专利名称：高效酒汽冷凝冷却器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化学工程领域中的多组份蒸汽冷凝的传热传质过程和冷却过程。具体说是酿酒工艺中必需的换热设备。
酒汽冷凝冷却器，是一台管壳式换热器，它把来自蒸煮釜的酒蒸汽完全冷凝成酒液并充分冷却，然后排放入贮酒槽里。在酒汽冷凝冷却器中冷凝过程是多组份蒸汽传热传质同时进行的过程，酒液的冷却过程是把全冷凝后的酒液冷却至越接近环境温度越好。目前，国内外酒厂使用的酒汽冷凝冷却器在构造上把冷凝器与冷却器分开。在冷凝器里，酒汽走壳程，冷却水走管程，外壳还有冷却水夹套。冷却器为盘管即蛇管换热器，冷凝酒液走盘管管内，被壳程冷却水冷却。此结构形式的冷凝冷却器存在如下三个缺点1、冷凝所需的传热面积被设计值固定下来。事实上随着季节不同，冷凝所需的传热面积变化幅度很大。按工厂实际核算，夏季最热时，需要的冷凝面积比冬季最冷时大80％左右。如设计的面积按平均气温取值，则一年中将有若干月份会出现传热面积不足、酒汽不能完全冷凝的情况，一年中又有若干月份出现传热面积过剩的浪费现象。
2、酒液的冷却过程，通常以常温水为载热体，为了提高传热温差，冷却水流量比酒液流量大得多，在设计冷却器时很难做到使两者流速接近，也就是说不采取强化传热措施，便不能使两流体具有相近的对流给热系数。冷却水虽然流量大，但是因为它走壳程(相当于冷却池)决定了流速很低，导致对流传热系数很低，只有靠增加盘管长度去增加传热面积，可是受管内酒液流动阻力限制，管长度又不能按计算需要的传热面积取足够的长度，这样往往造成冷却面积不足，酒温降不下来。
3、冷却水分三路进入管壳换热器，即冷凝器两路、冷却器一路，目的是希望提高传热温差，去弥补两者传热面积的不足，可是却带来了冷却水利用率低，用水量过大的弊端，而且酒液温度仍很高，甚至还有未冷凝的酒蒸汽排出来。
背景技术：
的上述缺点表明，原已定型设计的酒汽冷凝冷却器设备既庞大而又不紧凑，性能差，而且设备投资大、操作费用高。
为了克服上述背景技术所存在的缺点，从改进现有设备的结构入手，在改善结构性能、改善流体流动情况和强化传热方面采取有效措施，提供一种结构设计合理、紧凑，传热效率高的酒汽冷凝、冷却一体化的换热器。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一种由传热管束和档板组成的酒汽冷凝冷却器，其特征在于它的换热管束分成中心管束和外圆周管束两部分，中心管束垂直均匀分布在整个冷却段和冷凝段的中心部位，在冷凝段中心管束的外围再均匀分布有外圆周管束，外圆周管束下方设有与外圆周管束相通而不与冷却段直接接触的环形集水箱，冷凝段壳程上设置有使酒汽不走短路的圆缺形档板，冷却段壳程上设置有使酒液均匀分配到冷却段中心管束管表面上的盘环形档板。
图1为酒汽冷凝冷却器结构示意图。
图2为多头大导程螺旋槽管管参数示意图。
下面将结合附图及其实施例对本实用新型作进一步的详述如
图1所示冷却水由入口C进入中心管束2的管内，与酒汽、酒液成逆流，直至冷凝冷却器顶部，通过顶部分配室进入外圆周管束1的管内与酒汽成顺流，这时管内冷却水的温度已较高，它不再参与冷却酒液的换热，便流入设置在外圆周管束1下方的环形集水箱4，通过环形集水箱4上的出口d排出。酒汽由入口a进入冷凝冷却器的壳程，通过冷凝段壳程上圆缺形档板6，按图中→——→表示的酒汽和酒冷凝液在壳程的流动路线，到达结构设计的汽——液界面3，进入结构上划分的冷却段，为改善冷却过程的流体流动情况，在冷却段壳程上设置有多组盘环形档板5。来自冷凝段中心管束2的酒液基本上顺着螺旋槽流下，而外圆周管束1上的酒液则经过多组盘环形档板5多次集中再分配的作用后，也流到冷却段管束表面上。这样使冷凝后全部酒液都均匀分配到冷却段管表面上，形成了薄液膜的流动冷却，冷却至接近环境温度后从出口b排出。
综上结构表明本设备集冷凝器和冷却器为一体，它通过同一管束实现酒汽冷凝与酒液冷却过程。中心管束上部用作冷凝，下部用作冷却，使得两者的传热面积随着季节变化可自行调整。夏季需要的冷凝面积比冬季大，而冷却面积正相反，总的传热面积不必取两者最大值之和。
结构形式还表明换热管束分成中心管束与外圆周管束两部分，中心管束垂直均匀分布在冷却段和冷凝段中心，外圆周管束只安排在冷凝段内，故冷凝段为双管程。
为强化冷凝和冷却的传热过程，本实用新型均可采用图2所示的多头大导程螺旋槽管，图中d为管外径；n为螺旋槽头数；b为螺旋槽宽；e为螺旋槽深；H为螺旋槽距；P为导程即为n×H；β为螺旋槽与管轴线间的夹角。发明人对多头大导程螺旋槽管的垂直管外冷凝传热进行研究，研究结果表明，采用如下管参数适用本实用新型所述的冷凝冷却器管径dφ20毫米～φ51毫米螺旋头数n3头～54头螺旋槽与管轴线间夹角β5°～40°槽深e0·2毫米～1·2毫米当螺旋头数n＝48头；螺旋槽与管线间的夹角β＝25°；槽深e＝0·4毫米时，效果最佳。
本实用新型还可采用纵槽管，当多头大导程螺旋槽管的螺旋槽与管轴线间夹角β＝0°时为纵槽管，纵槽管除β＝0°外，其余参数均与多头大导程螺旋槽管一样，仍然当螺旋头数n＝48头；槽深e＝0·4毫米，夹角β＝0°时效果最佳。
多头大导程螺旋槽管的冷凝给热系数比普通光滑管提高50％～100％。对管内单相流体传热其给热系数为普通光滑管的1·3～1·5倍。纵槽管比光滑管外冷凝给热系数提高50％～75％。实验结果还表明由于螺旋管内产生的二次流，对管壁起冲刷自洁作用，渐近垢阻值比光滑管低25％～50％。
本实用新型与背景技术相比具有如下优点1、用多头大导程螺旋槽管取代普通光滑管，起到双面强化传热作用，可使冷凝冷却器的总传热系数k提高30％以上。
2、把酒汽冷凝与酒液冷却过程通过同一管束实现，使冷凝用传热面积和冷却用传热面积随着季节变化可自行调整，与把冷凝、冷却分隔成两个换热器相比，既节省了传热面积，还使设备变得紧凑。
3、让冷凝段外圆周管束内的升温已较高的冷却水排入该管束下方不与冷却段直接接触的环形集水箱内，使冷却段有较高的传热温差，大大减少了冷却水用量，并且保证了酒液出口温度仅比室温高出5℃左右的技术指标得以实现。
4、在冷却段壳程上加设盘环形档板，使冷凝后全部酒液都均匀分配到冷却段管表面上，形成薄液膜的流动冷却。与原盘管池冷却比，对流传热系数大大提高。酒液不在管内流动，换热管长度不受酒液流动压降限制，冷却面积可布置得很紧凑。
5、本实用新型研制成功，被投入工业试用后获得显著的直接经济效益(1)节省设备投资以热负荷为2·50×106KJ／h的冷凝冷却器为例，高效酒汽冷凝冷却器净重1·5吨，同规格的原用设备净重近3吨。不锈钢设备以6·5万元／吨造价计算(基于1992年上半年的钢材价格)，每台设备造价可节省近10万元。年产3万吨酒的酒厂需要14台，共节省设备投资约140万元。
(2)降低生产成本高效酒汽冷凝冷却器是节能设备，表现在节约用水用电方面。若水费以0·3元／吨计，新、旧设备对比少用了15～20吨／小时，每台设备年运行300天，每天8小时，则节约水电费为1·08万元～1·44万元／台·年。
6、酒的产量和质量有了可靠的保证。由于酒的出口温度大大降低了，减少了酒液的挥发损失并保持了原有风味和特色。
权利要求1.一种由传热管束和档板组成的酒汽冷凝冷却器，其特征在于它的换热管束分成中心管束(2)和外圆周管束(1)两部分，中心管束(2)垂直均匀分布在整个冷却段和冷凝段的中心部位，在冷凝段中心管束(2)的外围再均匀分布有外圆周管束(1)，外圆周管束(1)下方设有与外圆周管束(1)相通而不与冷却段直接接触的环形集水箱(4)，冷凝段壳程上设置有使酒汽不走短路的圆缺形档板(6)，冷却段壳程上设置有使酒液均匀分配到冷却段中心管束(2)管表面上的盘环形档板(5)。
2.根据权利要求1所述的一种酒汽冷凝冷却器，其特征在于中心管束(2)和外圆周管束(1)采用多头大导程螺旋槽管或纵槽管，管结构参数为管径dφ20毫米～φ51毫米螺旋头数n3头～54头螺旋槽与管轴线间夹角β0°～40°槽深e0·2毫米～1·2毫米
3.根据权利要求1、2所述的一种酒汽冷凝冷却器，其特征在于多头大导程螺旋槽管或纵槽管的最佳结构参数为当管径d为φ20毫米～φ51毫米时螺旋头数n＝48头；槽深e＝0·4毫米；多头大导程螺旋槽的夹角β＝25°；纵槽管的夹角β＝0°。
专利摘要高效酒汽冷凝冷却器是采用强化传热管设计的具有冷凝、冷却功能的换热器。结构上用中心管束把酒汽冷凝器和酒液冷却器连成一体，在冷凝段的中心管束外再分布有外圆周管束。冷凝酒液顺强化传热管表面上的沟槽流下到冷却段，经多组盘环形挡板的分配作用，在管束表面形成均匀的薄液膜流动冷却，而且管内冷却水从外圆周管束下方的环形集水箱排走，因此冷却段传热温差大，从而使酒液的出口温度仅比室温高5℃的要求得以实现。
文档编号C12G3/00GK2152803SQ93215409
公开日1994年1月12日 申请日期1993年6月3日 优先权日1993年6月3日
发明者叶国兴, 尹清华, 才建东, 陆应生 申请人:华南理工大学