有害蒸气的冷凝净化

关于有害蒸气的冷凝净化◆冷凝方法在理论上可以达到很高的净化程度，但是净化要求愈高，则需冷却的温度愈低，冷却所需费用也就愈大。◆冷凝净化法的优点：是所需设备和操作条件比较简单；收得的物质比较纯净。第2页,共43页，2024年2月25日，星期天第一节

冷凝净化原理从空气中冷凝蒸气的方法，可以是移去热量，即冷却；也可以是增加压力，使蒸气在压缩时凝结出来。冷凝净化，就是将蒸气从空气中冷却凝结成液体收集起来，再加以利用的方法。第3页,共43页，2024年2月25日，星期天有机液体的饱合蒸气压与温度的关系第4页,共43页，2024年2月25日，星期天不同温度下饱和蒸气压P饱可按下式计：lgP饱＝－A/T＋B

式中：P饱——绝对温度T时的饱和蒸气压，毫米汞柱；T——有机液体的绝对温度，K；A、B——常数第5页,共43页，2024年2月25日，星期天第6页,共43页，2024年2月25日，星期天[例4-1]试按上式计算苯在不同温度下的饱和蒸气压。[解]查表得苯的A值为1731、B值为7.783，苯在不同温度下的饱和蒸气压按上式：lgP饱＝－1731/T＋7.783第7页,共43页，2024年2月25日，星期天苯在不同温度下的饱和蒸气压计算数值与实测数值对照如下：

温度(℃)实测数值(毫米汞柱)计算数值(毫米汞柱)15.46060.38207575.0126.110099.0042.2200195.5560.6400392.7880.1760759.81第8页,共43页，2024年2月25日，星期天已知空气中某种有机蒸气的分压（蒸气压），相当于这个分压数值为饱和蒸气压的温度，就是这个特定的空气、蒸气混合体的露点温度。第9页,共43页，2024年2月25日，星期天例如，空气中含二硫化碳蒸气分压为600毫米汞柱时，查有机液体的饱合蒸气压与温度的关系曲线图中的第2条曲线，可知其露点为40℃。也可用温度与饱和蒸气压公式反算，代入二硫化碳的A、B值和P饱（600毫米汞柱），可得：T=A/(B－lgP饱)=1446/(7.41－2.778)=312.2K即露点为39.2℃（312.2－273＝39.2）。第10页,共43页，2024年2月25日，星期天对于这样的空气、蒸气混合体，只有将其冷却到露点温度以下，才能将蒸气冷凝出来。否则，与蒸气的实际浓度相当的蒸气压，没有超过饱和蒸气压，蒸气是不会凝结出来的。用冷却方法从空气中使蒸气冷凝成液体，其极限是冷却温度的饱和蒸气压。

第11页,共43页，2024年2月25日，星期天已知混合气中的蒸气分压，则空气中的蒸气浓度可按下式计算：C=(P/760)×[273/(273＋t)]×(1000/22.4)×M(克/米3)即：C=(16MP)/(273＋t)(克/米3)式中：C——空气中的蒸气浓度，克/米3；

P——空气中蒸气的分压，毫米汞柱；t——空气与蒸气混合物的温度，℃；

M——蒸气的克分子量，克。第12页,共43页，2024年2月25日，星期天[例4-2]试计算苯、甲苯和二硫化碳在20℃时饱和蒸气压时的浓度。[解]查得苯20℃时的饱和蒸气压P饱=75毫米汞柱，苯的M=78，代入上式得：

C苯＝(16MP)/(273＋t)＝(16×78×75)/(273＋20)＝320(克/米3)第13页,共43页，2024年2月25日，星期天第14页,共43页，2024年2月25日，星期天查得甲苯20℃时P饱22.3毫米汞柱，M=92，得：C甲苯＝(16MP)/(273＋t)＝(16×92×22.3)/(273＋20)＝112(克/米3)查得二硫化碳20℃时P饱=298毫米汞柱，M=76，得：C二硫化碳＝(16MP)/(273＋t)＝(16×76×298)/(273＋20)＝1237(克/米3)第15页,共43页，2024年2月25日，星期天冷凝净化的关键是冷却温度。冷却温度愈低，净化程度也愈高。为了强化冷却，可以使用冰、冷冻混合物、固体二氧化碳(干冰)及其他制冷方法。用于冷凝净化的冷却方法，可分为直接法与间接法两类。第16页,共43页，2024年2月25日，星期天第二节

直接冷却法——接触冷凝器在接触冷凝器中，冷却剂与要冷凝的蒸气直接接触，冷却剂是冷水．即用冷水洗涤要冷凝回收的空气蒸气混合物，并且冷却剂、蒸气和冷凝液是立即混合的。第17页,共43页，2024年2月25日，星期天第18页,共43页，2024年2月25日，星期天直接冷却法的特点：接触冷凝器结构简单，安装方便，使用灵活，并由于冷水的洗涤和稀释作用，可以承担较大量的空气净化任务。但是，用水量大，如果不采取凉水塔循环使用办法，不仅耗水多，而且废水污染问题也不易解决。第19页,共43页，2024年2月25日，星期天含有高湿臭气的直接冷却净化系统：

第20页,共43页，2024年2月25日，星期天使用密闭热水池分离不凝气体的冷凝-燃烧净化系统第21页,共43页，2024年2月25日，星期天可以假定为平衡，用热量衡算来解决。蒸气冷凝所释放出的汽化热及冷凝液进一步冷却的热量q热，都由冷却水来吸收q冷。

即q热＝q冷

，称为热量衡算式热负荷qL的计算，根据工艺特点，可分两种情况：

接触冷凝器的有关热计算第22页,共43页，2024年2月25日，星期天（1）流体在热交换过程中发生了相变化（蒸气冷凝成冷凝液）：qL=DAΔHA

（千卡/时）式中：qL——热负荷，千卡/时；DA——流体A的冷凝量，公斤/时；ΔHA——流体A的冷凝热，千卡/公斤。（2）流体在热交换过程中无相变化（冷凝液进一步冷却）：qL=GACPA(tA2－tA1)（千卡/时）式中：qL——热负荷，千卡/时；GA——流体A的重量流量，公斤/时；CPA——流体A在进、出口温度范围内的平均比热，千卡/公斤·℃；tA2、tA1——流体A进、出冷凝器（换热器）的温度，℃。第23页,共43页，2024年2月25日，星期天从真空干燥炉排出的高湿恶臭气体，含水蒸气95%，温度90℃，压力0.8公斤/厘米2，最大蒸发量为1000公斤/时。在接触冷凝器中，蒸气在90℃冷凝，并冷却至65℃。系统用一抽风机维持干燥炉一定的负压。试计算15℃冷却水的需用量和最后冷凝液的总量。[例4-3]第24页,共43页，2024年2月25日，星期天[解]查水蒸汽表90℃时水蒸气的汽化热为545.4千卡/公斤。（1）水蒸气冷凝放出的热量：qL水蒸气=DAΔHA（千卡/时）qL——热负荷，千卡/时；DA——流体A的冷凝量，公斤/时；ΔHA——流体A的汽化热，千卡/公斤。qL水蒸气=DAΔHA=1000×545.4＝545400（千卡/时）第25页,共43页，2024年2月25日，星期天（2）冷凝液冷却放出的热量：qL冷凝液=GACPA(tA2－tA1)（千卡/时）qL——热负荷，千卡/时；GA——流体A的重量流量，公斤/时；CPA——流体A在进、出口温度范围内的平均比热，千卡/公斤·℃；tA2、tA1——流体A进、出冷凝器（换热器）的温度，℃。水的平均比热为1千卡/公斤·℃；qL冷凝液=GACPA(tA2－tA1)=1000×1×（90－65）＝25000（千卡/时）第26页,共43页，2024年2月25日，星期天（3）冷却放出的总热量qL总=qL水蒸气＋qL冷凝液＝545400＋25000

＝570400（千卡/时）第27页,共43页，2024年2月25日，星期天（4）冷却水需用量G水根据热量衡算关系得：G水CP水(t水2－t水1)＝qL总G水＝qL总/[CP水(t水2－t水1)]＝570400/[1×(65－15)]=11408(公斤/时)=11.408(吨/时)第28页,共43页，2024年2月25日，星期天（5）冷却水和冷凝液总量G总＝11408＋1000

＝12408(公斤/时)=12.408(吨/时)（6）管道、热水池及有关设备的尺寸设计。第29页,共43页，2024年2月25日，星期天第三节

间接冷却法——表面冷凝器

列管式换热器，或称管壳型换热器。图所示浮头式冷凝器，是列管式换热器中的一种。

第30页,共43页，2024年2月25日，星期天单程列管式换热器1—外壳2—管束3、4—接管5—封头6—管板7—挡板第31页,共43页，2024年2月25日，星期天双程列管式换热器1—壳体2—管束3—挡板4—隔板第32页,共43页，2024年2月25日，星期天翅片管式冷凝器带有翅片，这些翅片既增加了传热面积，又增加了气体流动时的湍流程度。如图。第33页,共43页，2024年2月25日，星期天第34页,共43页，2024年2月25日，星期天

在冷凝气中可能回收有机溶剂的最大量为：

G=16MV/(273＋t1)[P1－(760－P1)/(760－P饱)×P饱]式中：G——可能回收溶剂的最大量，克/时M——蒸气的克分子量，克。V——空气蒸气混合气体流量，米3/时；P1，t1——冷凝前蒸气分压及空气温度，毫米汞柱，℃；P饱——冷凝后饱和蒸气压，毫米汞柱。第35页,共43页，2024年2月25日，星期天第36页,共43页，2024年2月25日，星期天冷凝液在与大气接触前要求冷却到60℃或更低。可以用以下方法降低冷凝液的温度：（1）增加一个单独的冷凝液冷却器；（2）使冷凝液积于底层，如果冷却水从低层管子处进入，低层管子处于低温，则使冷凝液的温度降低。第37页,共43页，2024年2月25日，星期天第38页,共43页，2024年2月25日，星期天表面冷凝器的有关热计算：蒸气在壁面冷凝时，根据冷凝液能否湿润冷却壁面，有：

膜状冷凝与滴状冷凝两种不同的机理。

第39页,共43页，2024年2月25日，星期天膜状冷凝，是冷凝液能润湿壁面，而形成一层完整的冷凝液膜，这层液膜愈结愈厚，多余的冷凝液自壁面坠落，但壁面上所覆盖着的液膜却始终存在，使壁面与冷凝蒸气之间的传热必须克服液膜的热阻力。滴状冷凝，是冷凝液不能润湿冷却壁面，而结成滴状小液珠，最后从壁面落下，让出新的冷凝面，来直接冷凝蒸气。滴状冷凝无须克服液膜的热阻力，传热系数可比膜状冷凝大几倍以至几十倍。

表面冷凝器的设计计算，一般还是以膜状冷凝为依据。

第40页,共43页，2024年2月25日，星期天换热器在单位时间内所能交换的热量称为传热速率，以q表示，其单位为千卡/时。传热速率的大小与热流体和冷流体之间的传热面积F及温度