0°時為縱槽管，縱槽管除β＝0°外，其余參數(shù)均與多頭大導(dǎo)程螺旋槽管一樣，仍然當(dāng)螺旋頭數(shù)n＝48頭；槽深e＝0·4毫米，夾角β＝0°時效果最佳。
多頭大導(dǎo)程螺旋槽管的冷凝給熱系數(shù)比普通光滑管提高50％～100％。對管內(nèi)單相流體傳熱其給熱系數(shù)為普通光滑管的1·3～1·5倍。縱槽管比光滑管外冷凝給熱系數(shù)提高50％～75％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明由于螺旋管內(nèi)產(chǎn)生的二次流，對管壁起沖刷自潔作用，漸近垢阻值比光滑管低25％～50％。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、用多頭大導(dǎo)程螺旋槽管取代普通光滑管，起到雙面強(qiáng)化傳熱作用，可使冷凝冷卻器的總傳熱系數(shù)k提高30％以上。
2、把酒汽冷凝與酒液冷卻過程通過同一管束實(shí)現(xiàn)，使冷凝用傳熱面積和冷卻用傳熱面積隨著季節(jié)變化可自行調(diào)整，與把冷凝、冷卻分隔成兩個換熱器相比，既節(jié)省了傳熱面積，還使設(shè)備變得緊湊。
3、讓冷凝段外圓周管束內(nèi)的升溫已較高的冷卻水排入該管束下方不與冷卻段直接接觸的環(huán)形集水箱內(nèi)，使冷卻段有較高的傳熱溫差，大大減少了冷卻水用量，并且保證了酒液出口溫度僅比室溫高出5℃左右的技術(shù)指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
4、在冷卻段殼程上加設(shè)盤環(huán)形檔板，使冷凝后全部酒液都均勻分配到冷卻段管表面上，形成薄液膜的流動冷卻。與原盤管池冷卻比，對流傳熱系數(shù)大大提高。酒液不在管內(nèi)流動，換熱管長度不受酒液流動壓降限制，冷卻面積可布置得很緊湊。
5、本實(shí)用新型研制成功，被投入工業(yè)試用后獲得顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益(1)節(jié)省設(shè)備投資以熱負(fù)荷為2·50×106KJ／h的冷凝冷卻器為例，高效酒汽冷凝冷卻器凈重1·5噸，同規(guī)格的原用設(shè)備凈重近3噸。不銹鋼設(shè)備以6·5萬元／噸造價計算(基于1992年上半年的鋼材價格)，每臺設(shè)備造價可節(jié)省近10萬元。年產(chǎn)3萬噸酒的酒廠需要14臺，共節(jié)省設(shè)備投資約140萬元。
(2)降低生產(chǎn)成本高效酒汽冷凝冷卻器是節(jié)能設(shè)備，表現(xiàn)在節(jié)約用水用電方面。若水費(fèi)以0·3元／噸計，新、舊設(shè)備對比少用了15～20噸／小時，每臺設(shè)備年運(yùn)行300天，每天8小時，則節(jié)約水電費(fèi)為1·08萬元～1·44萬元／臺·年。
6、酒的產(chǎn)量和質(zhì)量有了可靠的保證。由于酒的出口溫度大大降低了，減少了酒液的揮發(fā)損失并保持了原有風(fēng)味和特色。
權(quán)利要求1.一種由傳熱管束和檔板組成的酒汽冷凝冷卻器，其特征在于它的換熱管束分成中心管束(2)和外圓周管束(1)兩部分，中心管束(2)垂直均勻分布在整個冷卻段和冷凝段的中心部位，在冷凝段中心管束(2)的外圍再均勻分布有外圓周管束(1)，外圓周管束(1)下方設(shè)有與外圓周管束(1)相通而不與冷卻段直接接觸的環(huán)形集水箱(4)，冷凝段殼程上設(shè)置有使酒汽不走短路的圓缺形檔板(6)，冷卻段殼程上設(shè)置有使酒液均勻分配到冷卻段中心管束(2)管表面上的盤環(huán)形檔板(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酒汽冷凝冷卻器，其特征在于中心管束(2)和外圓周管束(1)采用多頭大導(dǎo)程螺旋槽管或縱槽管，管結(jié)構(gòu)參數(shù)為管徑dφ20毫米～φ51毫米螺旋頭數(shù)n3頭～54頭螺旋槽與管軸線間夾角β0°～40°槽深e0·2毫米～1·2毫米
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種酒汽冷凝冷卻器，其特征在于多頭大導(dǎo)程螺旋槽管或縱槽管的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)為當(dāng)管徑d為φ20毫米～φ51毫米時螺旋頭數(shù)n＝48頭；槽深e＝0·4毫米；多頭大導(dǎo)程螺旋槽的夾角β＝25°；縱槽管的夾角β＝0°。
專利摘要高效酒汽冷凝冷卻器是采用強(qiáng)化傳熱管設(shè)計的具有冷凝、冷卻功能的換熱器。結(jié)構(gòu)上用中心管束把酒汽冷凝器和酒液冷卻器連成一體，在冷凝段的中心管束外再分布有外圓周管束。冷凝酒液順強(qiáng)化傳熱管表面上的溝槽流下到冷卻段，經(jīng)多組盤環(huán)形擋板的分配作用，在管束表面形成均勻的薄液膜流動冷卻，而且管內(nèi)冷卻水從外圓周管束下方的環(huán)形集水箱排走，因此冷卻段傳熱溫差大，從而使酒液的出口溫度僅比室溫高5℃的要求得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號C12G3/00GK2152803SQ93215409
公開日1994年1月12日 申請日期1993年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月3日
發(fā)明者葉國興, 尹清華, 才建東, 陸應(yīng)生 申請人:華南理工大學(xué)