混合冷凝器是真空生產(chǎn)中最常用的真空設(shè)備。文章主要討論了在使用混合冷凝器時(shí)影響生產(chǎn)系統(tǒng)真空度提高的幾個(gè)主要因素，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中如何利用有利因素，減少和避免不利因素，對(duì)提高系統(tǒng)真空度從而增加生產(chǎn)能力是非常重要的。

1、前言

　　真空度的高低事關(guān)裝置的生產(chǎn)能力，所以如何提高真空度是生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常重要的課題。傳熱速率方程Q=KFΔt中有效溫差Δt主要取決于系統(tǒng)總溫差；在蒸發(fā)過(guò)程中提高系統(tǒng)總溫差有兩個(gè)途徑：一是提高加熱蒸汽壓力，二是提高末效真空度。但是提高首效加熱蒸汽壓力會(huì)帶來(lái)后幾效溫度升高，生產(chǎn)能力的提高并不明顯，反而會(huì)造成結(jié)垢加重、運(yùn)行周期縮短、增加設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。因此，提高真空度是增加系統(tǒng)總溫差的首選。影響真空度的因素有很多，但是主要有二個(gè)：二次蒸汽的冷凝和不凝氣的排除。

2、二次蒸汽的冷凝

　　二次蒸汽的冷凝普遍采用冷卻水直接接觸冷凝的方法。下面就影響冷凝的幾個(gè)因素進(jìn)行討論。

　　2.1、冷卻水

　　現(xiàn)在一般大型蒸發(fā)裝置的真空系統(tǒng)都是由大氣式混合冷凝器加真空泵組成，如圖1所示，或者大氣式混合冷凝器加蒸汽噴射泵和真空泵組成，如圖2所示。

圖1 大氣式混合冷凝器

　　二次蒸汽在大氣式混合冷凝器內(nèi)與冷卻水直接接觸迅速被冷凝，使系統(tǒng)形成了真空，不凝氣直接由真空泵或經(jīng)蒸汽噴射泵抽出再由真空泵排走。也有使用兩級(jí)或兩級(jí)以上的蒸噴系統(tǒng)，從而取得更高的真空度。

圖2 大氣式混合冷凝器加蒸汽噴射泵系統(tǒng)

　　二次蒸汽被冷凝的關(guān)鍵是要有充足的冷卻水，冷卻水的消耗量可由下式計(jì)算求出：

　　式中：G———冷卻水消耗量，kg/h；W———末效二次蒸汽量，kg/h；I———末效二次蒸汽的焓，kJ/Kg；I'———終溫下混合水的焓，kJ/Kg；C———水的比熱，kJ/Kg·℃；t1———冷卻水的進(jìn)口溫度，℃；t2———冷卻水的出口溫度，℃。

　　從式(1)可以看出，冷卻水消耗量隨末效二次蒸汽量、真空度和進(jìn)水溫度的增高而加大，隨冷卻水進(jìn)口溫度的降低而減少。冷卻水出口溫度與二次蒸汽的溫差一般要求5℃～8℃，所以要想得到較高的真空度就必須想辦法降低冷卻水的進(jìn)口溫度。在做工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須要正確選擇當(dāng)?shù)氐乃疁兀�這樣經(jīng)過(guò)正確的工藝計(jì)算才能設(shè)計(jì)出滿足需要的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)。另外對(duì)循環(huán)使用的冷卻水還必須考慮冷卻措施，保證系統(tǒng)需要。

　　有條件的地方盡量選用直流水(河水、海水或井水)，水源不足的地方可以考慮冷卻塔或冷卻池對(duì)冷卻水循環(huán)使用。

　　還有一個(gè)問(wèn)題就是必須保證冷卻水的潔凈，也就是不能有雜物，以免給系統(tǒng)造成堵塞而影響供水量，供水系統(tǒng)必須考慮過(guò)濾措施。

　　另外，由于二次蒸汽會(huì)夾帶一些霧沫，長(zhǎng)時(shí)間環(huán)會(huì)造成冷卻水密度加大、比熱減小，所以要注意補(bǔ)充新鮮水，以免冷卻水密度過(guò)高影響真空度的提高。

　　2.2、設(shè)備

　　二次蒸汽冷凝的主要設(shè)備是大氣式混合冷凝器。傳統(tǒng)的大氣式混合冷凝器結(jié)構(gòu)如圖1所示，冷卻水由上部加入，經(jīng)淋水板(7塊～9塊)上的下水孔或溢流堰而下，與從底部進(jìn)來(lái)的二次蒸汽直接接觸，使二次蒸汽不斷得到冷凝，冷凝液和冷卻水順大氣腿流至液封槽后排走，不凝氣經(jīng)真空泵排出。

　　為了增加汽液接觸面積，理論上要求淋水板上的下水孔越小越好，但是為了防止異物堵塞下水孔徑又不宜太小，一般為Φ5mm～Φ8mm，這樣使得蒸汽冷凝所需要的汽液接觸面積大打折扣。由于冷卻水在混合冷凝器內(nèi)停留時(shí)間較短，冷卻水受熱不均勻，不能得到充分的利用。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，近幾年來(lái)一些廠家使用一種新型的大氣式混冷器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混冷器取得了較好的效果。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖3可以看出，新型混冷器其實(shí)就是用噴頭代替了淋水板，冷卻水通過(guò)環(huán)形分布在混冷器內(nèi)的噴頭形成了水霧，這樣大大增加了冷卻水與二次蒸汽的汽液接觸面積，提高了冷卻水的利用效率，從而取得了較高的真空度。實(shí)踐證明這種冷凝器所形成的真空度比傳統(tǒng)的淋水板式混冷器要提高2000Pa以上。

圖3 新型大氣式混合冷凝器

3、不凝氣的排出

　　不凝氣的來(lái)源主要是來(lái)自溶于料液中的氣體，設(shè)備、管路等連接處密封不嚴(yán)滲入的空氣，以及溶解于冷卻水中的氣體。除了溶于料液和冷卻水中的氣體，因密封不嚴(yán)滲入系統(tǒng)的不凝氣，可以從設(shè)計(jì)、安裝及日常操作上加以控制。

　　首先設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少滲漏點(diǎn)的設(shè)置，設(shè)備與管路、管路與管路以及一些儀表附件的連接等盡量使用焊接方式避免法蘭連接，在閥門等附件的選型上要選擇氣密性較好的，從源頭上減少空氣的滲入。安裝時(shí)一定要保證安裝質(zhì)量，對(duì)焊縫要進(jìn)行仔細(xì)的探傷檢測(cè)、去除漏點(diǎn)，螺栓緊固用力一定要均衡，保證設(shè)備與管路的氣密性。對(duì)于密封材料和密封形式的選擇也要慎重，一定要考慮其氣密性和耐用性。對(duì)于滲入系統(tǒng)空氣量的計(jì)算跟真空系統(tǒng)的體積有關(guān)，在計(jì)算真空系統(tǒng)的體積時(shí)要盡量考慮周全，包括管路的體積都要計(jì)算在內(nèi)，另外還要考慮連接縫的滲漏長(zhǎng)度的影響。

　　系統(tǒng)開(kāi)車前一定要做好氣密性試驗(yàn)，包括冷試和熱試，熱試后一定要對(duì)設(shè)備和管路等法蘭連接進(jìn)行再緊固，避免因熱脹冷縮造成的松動(dòng)而產(chǎn)生滲漏。檢查一定要仔細(xì)，對(duì)所有與真空系統(tǒng)相連的設(shè)備與管路及附件都要做好檢查，排除漏點(diǎn)。

　　不凝氣的排出設(shè)備一般都是用水環(huán)式真空泵或者蒸汽噴射泵加水環(huán)真空泵。對(duì)于水環(huán)真空泵的操作要控制好進(jìn)水量，水加多了或者加少了都要影響真空泵的工作，對(duì)提高真空度都不利。所以平時(shí)要做好設(shè)備及崗位的巡回檢查，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。在設(shè)備上，現(xiàn)在很多企業(yè)使用羅茨水環(huán)真空泵機(jī)組代替單一的水環(huán)真空泵來(lái)抽取真空系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣，也取得了較好的效果。其主要原因是羅茨泵工作的極限真空度較高，可達(dá)0.5Pa甚至更高。

4、其它因素的影響

　　4.1、管路設(shè)計(jì)

　　在真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上還有一個(gè)比較重要的問(wèn)題，就是管路設(shè)計(jì)問(wèn)題。無(wú)論是二次蒸汽的管路還是不凝氣的管路，管內(nèi)流速都不宜太高。范寧公式：

　　由式(2)可知摩擦阻力hf與流速u的平方、管長(zhǎng)l成正比，與管徑d成反比。其中流速的影響最大，如流速80m/s比60m/s的阻力增加77%，所以管內(nèi)流速不宜選的太高，太高會(huì)增加汽體流動(dòng)阻力，影響真空度的提高。

　　管路設(shè)計(jì)時(shí)還要盡量減少?gòu)濐^，縮短長(zhǎng)度，減少閥門、變徑等附件的使用，在設(shè)計(jì)上盡量布置緊湊一些，最大限度減少管路阻力。

　　4.2、大氣腿的高度問(wèn)題

　　由于冷卻水在混冷器內(nèi)停留的時(shí)間比較短(有資料介紹為2.5s左右)，其受熱程度是不均衡的，導(dǎo)致一部分溶于水中的氣體在流經(jīng)大氣腿的過(guò)程中溢出，所以會(huì)從水封槽中溢出氣泡。這就說(shuō)明大氣腿中水的比重是小于1的，因此大氣腿的設(shè)計(jì)高度必須保證在11m以上。

5、小結(jié)

　　影響真空度的因素有很多，這里也只是對(duì)其中的幾個(gè)因素做了簡(jiǎn)要的探討，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還有許多提高真空度的措施，這里也不一一列舉了，只是希望能夠給同行一些啟示。