糖厂要用大量的冷水。特别是冷凝真空系统，必须用大量的冷水将蒸发罐和煮糖罐的低温汁汽冷凝，才能获得所需的真空度，这是维持糖厂正常生产的必要条件。

冷凝系统的用水量是比较大的，我国的甘蔗糖厂过去常建在水源丰富的大河边，但近年却逐渐向比较缺水的干旱地区转移，而且这种趋势还会继续下去。在一些地区，水资源不足制约了糖厂的发展。冷水供应不足的糖厂，蒸发与煮糖真空度偏低，对糖厂的生产能力和收回率有不良的影响。

因此，糖厂的冷凝真空系统如何适应这种情况，减少用水量，和在供水不足的情况下取得较高的真空度，是制糖工业中带普遍性的重要技术问题。这个问题关系到冷凝真空系统的设备配置、水源的温度、水的复用循环情况，以及蒸发煮糖所需冷凝的汁汽的数量。下面分别进行详细的讨论。

一、 冷凝真空系统的设备

冷凝真空系统可以用多种型式的设备，大体上可分为干式系统和湿式系统两大类：

1、干式真空系统：使用逆流接触式冷凝器将水蒸气冷凝，剩下的不凝缩气体另用真空泵排除。我国糖厂早期都使用这种系统。国外糖厂也历来主要用这种系统。它的设备比较复杂，但用水量较少，效率较高。糖厂可以集中使用真空泵；冷凝器既可以集中，也可以分为若干个（分别用在不同大小的糖厂）。

2、湿式真空系统：同一台设备兼有冷凝和抽气作用，如现在国内多数糖厂使用的水喷射冷凝器。它的优点是设备比较简单、容易制造、使用与维护方便。但用水量较大，在水量不足或水温较高时，其效能显著下降，真空度偏低，且系统的耗电量较大。
现在国内多数大、中型甘蔗糖厂都有多个喷射冷凝器：每个煮糖罐配一个，蒸发罐又另配一个。这样操作管理较方便，但总用水量大很多。

例如，日榨2000吨甘蔗的糖厂，在采用干式真空系统时，需要冷却水量为22300～26900吨/日，为压榨量的11～13倍；采用水喷射冷凝器时，煮糖冷凝器用水52000～54600吨/日，为压榨量的26～27倍。蒸发冷凝器和吸滤机真空系统通常复用煮糖冷凝器排出水，不另用冷水。

国外的糖厂常倾向于使用集中的干式真空系统，即使日榨万吨的大糖厂也是如此。这样便于管理和采用高效率的设备和减少水、电的用量。在用集中的冷凝器时，需用冷水量约为甘蔗压榨量的９倍；如果用多个独立的冷凝器，用水量相应增加。
两种系统使用的冷凝器，都是用温度较低的水与汁汽直接接触，将后者冷凝，凝结水和冷却水混合一起排出。但汁汽中总还余下少量的空气和未凝结的水蒸气，必须将这些气体抽去才能形成真空状态。不凝缩气体的排除有两种方式，一种是和冷凝水一起从冷凝器的尾管排出，例如在喷射冷凝器，因为气体和水一起排出，属于湿式真空系统。另一种是将不凝缩气体与水分别排出。气体不带水，属于干式真空系统。

在湿式系统，水和汁汽都从器体的上方进入，水和气体从底部排出，水和气体是顺流式工作，排出气体的温度等于排水的温度。而在干式系统，水从上方进入，底部排出，汁汽则从器体的下方进入，不凝缩气体从顶部排出，气体对水而言是逆向流动，排气的温度接近进水的温度。这两种不同的工作方式使它们的效果有很大的差别。

冷凝器所获得的真空度与水温密切相关，水温低时真空度较高，水温升高时真空度急剧下降。图1表示在不同排水温度下的真空度变化，其中曲线1代表极限真空度，即在完全没有空气(和其他气体)而只有水蒸气时的真空度，曲线2和曲线3之间的区域代表性能良好的逆流接触式冷凝器的真空度，它是国外的数据。曲线4和曲线5之间的区域代表性能良好的喷射冷凝器的真空度，它是在广东的一些较好的糖厂中测出的。这些资料说明：

1、 随着排水温度升高，真空度显著下降。

2、 实际设备中的真空度总是低于极限值，因为存有或多或少的空气。

3、 以相同的排水温度相比较，喷射冷凝器的真空度低于逆流冷凝器，这在水温高时更为突出。

此外，同一类冷凝器在相同的水温下达到的真空度还与下列因素有关：

1、 需要排除的空气量，空气量大时真空度较低；

2、 设备的具体设计、结构、尺寸和制造质量等因素。

如果设备系统漏气较多，或冷凝器的设计、制造不好，所得的真空度就较低。

应当注意检查冷凝器的性能。测量冷凝器的排水温度和真空度，将数据放入图1 中，它的位置的高低就反映了它的性能是否良好。或者测量冷凝器的排水温度和进入汁汽的温度，算出两者的差额，它直接反映冷凝器的性能。良好的逆流冷凝器的这一温差为4～6℃，较差者为8℃或更大；较好的喷射冷凝器的这一温差为9～11℃，较差者达14～18℃。

冷凝器的出水温度总是低于汁汽的温度。这个温差是推动传热的动力，同时也反映了冷凝器的效率。这个温差小说明该设备的效率高，温差大则效率低 (对于通过换热面传热的设备也是如此)。

在相同的排水温度下，进入汁汽与排水的温度差越大，意味着汁汽温度越高，冷凝器的真空度就越低。因此，以同一的排水温度相比，喷射冷凝器的真空度总是低于逆流冷凝器。例如，当冷凝器出水温度为45℃，喷射冷凝器的汁汽为55℃，相应的真空度为85.4kpa；性能好的逆流冷凝器的汁汽为50℃，相应的真空度为88.8kpa，比前者高3.4kpa(25mm hg)。在相同的进汽量、水量和进出水温下，喷射式冷凝器的进汽温度比良好的逆流冷凝器高4～6℃ 或更多，因而前者的真空度也就比后者低3～5kpa或更多。

按糖厂一般要求的真空度，喷射冷凝器的排水温度不应高于42～45℃，逆流冷凝器不应高于50～53℃。根据冷凝器的进水与排水温度，可按热平衡关系用下式算出冷凝器所需的水量：

式中：w：冷凝器用水量，吨/时；

g：冷凝器进汽量，吨/时；

i： 冷凝器进入汁汽的热含量，kj/kg；

t₁：冷凝器进水温度，℃；

t₂：冷凝器排水温度，℃。

在四种排水温度和不同的进水温度时，冷凝器所需的冷却水量（kg水/kg汽）如下表。

进水温度低或排水温度高时，所用水量较少。为获得相同的真空度，逆流式冷凝器可以容许较高的排水温度，故所需用水量显著低于喷射冷凝器。

冷凝器需用水量与进入的汁汽量成正比例。因此，糖厂要节约用水，首先要搞好蒸发与煮糖的节能工作，采取各种措施尽可能减少末效蒸发罐和煮糖罐进入冷凝器的汁汽量。

下面进一步研究有关的机理和数学关系。

二、不凝缩气体数量的分析计算
　　水和水蒸气共存于冷凝器的空间中。在达到平衡状态时，水蒸气的分压力等于该温度下水的饱和蒸气压，它随水温升高而迅速增大，如下表。　　

这个表的末行是在完全没有空气和其他气体时可能达到的最高极限真空度。冷凝器的实际真空度要低一些，其差额就是并存的空气及其他气体(如二氧化碳)的分压力，它们通常统一以空气作代表统一计算。

根据气体定律(道尔顿定律)，混合气体的总压力等于它所含的各种成份的分压力的总和，而且各种成份的相对体积的比例等于它们的分压力的比例。因此，不凝缩气体的总压力等于其中的水蒸气分压加空气分压，而其中水蒸气对空气的体积比例等于它们的分压力的比例。

例如，在真空度88kpa(660mmhg)下，绝对压力为13.33kpa；如果水温为40℃，水蒸气分压力为7.37kpa，则空气分压力为5.96kpa(=13.33－7.37)。此时水蒸汽对空气的体积比例为(7.37/5.96)=1.23倍，水蒸气的体积大于空气，即并存的水蒸气使水喷射器的排气负荷增大了一倍多。

在不同的真空度和水温下，不凝缩气体体积对干空气体积的比例见下表，这个数值亦即排除一份体积的干空气所需排除的不凝缩气体体积份数。可见，水的温度越高，这个比例越大；这个影响在高真空下更为重要。

如果喷射冷凝器的排水温度比进汽温度低10℃，则在不凝缩气体中，水蒸汽的体积为空气体积的1.3～1.6倍，即不凝缩气体中水蒸汽体积占58％～62%。

每1kg干空气所相应的不凝缩气体(含水蒸气)的体积ｖm³，可按热力学的公式计算，如下：

ｖ ＝ rt / 0.102p  (m³/kg) 

式中，r为气体常数，对空气为29.27，t为绝对温度，即(℃+273)，p为干空气分压力(pa)，即气体总压力减其中水蒸气分压。如在40℃和88kpa真空下：

　　ｖ＝ 29.27×(273+40)/(0.102×5.96×1000) ＝ 15.1 (m³/kg)

在不同的真空度和温度下，每1kg干空气所相应的不凝缩气体的体积(m³)如下表所示。                                                           

可见，随排水温度升高，所需排除的不凝缩气体体积迅速增大，这种影响在高真空下特别大。

三、两种真空系统的讨论

上述的讨论已清楚地说明，水喷射器在高水温下工作的效果是不好的，在低温下的工作情况则较好。例如国外一台大型水喷射冷凝器进水温度约25℃，在进汽量不同时的排水温度为26.6～31.1℃，使用水压只为0.05～0.08mpa，器内真空度达到94.7～96.9kpa(712～729mmhg)。但在水温升高时效能就明显降低。例如，一个每小时用30吨水抽气、真空度为96kpa的水喷射器，当水温为22℃ 时的抽气量为1.6kg/h，当水温为30℃时的抽气量降至0.5kg/h。

应当说明，现在国内糖厂普遍使用的喷射冷凝器是70年代在广东珠江三角洲大河边的糖厂 (顺德、南海、鱼窝头等) 研究成功的。当地取用河水很方便，水位离地面的距离不大，大量用水亦无问题，用电增加不很多，它的优点比较明显，使用效果令人满意。但在水源不足、水温高的情况下，就应当重新研究这个问题。

水喷射器的排气温度等于排水温度，而排气温度则决定了所需排除的不凝缩气体的体积，因而排水温度的影响十分巨大。逆流冷凝器和此不同，它从顶部单独排除不凝缩气体，气体在从下向上流动的过程中，与向下流的冷水接触而被冷却，到顶部排出时的温度接近进水温度，故排气体积决定于进水温度。

这两种冷凝器的主要差别在于器内气体与水的流向，一种是两者顺流，另一种是两者逆流。如所周知，在各种热交换设备中，逆向流动的传热效果总是优于顺向流动的。另一方面，接触式冷凝器中水流比较分散，与气体的接触面积较大，时间也较长，热交换的条件较好；喷射冷凝器内的水流比较集中，表面积较小，接触时间也较短。因此，前者的冷却作用比较彻底，残留的水蒸汽较少。

为达到相同的排除空气重量和真空度，干式真空系统所需排除的不凝缩气体的体积小于湿式真空系统，差别就是其中残余的水蒸汽量。在真空度较高和排水温度较高时，这种差别相当大。

例如，若真空度为88kpa(660mm hg)，进水温度为25℃，排水温度为40℃，为排除1kg干空气，按上表，湿式系统所需排气体积为15.1m³(40℃)，而干式系统只为8.4m³(25℃)，是前者的55.7%，相对减少近一半。排水温度越高，这种差别越大。

干式系统所需的排气体积较少，动力消耗也相应减少。不凝缩气体的排除可以用一般的真空泵，也可以用水喷射式抽气器。在用后者时，因气体中的水蒸汽量很少，水温升高也很少，所用的水可以全部循环使用，并保持在较低的温度。

国内糖厂通常每台煮糖罐配一个喷射冷凝器，这对煮糖操作是方便的。由于配用较大的定型设备，总用水量就大幅度增加。在水源较远的糖厂，供水的用电量也大大增加。因为每台喷射器都是按煮糖罐的最高蒸发负荷配备，而煮糖过程的蒸发负荷除了初期较高外，后期是很低的，此时冷凝器的富余量就很大；而且因为设备台数多、工作条件变动大，很难使全部设备都有较高的运行效率。这就造成了当前普遍的耗水量和耗电量高的状况。

国外的糖厂常是多个罐合用一个真空系统，以减少水电用量和设备费用。采用干式真空系统，如果用几台逆流冷凝器，也可共用一台真空泵(或水喷射抽气器)。为避免煮糖罐初开用时抽真空影响系统的真空波动，可以另设一个共用的小型抽气器，开罐时先用它抽真空，达到较高真空(如70kpa以上)后再接入主真空系统，即可保持系统真空度稳定(煮糖罐抽真空前应先开入少量蒸汽将罐内空气驱出至大气中)。

在水源较缺和水温偏高的地区的糖厂，如果不能增加冷水而真空度又较低，就应当考虑转用（部分或全部）干式真空系统。只要适当配置好各项设备，就能够显著地提高真空度，并降低水耗和能耗。为取得最好的结果，应当对全厂真空系统进行统一的设计，根据糖厂的规模、供水的状况、蒸发罐和煮糖罐的蒸发量，合理地配置设备，尽可能减少设备台数，并使全部设备都在较高效率下运行。这是缺水地区的糖厂节水节能的重要措施。同时，要注意检查冷凝器的性能，现在不少糖厂的冷凝器的效果相当差，改进的潜力也是不少的。