冷凝循环水系统

为您的蒸馏实验选择合适的冷却方法，对于整个系统的性能、经济性和效率的影响是超乎想象的。作为蒸馏过程的必需阶段，目前大家常用的冷凝方式主要包括：使用干冰冷凝器、配备或自行搭建冷却循环体系，以及使用自来水进行蒸汽的冷却。但在大多数情况下，需要选购冷却循环系统来做配套设备。冷却循环系统在运行时，通过其制冷系统将加注在水箱中的冷却液冷却，由内置的循环泵将冷却液泵入冷凝器，吸收冷凝器内蒸汽的热量，以达到冷凝的效果，最后将温度升高的冷却液再次回流到水箱进行降温，如此循环交换冷却，实现为旋转蒸发系统提供均一稳定的冷凝温度，同时有效避免使用自来水时可能发生的季节性温度波动。而且作为理想、环保的替代自来水冷却的方法，也有助于实验室节约用水。在您选购合适的冷却循环系统时，需要考虑的重要因素包括：1、最低冷凝温度和相应的制冷能力2、泵压3、泵速4、合适的配件01最低冷凝温度和相应的制冷能力冷却循环系统的最低温度需要等于或低于旋蒸冷凝器以理想速率冷凝溶剂蒸汽的温度。该温度由溶剂的沸点决定。在进行冷却循环系统温度选择和设定时，一般建议遵从“20法则”，即加热锅温度和蒸汽温度、蒸汽温度和冷凝器温度之间各设置20°C的温差。比如，将加热锅温度设置为60°C，调整系统的真空设置以产生40°C的溶剂蒸汽，并在 20℃下进行冷凝操作。所以，溶剂蒸汽温度比加热锅温度低 20℃，冷凝器温度比蒸汽温度低20℃。冷却循环系统通常在 20°C或常温时具有最大的冷却能力，即理想状态下的最大制冷功率参数。随着设置温度越低，设备能实现的制冷能力随之降低。所以实验过程中并非设置的温度越低，冷凝效果越好。这也是为什么实验过程中将冷却循环系统温度设置到最低水平实现的并不一定是理想冷凝效率，因为冷却循环系统的制冷效果需要综合考虑温度和制冷能力两项参数。通过查看产品规格，您会发现针对不同温度下，冷却循环系统有相对应的不同冷却能力。如果需要冷凝器在比较低的温度下工作，就需要深入了解较低温下冷却循环系统的冷却能力。如果旋转蒸发仪需要蒸馏多种溶剂，那么就要根据所需的最低冷凝温度来选择冷却循环系统的功率。如果您的冷却循环系统在其设定温度下功率不足，意味着在实际蒸馏中冷却液将无法达到设定的温度，从而无法提供足够的热传导效应，对蒸汽进行有效冷凝。不能被及时冷却的蒸汽会被吸入真空泵，增加泵组件的磨损并缩短其使用寿命。它甚至可能浸泡泵，造成无法挽回的损坏。另外，如果您的冷却循环系统有过温警报，设置过低的温度可能会导致设备报警并关闭，蒸馏实验中断。02泵压另一个需要考虑的重要因素是冷却循环系统的循环泵泵压范围。冷却循环系统的泵压通常在10-15 psi（0.67-1.03bar）的范围内。如果泵压过低，一旦旋转蒸发仪与冷却循环系统存在一定的高度差（如冷却循环系统置于实验台下方）就会导致冷却液无法在冷凝器中有效循环。如果泵压过高，冷凝器内部因为冷却液压力过大造成破裂的风险就会急剧增加。Heidolph玻璃冷凝器内部最高承受压力为2bar，适度提升了适用范围。所以在选购冷却循环系统时，需要先确认该设备的压力范围以及旋转蒸发仪冷凝器的工作压力范围。一般来讲，大多数离心泵的最大压力为10 psi（0.67bar），从而使其适合与玻璃冷凝器一起使用。另一方面，容积泵和涡轮泵往往具有更高的输出压力，因此更需要重点关注其泵压范围，从而避免因使用相应的冷却循环系统增加玻璃冷凝器破裂的风险或泵压不足导致冷却液无法有效循环。03泵流量冷却循环系统的泵流量会影响冷却液在冷凝器中的停留时间。流速越低，冷却液在冷凝器中停留的时间就越长。随着温度升高，蒸汽和冷却液之间的热传递效率降低。在这种情况下，会增加溶剂蒸气冷凝不充分的风险。虽然目前大多数冷却循环系统的流量相对于其冷却功率而言都足够，但还是需要注意这一点。04合适的配件：冷却液和加强型冷却水管路根据您的应用对温度范围的需求，选择合适的冷却液。如果您需要更低的温度，建议使用乙醇或乙二醇混合物。虽然乙醇直到117.3℃才会冻结，但它的高度易燃性具有一定风险。将其用作冷却液时应格外小心。Kryo 30冷却液是含有抑制剂的单乙二醇和水的混合物，工作温度范围-30到+90°C，燃点约120 °C，是大多数冷却循环水浴匹配旋转蒸发仪的理想选择。选择的冷却水管路应与所使用的冷却液的化学相容性、应用的温度范围以及额定压力相匹配。未能选择正确的管路将导致管路立即或在长时间使用的情况下发生爆裂。如果您在低温下运行，则可使用保温套以减少因为环境温度影响而造成的热损失。加强型冷却水管路（P/N: 591-38000-00-0），内径Ø 8mm，工作温度范围&minus 20到60°C，是连接冷却循环系统与旋转蒸发仪的推荐选择之一。冷却循环系统选购指南Hei-CHILL Pro系列冷却循环系统具备强大的制冷能力，即使使用高极性容积，也能快速达到设定的温度并保持稳定，运行噪音低，可适用于广泛应用。优化的泵送能力，可放置在试验台下运行。配备RS 232接口，可通过海道尔夫控制型旋转蒸发仪集成控制。针对不同的蒸发应用，我们为您提供多种冷却循环系统，以满足您的个性化需求。基本说明1为了保护玻璃冷凝器，冷却循环系统的最大泵压不得超过2 bar（包括压力峰值）2为了获得理想的蒸馏速度，建议遵守四分之三原则：即在冷凝器高度的四分之三处及以下，蒸汽应被有效凝结，形成液滴并作为冷凝物排出，尽量避免蒸汽达到冷凝器的上部四分之一处，因无法及时被冷却导致蒸汽被真空泵吸入，从而影响泵的使用性能3玻璃冷凝器的顶部应始终保持有效的低温状态，以避免蒸汽被吸入真空泵END关于HeidolphHeidolph集团是创新型实验室前处理设备的制造厂商。磁力搅拌器、顶置式搅拌器、台式旋转蒸发仪、工业大型旋转蒸发仪、蠕动泵、混匀器、恒温摇床等相关产品构成了Heidolph实验室设备的产品线。集团总部位于德国南部的纽伦堡附近的施瓦巴赫市。作为Heidolph集团全资子公司，海道尔夫仪器设备（上海）有限公司于2019年正式成立，旨在为中国用户提供更为直接、更快速的服务。如需更多详细信息请致电400-021-7800或邮件sales@heidolph-instruments.cn，我们将竭诚为您服务。

冷却循环水机由换热设备、冷却设备、水泵等相关设备组成，采取循环用水运作模式。在水不断回收再利用的过程中，换热设备的水温、水压与水位数值如果调控不佳，容易产生结垢。水垢附着在换热设备表面会降低热交换率，影响效率、浪费电力，严重时设备可能会跳机导致设备停止运转。 　　冷却循环水机的结构组成：　　支架和塔体：外部支撑； 　　填料：为水和空气提供尽可能大的换热面积； 　　冷却水槽：位于冷却塔底部，接收冷却水； 　　收水器：回收空气流带走的水滴； 　　进风口：冷却塔空气入口； 　　百叶窗：平均进气气流，保留塔内水分。 　　冷却循环水机的系统控制与节能：　　系统中冷却塔、冷冻主机、冷却泵及冷冻泵应是一一对应开启的，应采用电动阀控制水流，不得让水流经过已停机部分的管道，而影响处理效率。 　　开机的顺序是：冷却水泵、电动阀、冷却塔、冷冻主机，停机的顺序则相反，且冷冻机停机要提前半小时。30kW以上冷却水泵应采用软启动，多台并联，用变频控制，根据外界环境气候设定调节水泵功率，节能效果更好。冷却塔风机采用双速电机以及酌情适当调整风机叶片角度对于节能降噪有明显效果。 　　根据是否设置水池设置位置，产生了循环水冷却系统的不同形式。循环水泵扬程的计算很主要，只需考虑沿程阻力、流出水头及冷却塔进出水位差即可，一般取25m左右，而与冷却塔位置的高度关系不大。

背景矿物燃料与核电力设施使用换热器，使工艺蒸汽冷凝回到液体形态。热交换器的工作原理是，通过从一种介质（蒸汽）中转移热量至另一种介质（空气、水、或乙二醇）中。很多新近的封闭式冷却水系统、电力设施使用乙二醇（C2H6O2）作为热传递液体，因为乙二醇有很高的热传递效率。虽然乙二醇是超级好的热传递流体，但如果它从冷却器中泄漏并进入冷凝蒸汽中时，会造成严重问题。在升高的温度与压力下，水中乙二醇会降解为有机酸，会酸化冷凝液，导致系统内快速的腐蚀。有机酸的增长也会严重破坏离子交换树脂床与矿物质脱除塔。发现早期针孔大的热交换器泄漏，对于保持维护电力设施与工艺设备的完整性，非常重要。虽然很多工厂使用痕量水平的胺来中和，来控制回路的pH，但这些胺常规地都是按照控制来自二氧化碳溶解产生的碳酸，来给药的。乙二醇泄漏造成的有机酸的大量流入，很容易压垮这种pH控制，并造成冷凝液明显的酸化。问题电厂通常检测pH与阳离子电导率来监测蒸汽回路水的纯度。然而，那些参数并不总是足够。充分早地探测乙二醇的早期泄漏以预防显著的下游问题十分重要。因为pH与阳离子电导率的偏离，仅仅在乙二醇分解之后才产生，这些检测对于探测泄漏来说，经常已经太晚了。水中乙二醇在热的高压蒸汽回路中降解。如果热交换器中发生泄漏，这种泄漏的现象在乙二醇降解之前，可能无法通过pH与电导率探测到。在这一点上，工艺设备（例如：矿物质脱除塔、树脂床、冷凝液抛光器、锅炉、涡轮机等）可能已经暴露在酸性的冷凝液或蒸汽中。乙二醇是一种含碳38.7%的有机分子，因此能够使用在线、连续的总有机碳（TOC）分析来探测到。Sievers M系列在线TOC分析仪能够在乙二醇在冷凝液蒸汽中降解之前，更早地检测到乙二醇的泄漏。解决方案在Sievers分析仪进行的实验室研究中，Sievers M系列TOC分析仪表现出对乙二醇的回收率在97.3%－99.1% ，对于碳含量在0.5－25 ppm 碳 （1.3－64.7ppm 乙二醇）。Sievers M系列TOC分析仪的回收率总结如下表：在图2中，分析仪显示出对检测乙二醇有高的线性响应。基于定量回收率（≥97.3%），与高度的线性（R2=1.0000），Sievers M系列TOC分析仪很适用于检测冷凝液蒸汽中宽广范围的乙二醇浓度。几个著名的组织（EPRI、VGB、与 Eskom）建议100－300 ppb作为蒸汽循环补给水的合适的背景TOC水平。水或蒸汽循环中的这个TOC背景很好地位于Sievers M系列TOC分析仪的检测水平0.03 ppb之上，同时这个TOC背景也足够低，可以轻松检测背景TOC浓度之上的乙二醇泄漏造成的TOC偏移。由于乙二醇泄漏造成的事故的成本，从设备维修与更换、以及停产期间损失的能量产出等方面，可能是成百上千美元。由于乙二醇有毒并有危险，额外的缓和被污染的冷凝水也非常关键。使用Sievers M系列在线TOC分析仪，冷凝蒸汽每2分钟被分析一次，提供给设备操作者高解析度的数据，使用这些数据，可以快速识别并解决使用乙二醇溶液的热交换器的泄漏。◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！参考文献1.Berry, D. and Browning, A. Guidelines for SelectingandMaintaining Glycol Based Heat Transfer Fluids.2011. Chem-Aqua, Inc.2.EPRI Lead in Boiler Chemistry R&D. PersonalCommunication. January 28, 2015.3.Ethylene vs. Propylene Glycol. www.dow.com.Accessed January4.22,2015.http://www.dow.com/heattrans/support/selection/ethylene-vs-propylene.htm.5.Heijboer, R., van Deelen-Bremer, M.H., Butter, L.M.,Zeijseink, A.G.L. The Behavior of Organics in aMakeup Water Plant. PowerPlant Chemistry. 8(2006):197-2026.Faroon, O., Tylenda, C., Harper, C.C., Yu, Dianyi,Cadore, A., Bosch, S., Wohlers, D., Plewak, D.,Carlson-Lynch, H. Toxicological Profile for EthyleneGlycol. 2010. US Agency for Toxic Substances andDisease Registry (ASTDR).7.Maughan, E.V., Staudt, U. TOC: The ContaminantSeldom Looked for in Feedwater Makeup and OtherSources of Organic Contamination in the Power Plant.PowerPlant Chemistry. 8(2006): 224-233.8.Rossiter, W.J. Jr., Godette, M., Brown, P.W., Galuk,K.G. An Investigation of the Degradation of AqueousEthylene Glycol and Propylene Glycol Solutions usingIon Chromatography. Solar Energy Materials. 11(1985): 455-467.9.Vidojkovic, S., Onjia, A., Matovic, B., Grahovac, N.,Maksimovic, V., Nastasovic, A. Extensive FeedwaterQuality Control and Monitoring Concept forPreventing Chemistry-related failures of Boiler Tubesin a Subcritical Thermal Power Plant. Applied ThermalEngineering. 59(2013): 683-694.