紧凑型发生精馏器的实验研究

　　氨水吸收式制冷机紧凑化是一种节能的制冷技术.其中,发生精馏器又是决定整个系统设备空间尺寸的焦点.发生精馏器目前的常用型式是:发生器采用立式管壳式换热器;精馏器采用填料和/或泡罩塔板;分凝器采用管壳式或螺旋管式换热器.它们依次叠置在一起,形成10多米高的“塔”[1].由此可见,欲使发生精馏塔变矮,必须从降低其各个组成部件的高度着手.当然,可以单纯将立式换热器改为卧式,用牺牲占地面积来使之变矮,但这不符合整个机组紧凑化的原则.

　　在立式发生器中,满液式换热器由于液柱压力的影响不可忽略且难以组织溶液与汽流的有序流动而不宜使用,需要采用降膜式换热器.虽然管壳式换热器目前仍然是应用最广泛的换热器,但由于其传热系数不高,结构不够紧凑,近年来已受到螺旋板式、板式等高效、紧凑型换热器的激烈竞争.但在降膜式换热器领域仍然是管壳式换热器独占螯头[2],尚未闻有螺旋板式换热器或其他型式的换热器用于降膜型传热场合的报导.本研究项目旨在对可使换热器高度大幅降低的螺旋板式换热器代替管壳式换热器用于发生精馏器的可行性作初步的探索.

　　1　降膜型螺旋板式换热器的结构和布膜方式

　　螺旋板式换热器分为两侧通道的上下端面都是焊接密封的Ⅰ型、一侧通道的上下端面都贯通的Ⅱ型和仅一侧端面敞开的Ⅲ型等几种型式.Ⅰ型换热器两侧流体都是螺旋向流动,主要应用于液液热交换,不适合作为降膜式换热器.只有一侧通道上方敞开的Ⅱ型和Ⅲ型螺旋板式换热器才可能作为降膜式换热器.事实上,当Ⅱ型或Ⅲ型螺旋板换热器作为冷凝器使用时,已经可以认为是一种液膜式.当然这种液膜是由于蒸汽在竖壁上的膜状凝结产生的.笔者在文献[3]中也曾介绍过一种螺旋板热虹吸式重油冷却器,它的上螺旋板换热器对于热管侧工质而言是冷凝器,凝结液沿着竖壁流入下换热器,而下换热器则是降膜式蒸发器.所以对于立式螺旋板式换热器只要解决适当的布膜方式,就可以和立式管壳式换热器一样实现降膜式的流动和传热传质过程.

　　如果直接在螺旋板换热器上方设置雾化喷嘴或淋盘布膜,由于这种换热器上端面有约占40%的面积是空档,所以布膜效率不高.为此在螺旋板换热器的上端堆放了一层填料.这样从设置在上方的环形淋盘或雾化喷嘴中(在氨水吸收式制冷机中是提馏段的填料筛盘)流出的液体可以通过填料层的均匀化后再分布到螺旋板竖壁上形成液膜,汽流则可在填料空隙中间向上流动.

　　在卷制螺旋板换热器时,还可以在开式通道的凸弧侧布置一层不锈钢丝网.金属丝网对光管传热的强化作用已有许多学者进行了研究,并在热管中作为吸液芯被广泛地应用[4,5].文献[4]的实验结果表明光管上覆盖金属丝网后可以比光管提高放热系数达40%.其强化传热的机理主要在于利用丝网的毛细润湿性消除了干涸表面,延长液体在竖直壁面上的逗留时间.对于发生、蒸发过程还在于增加了凹凸不平的汽化核心.但是在管子内外设置丝网的制作工艺都较困难,经济性较差,而在连续的螺旋板凸弧侧设置丝网就容易得多.但是螺旋板的凹弧侧因难以做到使丝网贴合紧密而不宜布置丝网.