说明：原文于2023年3月发表于微信公众号 ”古腾伯格“。

　　当塔顶蒸汽中含有少量或大量不凝气时，一定需要在冷凝器工艺侧的尾部设置气相出口管道，使不凝气在冷凝器中便可以排除，而避免冷凝器至回流罐的管线走气液混合物两相流导致排液不畅；更重要的是，如果冷凝器不设排气口，不凝气在冷凝器中聚集将导致传热系数急剧下降，使得冷凝器冷凝能力不足。不凝气在冷凝器中排气不畅是造成冷凝器失效的一个重要原因。两本设计手册中的示意图，如上篇文章”不凝气--精馏塔压力控制的捣蛋鬼 （2）“中图3-3-213以及图3-3-214均未标注冷凝器气相接口，实际流程图应该如上篇文章中“图：两级冷凝的塔压控制方案”，并且回流罐的气相管线直接与冷凝器的气相管线相同，达到压力平衡。该图再次显示如下：

　　图：两级冷凝的塔压控制方案

　　列管式冷凝器按照安装形式分为立式和卧式：

　　1.立式冷凝器：如下图所示，常见的BEM结构（型号代码参考附图“列管式换热器结构分类），塔顶蒸汽从顶部封头进入管程，封尾设有气、液管嘴，气液相在封尾实现气液分离。

　　图：立式冷凝器（图片来源：Aspen EDR培训材料）

　　2.卧式冷凝器：如下图所示，塔顶蒸汽走壳程，壳程形式为J type壳程设置有气相管口。壳程也可以采用常见的E type，在壳程末端设置气、液两个出口，但E type压降比J type高。

　　图：卧式冷凝器（图片来源：Aspen EDR培训材料）

　　冷凝在壳程侧的卧式冷凝器的压降要远低于管程冷凝的立式冷凝器，所以如果若对压降有严格要求，例如高真空精馏，应选用卧式冷凝器。其余情况应优先选择立式冷凝器，其冷凝过程机理研究透彻，换热器热力设计准确度高，安装占地面积小。

　　冷凝器的设计计算总流程与普通列管式换热器设计基本一样, 无非计算总传热系数K以及实际压降ΔP，总传热系数的计算又分成五个部分：壳程膜传热系数（shell side film coefficient）、壳程污垢传热阻力（shell side fouling resistance），管壁传热阻力（tube wall resistance)、管程污垢传热阻力（tube side fouling resistance）、管程膜传热系数（tube side film coefficient）。Aspen EDR将这5部分的计算结果和图示如下图：

　　图：列管式换热器传热阻力分布图

　　冷凝器与其他常规无相变换热器设计计算的区别仅仅在冷凝侧的膜传热系数计算方法上，根据冷凝发生立式冷凝器管内、卧式冷凝器的管外、有不凝气、无不凝气又分成不同的计算方法。如前文所述，立式冷凝器的管内冷凝过程机理研究透彻，模型计算准确度高。

　　根据有无不凝气，冷凝膜传热系数根据主要有两种计算模型：Silver-Bell-Ghaly Model (Proration Model)：用于无不凝气存在时的多组分冷凝Colburn-Hougen Model (Mass transfer model)：用于不凝气存在时的多组分冷凝，相对Silver-Bell模型，该模型增加了从汽相主体（vapor bulk）穿过不凝气边界层（gas boundary layer）到达冷凝液膜（condensate film）的传热以及传质过程。不凝气存在时的计算模型要远复杂与无不凝气存在的模型，总传热系数也低的多。

　　采用Aspen EDR做列管式冷凝器设计时，在模型选择的Condensation页面中，其中的“condensationheat transfer model)便是让用户选择计算方法。

　　图：冷凝设计计算模型选择（Aspen EDR）

　　*后再次强调，无论采用何种塔压控制方案，冷凝器设计时一定要有足够换热面积，以保证在实际运行时冷剂阀门全开时，*终冷凝温度有一定程度过冷，否则必然导致可凝蒸汽不能完全冷凝而从排气管线离开精馏系统。不凝气的存在与否，对传热物理过程以及计算方法有极大影响。若设计时没有考虑不凝气，而运行中有少量不凝气，将极大降低总传热系数，导致冷凝器冷凝能力不足，控制失效。

　　所以，无论是冷凝器的设计，还是冷凝器的操作控制，包括塔压控制，都需要考虑不凝气的影响。不凝气还真是精馏塔以及附属冷凝器操作控制的捣蛋鬼。

　　附：列管式换热器结构分类

　　图片来源：GB151-2014《热交换器》本文使用 文章同步助手 同步

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