化工基础之传热过程及换热器.ppt

液体有相变时的对流传热系数 1、蒸气冷凝 膜状冷凝；若冷凝液能够润湿壁面，则在壁面上形成一层完整的液膜，故称为膜状冷凝。 滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此种冷凝称为滴状冷凝。 工业上遇到的大多是膜状冷凝，因此冷凝器的设计总是按膜状冷凝来处理，下面介绍纯净的饱和蒸气膜状冷凝的传热系数的计算方法 。 第三十页，共六十四页，2022年，8月28日 间壁式热交换的计算 间壁式热交换包括三个过程： 热流体—间壁一侧壁面 对流 一侧壁面—另一侧壁面 传导 另一侧壁面—冷流体 对流 在连续化的工业生产中，换热器内进行的大都是定态传热过程，这时，则有： 传热基本方程 第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日 说明定态传热总过程的推动力和阻力亦具加和性： 令 ，则传热总方程为： 式中K——传热系数称总传热系数， 。 第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日 传热系数K 由传热基本方程和传热总方程进行对照： 对于平面壁，A1=A2=A 第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日 对于单层圆筒壁，以A1为基准： 以A2为基准： 若间壁为多层平面壁以及间壁两侧有污垢积存时，传热系数为： 传热系数K的获得除可用公式计算外，还可通过查取相关手册选用经验K值，对已有换热器，还可通过实验测定。 1 2 (A1) (A1) (A1) (A1) (A2) (A2) (A2) (A2) 第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日 传热过程热阻分析 若其中一项值远大于其他项，在该项为控制热阻。 通过实验可测出控制热阻 如果管程流体流量的变化能使总热阻显著变化，而壳程流体流量对总热阻影响很小，则管程流体热阻为控制热阻 若两流体流量变化均对总热阻有显著影响，则两热阻均对传热过程控制 若两流体流量变化均对总热阻无显著影响，则 污垢热阻为控制热阻 第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日 传热过程的平均温度差 流体在管道中流动时，壁面两侧流体的温度均沿传热面而变化，过程推动力（温度差）相应地也发生变化。 第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日 传热过程的平均温度差 恒温传热 间壁两侧冷热流体温度不随其在换热器中的位置而变，温差处处相等，均为T－t 如间壁一侧为饱和蒸汽冷凝，冷凝温度恒为T； 另一侧为液体沸腾，沸腾温度恒为t。 变温传热 采用对数平均值的方法来求平均温差 1）并流 2）逆流 第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日 例：热流体温度由250℃冷却到180 ℃ 冷流体温度由100 ℃加热到160 ℃ 分别计算两流体作并流和逆流时的平均温差 第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日 在相同情况下(K及工艺热负荷相同），逆流传热的平均温度差大于并流传热的平均温度差 即满足相同工艺换热能力要求，采用逆流要比并流相应减少传热面积或载热体使用量 工艺上对冷流体或热流体有温度控制要求时，宜采用并流 如热量回收，宜采用逆流 有一流体发生相变，则无所谓逆流、并流 因此时并流、逆流，进出口温度相同，平均温差相等 第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日 热负荷及热量衡算 这里主要介绍化工计算中常见的通过换热器进行热交换的计算方法。 以列管式换热器为例。冷流体走管外，热流体走管内，冷热流体通过管壁进行热交换。 Q冷＝Q热 热量衡算式 Q——换热器的工艺热负荷，又称传热量 热负荷的大小由传热任务的要求决定 传热速率,设备特性 传热速率 热负荷 ≥ 第四十页，共六十四页，2022年，8月28日 注意：是否存在相变？ 无相变： 冷 t1 t2 热 T1 T2 有相变： 第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日 换热例题 有一碳钢制造的套管换热器,其内径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管从80 ℃冷却到50 ℃。冷却水在环隙从15℃升到35 ℃。苯的对流传热系数为330W /(m2?K)，水的对流传热系数为290W /(m2?K)。忽略污垢热阻。试求： 1）冷却水用量 2）并流和逆流操作时所需传热面积 第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日 热交换过程的强化措施 ? ＝ KA?Tm，要增大热流量?，可通过提高K，增大A，增大?Tm来实现。 第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日 1、增大总传热系数K 1.????? 防止结垢和及时清垢； 2.????? 提高对流传热系数h或α 尽可能利用有