螺旋板換熱器在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用情況

發(fā)布時(shí)間：2011-10-22 瀏覽：5308

     原來(lái)我廠的生產(chǎn)工藝, 調(diào)定溫度全部采用的是傳統(tǒng)的真 空冷卻和多層盤管或蛇形管噴淋冷卻的方法。隨著近年來(lái)酒 精產(chǎn)量的增加, 耗水量也越來(lái)越多, 每到夏季, 城市用水緊張, 水源不足不能保證正常生產(chǎn), 且生產(chǎn)用水的增多也增加了污 水處理工作量。介于這種情況我廠經(jīng)過(guò)反復(fù)研究、試驗(yàn)、改造 了冷卻系統(tǒng), 使用了螺旋板換熱器, 結(jié)果驗(yàn)證螺旋板換熱器在 酒精生產(chǎn)過(guò)程中, 不單降低了用水量, 調(diào)定溫度也較精確, 占 用空間小, 大大降低了故障率, 節(jié)約了維修資金, 既節(jié)能降耗, 又保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

        1 資料

        我廠的酒精生產(chǎn)是用可再生資源糧食作原料, 經(jīng)過(guò)機(jī)械 粉碎, 加水制成料漿, 然后經(jīng)過(guò)液化、糊化、糖化、發(fā)酵等一系 列過(guò)程后再通過(guò)蒸餾提取出高純度的酒精。

        在生產(chǎn)過(guò)程中, 液化時(shí)的預(yù)液化醪溫度控制在 80￣90℃ ( 薯類) 90￣97℃( 谷類) 之間。液化醪的制備, 是把一定濃度的 粉漿在一定溫度下, 利用耐高溫 α- 淀粉酶將粉漿中的淀粉 迅速水解為可溶性糊精、少量麥芽糖和葡萄糖。而液化后的液 化醪溫度較高, 常在 95￣105℃之間, 需冷卻至 58￣62℃之間進(jìn)行糖化。而糖化后的糖化醪又需冷卻到 28￣38℃才能進(jìn)行 酵母菌的培育及發(fā)酵。而且在發(fā)酵初期由于微生物的生長(zhǎng), 生 化反應(yīng)釋放出一定量的生物熱, 也需及時(shí)冷卻維持適宜的發(fā) 酵溫度才能保證發(fā)酵過(guò)程的順利進(jìn)行。由于液化醪的溫度高, 冷卻可采用真空冷卻加大氣風(fēng)冷即能實(shí)現(xiàn)。而糖化后到發(fā)酵 的冷卻方法我們?cè)瓉?lái)采用的是多層盤管噴淋冷卻, 即在銅的 多層盤管上面用水槽淋水, 由于冷水與銅管的熱交換面積小 而換熱效率低; 發(fā)酵前期采用的發(fā)酵罐內(nèi)置多層蛇形冷卻管 和外壁冷卻, 由于發(fā)酵前期所產(chǎn)生的生化熱需要不斷的打水 來(lái)冷卻。因?yàn)檫@后兩個(gè)過(guò)程都耗能耗水量大, 現(xiàn)在我們都引進(jìn) 了高效換熱器設(shè)備 - 螺旋板換熱器。

        螺旋板換熱器的結(jié)構(gòu)原理及使用方法: 螺旋板換熱器是 一種高效換熱器設(shè)備,按結(jié)構(gòu)形式可分為不可拆式( Ⅰ型) 螺 旋板式及可拆式( Ⅱ型、Ⅲ型) 螺旋板式換熱器。

        螺旋板換熱器由兩張板卷制而成, 形成了兩個(gè)均勻的螺 旋通道, 兩種傳熱介質(zhì)可進(jìn)行全逆流流動(dòng), 大大增強(qiáng)了換熱效 果, 即使兩種小溫差介質(zhì), 也能達(dá)到理想的換熱效果。在殼體 上的接管采用切向結(jié)構(gòu), 局部阻力小, 由于螺旋通道的曲率是 均勻的, 液體在設(shè)備內(nèi)流動(dòng)沒(méi)有大的轉(zhuǎn)向, 總的阻力小, 因而 可提高設(shè)計(jì)流速使之具備較高的傳熱能力。II 型可拆式螺旋 板換熱器結(jié)構(gòu)原理與不可拆式換熱器基本相同, 但其中一個(gè)通道可拆開清洗, 特別適用有粘性、有沉淀液體的熱交換, 單 臺(tái)設(shè)備不能滿足使用要求時(shí), 可以多臺(tái)組合使用[3]。我們現(xiàn)在 糖化后使用的是無(wú)錫市雪浪發(fā)酵工程設(shè)備廠的兩臺(tái)螺旋板換 熱器, 換熱面積為 120m2 通道為 20cm。前期發(fā)酵槽冷卻使用 的是江蘇五龍機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 KS100- 18 型螺旋板換熱 器, 降低主發(fā)酵期的生熱。

        2 方法

        2.1 傳熱效率計(jì)算

        在糖化后我們現(xiàn)在使用的兩臺(tái)螺旋板換熱器換熱面積為 120m2, 通道為 20cm 的螺旋板換熱器, 用水溫度是 20℃, 現(xiàn)在 產(chǎn)量為 1000t/d, 原料化為糖化醪為 3500t/d, 用螺旋板冷卻, 通 過(guò)實(shí)踐證明, 我們現(xiàn)在用的 φ150 水管, 水處理來(lái)的冷水約為 350m3/h。日用水量為 8400t。而原來(lái)產(chǎn)量是 600t/d, 原料化為糖 化 醪 為 2100t/d, 用 噴 淋 冷 卻 , 用 水 量 六 臺(tái) 水 泵 為 IS100- 80- 160 泵 , 泵 出 口 為 φ80, 流 量 60￣120m3/h, 取 100m3/h, 六臺(tái)用水量為 600t/h, 則日用水量為 14400t/d。化為 1000t/d 原料, 則日用水量為 24000t/d。傳熱效率比與用水量成 反比。用螺旋板換熱器傳熱效率 / 用噴淋冷卻傳 熱 效 率 =24000∶8400=2.86∶1。即: 用螺旋板換熱器傳熱效率是用噴 淋冷卻傳熱效率的 2.86 倍。同理計(jì)算前期發(fā)酵槽用螺旋板冷 卻的方法降低主發(fā)酵期的生熱, 發(fā)酵原來(lái)用水為水泵 30KW 的兩臺(tái), 7.5KW 的兩臺(tái), 3KW 的兩臺(tái), 各水泵用一備一總流量 為 270m3/h, 產(chǎn)量是 600 噸 /d 時(shí), 日用水量為 10800m3/d, 化為 1000t/d 原料, 則日用水量為 18000t/d, 現(xiàn)在用水量與蒸煮糖化 相同, 用的 φ150 水管, 水處理來(lái)的的冷水約為 350m3/h。日用 水量為 8400t。用螺旋板換熱器傳熱效率 / 用發(fā)酵罐內(nèi)置多層 蛇形冷卻管和外壁冷卻冷卻傳熱效率 =18000∶8400=2.14∶1。 即: 用螺旋板換熱器傳熱效率是用發(fā)酵罐內(nèi)置多層蛇形冷卻管和外壁冷卻傳熱效率的 2.14 倍。

        2.2 換熱面積計(jì)算

        噴淋冷卻為 φ85 的銅管 25m 長(zhǎng)環(huán) 12 層 4 組, 三層樓 1921.68m2, 現(xiàn)用兩臺(tái)螺旋板換熱器為 120m2 的, 通道為 20cm 的螺旋板換熱器, 總面積為 240m2, 發(fā)酵原來(lái)的換熱面積: 每 個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)置多層蛇形冷卻管 φ50 的銅管 φ2000 的 27 圈 φ4600 的 26 圈, 共計(jì) 85.58m2。28 個(gè)罐換熱面積為2396.24m2。 現(xiàn)在用螺旋板冷卻的方法降低主發(fā)酵期的生熱, 換熱面積為 100m2 的兩臺(tái)螺旋板換熱器�？偯娣e為 200m2。

        2.3 占用空間計(jì)算

        噴淋冷卻為 25×7.5×10=1875m3 現(xiàn)在糖化后的兩臺(tái)螺 旋板換熱器為 1.8×2.3×1.5×2=12.42m3 而現(xiàn)在主發(fā)酵用螺 旋板為 1.7×1.9×1.25×2=8.08m3。

        2.4 兩種換熱器比較( 見表 1)

        3 結(jié)果

        從表1中可以看出:糖化后用水量日減少15600t,主發(fā)酵用水量 日減少9600t,共計(jì)25200t,年減少用水為300×25200=7560000噸 =756 萬(wàn)噸, 折和自來(lái)水人民幣 756 萬(wàn)噸×2.96 元 / 噸 =2237.76 萬(wàn)元, 若折合自備水為 756×2.6=1965.6 萬(wàn)元。

        我們選用的螺旋板換熱器流道為 20cm, 比原來(lái)用的銅管 φ85 流道要大, 以前我們使用的銅管因流道小, 阻力大, 物料 是懸浮液, 易堵塞。使用該螺旋板換熱器克服了這一缺點(diǎn)。 隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展, 能源消耗和環(huán)境污染日益嚴(yán)重, 國(guó)家對(duì)企業(yè)的節(jié)約能源減少污水排放量的要求也越來(lái)越高, 在 酒精生產(chǎn)中, 利用螺旋板換熱器, 不僅節(jié)約用水, 而且在我們不 斷改造的有限的空間里減少了空間的占有量, 設(shè)備投入少, 維 修費(fèi)用低, 因用水量的減少, 使用水泵就少, 節(jié)約了用電量。使 用螺旋板換熱器, 起到了節(jié)能減排降低各項(xiàng)消耗的作用。

        4 總結(jié)

        實(shí)踐證明, 在酒精生產(chǎn)中, 糖化醪的冷卻以及主發(fā)酵期的 冷卻, 利用螺旋板換熱器進(jìn)行冷卻是可行的。它打破了原來(lái)傳 統(tǒng)的生產(chǎn)模式, 同時(shí)也打破了原來(lái)的思維模式, 我廠曾經(jīng)認(rèn)為 螺旋板換熱器在小的范圍內(nèi)回旋那么多圈會(huì)阻力大, 加上物 料是懸濁液容易沉淀造成堵塞, 一直沒(méi)有考慮引用該設(shè)備。后 來(lái)我們?cè)谠囼?yàn)中, 選準(zhǔn)合適的型號(hào), 選用寬流道、可拆式螺旋 板式換熱器, 先購(gòu)置兩臺(tái)使用, 一段時(shí)間后又添購(gòu)了兩臺(tái), 使 用這大半年, 發(fā)現(xiàn)螺旋板式換熱器的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原來(lái)的 銅管裝置冷卻。

        在我廠使用螺旋板式換熱器將近這一年中, 不但打消了 原來(lái)易堵塞的顧慮, 而且使用螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)也越來(lái)越 突出。首先, 它傳熱系數(shù)高, 節(jié)約水資源, 節(jié)約電資源, 減少排 放量, 這是不爭(zhēng)的事實(shí)。另外螺旋板式換熱器因其具有狹長(zhǎng)的 兩個(gè)均勻通道, 操作起來(lái)比較容易穩(wěn)定物料, 進(jìn)行均勻冷卻,又可準(zhǔn)確的控制出口溫度。該設(shè)備因其主體不用管材, 只用板 材, 材料利用率高, 制造成本低, 且制造較簡(jiǎn)便, 質(zhì)量也以保 證, 故設(shè)備本身投入資金極少, 每臺(tái)不銹鋼螺旋板式換熱器僅 十多萬(wàn)元, 比起原來(lái)的銅管冷卻的幾百萬(wàn)元, 僅占它投入的不 到十分之一。且因設(shè)備故障少, 維修方便, 降低了維修費(fèi)用和 維修時(shí)間, 提高了生產(chǎn)效率, 為我廠創(chuàng)下了更高的生產(chǎn)紀(jì)錄。 螺旋板式換熱器在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用, 有待于進(jìn)一步的擴(kuò)大 和完善, 它將為我們酒精生產(chǎn)減少更多的人力勞動(dòng), 降低更多 的消耗和費(fèi)用, 帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。