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螺旋螺紋換熱器在制藥中的應用
新聞出處:   2014-03-13 15:42:48
1螺旋螺紋管換熱器的設計
  1.1設計依據
  利用計算流體力學技術,有限元技術,提高計算精度。
  1.2設計及機理
  1.2.1材質
  SECESPOL螺旋螺紋管換熱器換熱管為316L不銹鋼,殼程為316L不銹鋼,以滿足不同物料的換熱要求。
  耐溫可達400℃,耐壓可達1.6MPa.
  1.2.2螺紋管束
  SECESPOL螺旋螺紋管換熱管采用雙螺紋管形式,該管束表面設計周期變化的環形螺紋,當換熱管內外物料流動時,由于流通截面和流動方向的不斷變化,沖擊層流底層,提高流體湍流強度和湍流的給熱能力。
  1.2.3換熱管螺旋纏繞結構
  換熱管束經特殊工藝加工成盤旋纏繞結構。換熱管束兩端通過先強度脹接后焊接的工藝固定在管板上,管束與管板封裝在換熱器殼體內,管板焊接在兩端封頭上。單位體積內增大換熱面積,經盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長度可達殼體長度的4~6倍,使熱媒體在換熱管內停留時間長,換熱更充分。雙側流體通過時,沿軸向運動,不斷改變流體運動方向。在螺紋管增加湍流強度的同時,再次強化傳熱,保持穩定連續的強化作用,使傳熱效果顯著提高。
  1.2.4100°連接方式
  SECESPOL螺旋螺紋纏繞換熱器在接管連接方式上有一項與眾不同的設計,即在兩端封頭上的兩個接管中心線間的角度α為100°.此設計對于提高換熱器的傳熱性能、降低結垢傾向都具有顯著的效果。
  1.2.5非對稱流設計
  SECESPOL螺旋螺紋管換熱器管程殼程容積不相同,殼程容積能達到管程容積的4.2倍,以滿足醫藥、化工等各種不同復雜工況要求。
  1.2.6主設計目的
  傳熱系數是傳熱設備的一個重要技術指標,強化換熱表面對流傳熱是提高傳熱系數的有效措施。
  SECESPOL螺旋螺紋管換熱器通過以上的獨特結構設計,顯著提高了換熱系數,實現高效節能。
  2螺旋螺紋管換熱器的性能
  2.1耐溫、耐壓,壽命長SECESPOL螺旋螺紋管換熱器的換熱管束和殼體采用不銹鋼材質,具有統一的膨脹系數,不會由于壓力和溫度變化而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓,無需加裝減溫、減壓裝置,耐溫可達400℃,耐壓1.6MPa.同時,嚴格按照美國機械工程師(ASME)標準設計制造,設計壽命為40年。
  2.2高效節能SECESPOL螺旋螺紋管換熱器,因其獨特的設計,顯著地提高換熱能力,尤其在有相變的換熱工況時,較傳統換熱器更有顯著優勢。在汽水交換如蒸汽加熱水的工況下,常規的管殼式換熱器換熱系數k值一般為6000W/(m2.℃),SECESPOL螺旋螺紋管換熱器其換熱系數k值可高達14000W/(m2.℃),是常規管殼式換熱器的3~7倍。實現熱量充分利用,節省能源。
  2.3體積小,重量輕,便于安裝相對于傳統換熱器體積龐大,笨重,需要大型吊裝而言,SECESPOL螺旋螺紋管換熱器的螺旋纏繞方式,使其結構緊湊,滿足相同熱負荷的工況時,SECESPOL螺旋螺紋管換熱器體積只有傳統管殼式換熱器的1/10左右,占地面積小,節省空間;同時也因為體積小、重量輕,更加便于安裝、拆卸,減少了安裝費用。圖3為螺旋螺紋管換熱器與傳統換熱器的對比。
  2.4結垢低,維護方便換熱器結垢會直接降低換熱效果,進而達不到工藝要求,影響生產,增加維護費用,因此盡量降低結構傾向是換熱器設計重要因素。
  SECESPOL螺旋螺紋管換熱器從以下方面來降低結垢傾向:(1)換熱過程降低溫度梯度,減少設備內部結垢因素;獨特的螺旋螺紋管長度是殼體的4~6倍,有效地減小了溫度梯度;(2)采用100°連接,可以使換熱器全部參與換熱,不留死角。也使流體自動沖刷管路,降低結垢傾向;(3)提高換熱管的表面光潔度,降低污垢系數;(4)采用螺旋纏繞結構,極大地改變流體的流動狀態,形成了強烈的湍流效果。由于流體是螺旋流動的,在離心力的作用下對管壁有較強的沖刷作用,因此不易結垢;(5)關鍵是提高流速為5.5m/s(傳統設計為1.2m/s),起到不易結垢并且可以沖刷污垢作用。
  3螺旋螺紋管換熱器的應用
  螺旋螺紋管換熱器在制藥行業可應用于反應釜蒸餾回流系統、精餾塔精餾回流系統、尾氣回收系統、干燥系統、高溫滅菌系統、CIP系統、發酵液或物料冷卻、純化水或物料加熱、注射液冷卻系統。
  某藥業有限公司按照原設計為四種物料的塔頂冷凝回流,根據醫藥設計院的原始設計,冷凝換熱量合計為10874kW,需要換熱面積總計1058.7m2,設備占地面積為800m2.選用螺旋螺紋換熱器進行優化設計,在保證工藝需求的前提下,取得較高的經濟效益:(1)換熱面積大大降低,使用螺旋螺紋換熱器換熱面積為297.7m2,是原設計的1/3左右,大大節約設備投資;(2)占地面積減少,采用螺旋螺紋換熱器占地面積不足400m2,可以減少約400m2的基建費用;(3)螺旋螺紋管換熱器體積小,安裝方便,安裝費用降低30;(4)設備安裝方便,大大縮短了50安裝工期。通過上述數據可知,螺旋螺紋管冷凝器性價比高,在醫藥中間體生產中物料的冷凝回流應用有很大優勢。該用戶應用后認為:冷凝效果好,充分體現了螺旋螺紋換熱器螺旋纏繞換熱管的高技術優勢;冷凝速度快(原5000L的反應釜6h一個生產流程,采用螺旋螺紋管換熱器只需要4h),大大提高了生產效率,同時因螺旋螺紋換熱器全焊接耐高壓的特點,大大減少了設備的檢修費用和工時。
  隨著節能減排工作的深入,目前如浙江東邦藥業公司、浙江昂利康制藥、新時代藥業、魯抗集團、新合成股份、石藥集團、華藥集團、瑞陽制藥、齊都制藥、華海制藥、無錫制藥等上百家企業都選用螺旋螺紋管換熱器,其均能在節能減排方面起到積極作用。
  4結語
  綜上所述,SECESPOL螺旋螺紋管換熱器是實現了雙面強化傳熱的高效換熱器,同時具有安全、高效節能、體積小、維護費用低、使用壽命長等特點,相對于傳統換熱器其為具有劃時代意義的節能減排產品。但是,螺旋螺紋換管換熱器不能適用下述情況:(1)含Cl-量超標等對不銹鋼強腐蝕的物料;(2)物料加熱冷卻過程中易結晶造成換熱管嚴重堵塞的工況。

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