第二章傳熱操作技術(shù)

1、第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 了解各類型換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用；了解各類型換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用； 理解傳熱的基本方式、機(jī)理、特點(diǎn)及影響因素；理解傳熱的基本方式、機(jī)理、特點(diǎn)及影響因素； 掌握間壁式換熱器的傳熱計(jì)算。掌握間壁式換熱器的傳熱計(jì)算。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 能操作換熱器；能操作換熱器； 能進(jìn)行列管式換熱器的選型計(jì)算。能進(jìn)行列管式換熱器的選型計(jì)算。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)

2、由于由于物料的性質(zhì)物料的性質(zhì)和和傳熱的要求傳熱的要求各不相同，因此，各不相同，因此，換熱器種類繁多，結(jié)構(gòu)形式多樣。換熱器可按多種方換熱器種類繁多，結(jié)構(gòu)形式多樣。換熱器可按多種方式進(jìn)行分類。式進(jìn)行分類。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)名稱名稱應(yīng)應(yīng) 用用加熱器用于把流體加熱到所需的溫度，被加熱流體在加熱過程中不發(fā)生相變。預(yù)熱器用于流體的預(yù)熱，以提高整套工藝裝置的效率過熱器用于加熱飽和蒸汽，使其達(dá)到過熱狀態(tài)蒸發(fā)器用于加熱液體，使之蒸發(fā)汽化再沸器是蒸餾過程的專用設(shè)備，用于加熱塔底液體，使之受熱汽化冷卻器用于冷卻流體，使之達(dá)到所需的溫度冷凝器用于冷凝飽和蒸汽，使之

3、放出潛熱而凝結(jié)液化第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)1.1.間壁式換熱器間壁式換熱器第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)2.2.混合式換熱器混合式換熱器干式逆流高位冷凝器干式逆流高位冷凝器第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)3.3.蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)4.4.中間載熱體式換熱器中間載熱體式換熱器 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（1 1）管式換熱器）管式換熱器 列管式換熱

4、器 套管式換熱器 蛇管式換熱器 翅片管式換熱器 固定管板式換熱器 U形管式換熱器 浮頭式換熱器 填料函式換熱器 釜式換熱器 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)1 1活動(dòng)管板；活動(dòng)管板；2 2填料壓蓋；填料壓蓋；3 3填料；填料；4 4填料函；填料函；5 5縱向隔板縱向隔板第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第

5、二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)套管換熱器套管換熱器 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)沉浸式沉浸式蛇管蛇管第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)沉浸式沉浸式蛇管蛇管第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 平板式換熱器 螺旋板式換熱器 板翅式換熱器 （2 2）板式換熱器）板式換熱器第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱

6、操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見板片常見板片第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（3 3）特殊型式換熱器）特殊型式換熱器 回轉(zhuǎn)式換熱器回轉(zhuǎn)式換熱器 熱管換熱器熱管換熱器 同流式換熱器同流式換熱器 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操

7、作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 熱量傳遞總是自高溫處至低溫處熱量傳遞總是自高溫處至低溫處 化工生產(chǎn)中，傳熱過程通過換熱器實(shí)現(xiàn)，間壁式換熱器應(yīng)用最廣化工生產(chǎn)中，傳熱過程通過換熱器實(shí)現(xiàn)，間壁式換熱器應(yīng)用最廣 冷熱兩種流體經(jīng)過間壁傳熱的過程包括三個(gè)步驟冷熱兩種流體經(jīng)過間壁傳熱的過程包括三個(gè)步驟 間壁式換熱器內(nèi)熱量傳遞有兩種基本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱間壁式換熱器內(nèi)熱量傳遞有兩種基本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 借助物質(zhì)的分子、原子或自由電子的借助物質(zhì)的分子、原子或自由電子的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)將熱量從物體將熱量從物體溫度較高的部位傳遞到溫度較低的部位溫度

8、較高的部位傳遞到溫度較低的部位熱傳導(dǎo)可發(fā)生在物體內(nèi)部或直接接觸的物體之間。熱傳導(dǎo)可發(fā)生在物體內(nèi)部或直接接觸的物體之間。熱傳導(dǎo)過程中，沒有物質(zhì)的宏觀位移。熱傳導(dǎo)過程中，沒有物質(zhì)的宏觀位移。熱傳導(dǎo)不僅發(fā)生在固體中，也是流體內(nèi)的一種傳熱方式。熱傳導(dǎo)不僅發(fā)生在固體中，也是流體內(nèi)的一種傳熱方式。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)傅立葉定律是導(dǎo)熱的基本定律，表達(dá)式為xtAQ d d式中式中 Q導(dǎo)熱速率，導(dǎo)熱速率，J/s或或W； 導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK）；）； A垂直于導(dǎo)熱方向的導(dǎo)熱面積，垂直于導(dǎo)熱方向的導(dǎo)熱面積，m2； dt/dx溫度梯度，是導(dǎo)熱方向上溫度的變

9、化率。溫度梯度，是導(dǎo)熱方向上溫度的變化率。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)v 物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)導(dǎo)熱性能的一個(gè)物性參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)導(dǎo)熱性能的一個(gè)物性參數(shù)，越大，導(dǎo)熱性能越好。越大，導(dǎo)熱性能越好。v 導(dǎo)熱性能與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓力等有關(guān)。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 設(shè)圓筒壁的內(nèi)、外半徑分別為r1和r2，長(zhǎng)度為l，圓筒壁的傳熱面積隨半徑而變。若圓筒壁內(nèi)、外表面溫度分別為tw1和tw2，且tw1tw2。在圓筒壁半徑r處沿半徑方向取微元厚度dr的薄層圓筒，其傳熱面

10、積可視為常量，等于2rl；同時(shí)通過該薄層的溫度變化為dt圓筒壁中的導(dǎo)熱問題圓筒壁中的導(dǎo)熱問題第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)分離變量積分并整理得單層圓筒壁的導(dǎo)熱速率公式分離變量積分并整理得單層圓筒壁的導(dǎo)熱速率公式 : :1221ln2rrttlQwwrtAQdd根據(jù)傅立葉定律通過該薄層的導(dǎo)熱速率可表示為根據(jù)傅立葉定律通過該薄層的導(dǎo)熱速率可表示為第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)則圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻則圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻R R為為 2ln12lrrR 導(dǎo)熱速率可表示為傳熱推動(dòng)力與傳熱阻力之比導(dǎo)熱速率可表示為傳熱推動(dòng)力與傳熱阻

11、力之比: :RtrrttlQww1221ln2第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)整理可得整理可得mmAArrlrrR12122ln式中式中 圓筒壁的厚度，圓筒壁的厚度，m m； RR單層圓筒壁導(dǎo)熱熱阻，單層圓筒壁導(dǎo)熱熱阻，K/WK/W。 令圓筒壁平均面積令圓筒壁平均面積1212lnrrrrrm,2lrAmm圓筒壁的對(duì)數(shù)平均半徑圓筒壁的對(duì)數(shù)平均半徑第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 對(duì)流，又稱給熱，指利用流體質(zhì)點(diǎn)在傳熱方向上的對(duì)流，又稱給熱，指利用流體質(zhì)點(diǎn)在傳熱方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)來來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的過程。實(shí)現(xiàn)熱量傳遞

12、的過程。強(qiáng)制對(duì)流：相對(duì)運(yùn)動(dòng)由外力作用引起強(qiáng)制對(duì)流：相對(duì)運(yùn)動(dòng)由外力作用引起自然對(duì)流：相對(duì)運(yùn)動(dòng)由流體內(nèi)部密度差異引起自然對(duì)流：相對(duì)運(yùn)動(dòng)由流體內(nèi)部密度差異引起 流體在發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，往往伴隨著自然對(duì)流，但一般強(qiáng)制對(duì)流的強(qiáng)度比自然流體在發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，往往伴隨著自然對(duì)流，但一般強(qiáng)制對(duì)流的強(qiáng)度比自然對(duì)流的強(qiáng)度大得多。對(duì)流的強(qiáng)度大得多。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 對(duì)流傳熱熱阻主要集中在層流內(nèi)層中，因此，減薄層流內(nèi)層對(duì)流傳熱熱阻主要集中在層流內(nèi)層中，因此，減薄層流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的重

13、要途徑。的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的重要途徑。湍流主體湍流主體: :流體質(zhì)點(diǎn)湍動(dòng)劇烈，傳熱溫度差極小，各處的溫度基本相同，傳熱方式主要為對(duì)流，其熱阻很小，傳熱速度極快。層流底層層流底層: :在傳熱方向上沒有質(zhì)點(diǎn)位移，傳熱方式主要為熱傳導(dǎo)，傳熱溫度差大，熱阻大。過渡層：過渡層：傳熱方式既有對(duì)流又有熱傳導(dǎo)，有一定的溫度差及熱阻第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 RtAttAQ1 式中式中 Q 對(duì)流傳熱速率，對(duì)流傳熱速率，W； 對(duì)流傳熱膜系數(shù)，對(duì)流傳熱膜系數(shù)，W(m2K); A對(duì)流傳熱面積，對(duì)流傳熱面積，m2； t流體與壁面間溫度差的平均值，流

14、體與壁面間溫度差的平均值，K; R對(duì)流傳熱熱阻，對(duì)流傳熱熱阻，K/W；第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 對(duì)流傳熱膜系數(shù)的大小反映了對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱，取值越大，對(duì)流傳熱膜系數(shù)的大小反映了對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱，取值越大，說明對(duì)流強(qiáng)度越大，對(duì)流傳熱熱阻越小。說明對(duì)流強(qiáng)度越大，對(duì)流傳熱熱阻越小。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)(1)(1)對(duì)流的形成原因?qū)α鞯男纬稍?(2)(2)流體的性質(zhì)流體的性質(zhì) (3)(3)相變情況相變情況(4)(4)流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(5)(5)傳熱壁面的形狀、位置及長(zhǎng)短等傳熱壁面的形狀、位置及

15、長(zhǎng)短等第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)流體無相變傳熱時(shí)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)流體無相變傳熱時(shí)的對(duì)流傳熱膜系數(shù) 的關(guān)聯(lián)式為的關(guān)聯(lián)式為 hnmGrPrReANu 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)應(yīng)用范圍特征尺寸定性溫度使用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面使用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面: :第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（1 1）低粘度流體（小于）低粘度流體（小于2 2倍常溫水的粘度）倍常溫水的粘度） nPrReNu8 . 0023. 0或或 npiicudd8 . 0023. 0 式中式中

16、n n的取值方法是：當(dāng)流體被加熱時(shí)，的取值方法是：當(dāng)流體被加熱時(shí)，n n0.40.4；當(dāng)流；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，體被冷卻時(shí)，n n0.30.3。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re10000，0.7Pr120；管長(zhǎng)與管徑之比l/di60特征尺寸：特征尺寸：取管內(nèi)徑di。定性溫度：定性溫度：第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（2 2）高粘度流體）高粘度流體 WPrReNu33. 08 . 0702. 0應(yīng)用范圍、特征尺寸及定性溫度與低粘度流體關(guān)聯(lián)式相同 為粘度校正系

17、數(shù)，加熱時(shí)， 1.05；冷卻時(shí)， 0.95。 WWW第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)發(fā)生在飽和蒸汽和低溫壁面之間的傳熱v 膜狀冷凝膜狀冷凝: :冷凝液能夠潤濕壁面，在壁面上形成一層液膜；1.1.蒸汽的冷凝蒸汽的冷凝v 滴狀冷凝滴狀冷凝: :冷凝液不能潤濕壁面，在壁面上形成許多小液滴。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)v膜狀冷凝壁面被液膜所覆蓋，冷凝液膜是膜狀冷凝的主要熱阻工程上要保持滴狀冷凝很困難。即使在開始階段為滴狀冷凝，但經(jīng)過一段時(shí)間后，由于液珠的聚集，大部分都要變成膜狀冷凝。為保持滴狀冷凝，可采用各種不同的壁

18、面涂層和蒸汽添加劑。在進(jìn)行冷凝計(jì)算時(shí)，為安全起見一般按膜狀冷凝來處理。 v滴狀冷凝壁面的大部分直接暴露在蒸汽中，對(duì)流傳熱膜系數(shù)很大第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)發(fā)生在沸騰液體沸騰液體與固體壁面固體壁面之間的傳熱稱為沸騰傳熱。v管內(nèi)沸騰：液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰。2.2.液體的沸騰液體的沸騰v池內(nèi)沸騰：將加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面處受熱沸騰；第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 式中 Q傳熱速率，W； K總傳熱系數(shù)，W/ (m2K)； A傳熱

19、面積，m2； tm傳熱平均溫度差，K； R換熱器的總熱阻，K/W；RtKAttKAQmm1m第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)傳熱速率是換熱器的生產(chǎn)能力，由自身性能決定；熱負(fù)荷與傳熱速率的關(guān)系：熱負(fù)荷與傳熱速率的關(guān)系： 換熱器的傳熱速率須大于至少等于其熱負(fù)荷.換熱器在單位時(shí)間內(nèi)冷、熱流體所交換的熱量換熱器的熱負(fù)荷：換熱器的熱負(fù)荷：熱負(fù)荷是生產(chǎn)上的要求，由生產(chǎn)任務(wù)決定；第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)QhQcQL 式中式中 Qh熱流體放出的熱量，熱流體放出的熱量，W； Qc冷流體吸收的熱量，冷流體吸收的熱量，W； QL

20、熱損失，熱損失，W。2.2.熱負(fù)荷的確定熱負(fù)荷的確定 若熱損失可以忽略不計(jì)，則式中Q換熱器的熱負(fù)荷，W。1.1.熱量衡算熱量衡算Q =QhQc第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)3.3.傳熱量計(jì)算傳熱量計(jì)算（1 1）焓差法）焓差法 QhWh（H1H2） 或 QcWc（h2h1）式中式中 Wh、Wc熱、冷流體的質(zhì)量流量，熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； H1、H2熱流體的進(jìn)、出口焓，熱流體的進(jìn)、出口焓，J/kg； h2、h1冷流體的進(jìn)、出口焓，冷流體的進(jìn)、出口焓，J/kg。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（2 2）顯熱法

21、）顯熱法 若流體在換熱過程中沒有相變化，則 QhWh cph（T1T2） 或 QcWc cpc（t2t1）式中式中 cph、cpc熱、冷流體的定壓比熱容熱、冷流體的定壓比熱容，J/(kgK)； T1、T2熱流體的進(jìn)、出口溫度熱流體的進(jìn)、出口溫度，K； t2、t1冷流體的進(jìn)、出口溫度冷流體的進(jìn)、出口溫度，K。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（3 3）潛熱法）潛熱法 若流體在換熱過程中僅僅發(fā)生恒溫相變，則 QhWh rh 或 QcWc rc式中式中 rh、rc熱、冷流體的汽化潛熱熱、冷流體的汽化潛熱，J/ /kg。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化

22、工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)兩流體均只發(fā)生恒溫相變恒溫相變的傳熱過程各傳熱截面?zhèn)鳠釡囟炔钔耆嗤伊黧w流動(dòng)方向?qū)ζ錈o影響傳熱溫度差計(jì)算：傳熱溫度差計(jì)算：（一）恒溫傳熱過程的平均傳熱溫度差（一）恒溫傳熱過程的平均傳熱溫度差 恒溫傳熱：恒溫傳熱：特點(diǎn)：特點(diǎn)：tmTt 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)間壁一側(cè)或兩側(cè)流體溫度沿?fù)Q熱器管長(zhǎng)變化的傳熱過程 對(duì)于兩側(cè)流體的溫度均發(fā)生變化的傳熱過程，傳熱平均對(duì)于兩側(cè)流體的溫度均發(fā)生變化的傳熱過程，傳熱平均溫度差的大小還與兩流體間的相對(duì)流動(dòng)方向有關(guān)。溫度差的大小還與兩流體間的相對(duì)流動(dòng)方向有關(guān)。（二）變溫傳熱時(shí)的平均溫度差

23、（二）變溫傳熱時(shí)的平均溫度差 變溫傳熱：變溫傳熱：第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)復(fù)雜折流復(fù)雜折流v并流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向相同；并流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向相同；v逆流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向相反；逆流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向相反；v錯(cuò)流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向垂直交叉；錯(cuò)流：兩流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向垂直交叉；v折流：折流：簡(jiǎn)單折流簡(jiǎn)單折流第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 一側(cè)恒溫、一側(cè)變溫傳熱，各傳熱截面的傳熱溫度差不同，傳熱溫度差大小與流向無關(guān)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：第二章第二章 傳熱操作技術(shù)

24、傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 冷、熱流體的溫度均沿著傳熱面發(fā)生變化，其傳熱溫度差也是變化的，并且平均溫度差的大小與兩流體間的相對(duì)流動(dòng)方向有關(guān)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)2121lntttttm（1 1）一側(cè)變溫及兩側(cè)變溫并、逆流時(shí)）一側(cè)變溫及兩側(cè)變溫并、逆流時(shí)tm式中式中 tm對(duì)數(shù)平均溫度差，對(duì)數(shù)平均溫度差，K； t1、t2換熱器兩端冷熱兩流體的溫差，換熱器兩端冷熱兩流體的溫差，K。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（2 2）兩側(cè)變溫錯(cuò)流和折流時(shí)）兩側(cè)變溫錯(cuò)流和折流時(shí)tm先按逆流計(jì)

25、算對(duì)數(shù)平均溫度差tm逆，再乘以校正系數(shù)，即t式中式中 為溫度差校正系數(shù)，其大小與流體的溫度變化有關(guān)，為溫度差校正系數(shù)，其大小與流體的溫度變化有關(guān)，一般不宜小于一般不宜小于0.80.8。ttmtm逆第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)可表示為兩參數(shù)可表示為兩參數(shù)P和和R的函數(shù)：的函數(shù)： ，具體取值根據(jù)，具體取值根據(jù)P和和R兩參數(shù)的值由圖查取。兩參數(shù)的值由圖查取。 ),(RPft兩流體的最初溫度差冷流體的溫升1112tTttP冷流體的溫升熱流體的溫降1221ttTTR第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技

26、術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)對(duì)于兩側(cè)變溫傳熱，若熱、冷流體的進(jìn)出口溫度相同，則：對(duì)于兩側(cè)變溫傳熱，若熱、冷流體的進(jìn)出口溫度相同，則：tm逆逆tm錯(cuò)，折錯(cuò)，折tm并并第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（1 1）熱敏性物料的加熱）熱敏性物料的加熱（2 2）高粘度物料的加熱）高粘度物料的加熱（3 3）高溫?fù)Q熱器為避免一側(cè)壁溫過高，采用并流）高溫?fù)Q熱器為避免一側(cè)壁溫過高，采用并流第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)為使換熱器結(jié)構(gòu)緊湊合理，

27、實(shí)際中多采用錯(cuò)流和折流為使換熱器結(jié)構(gòu)緊湊合理，實(shí)際中多采用錯(cuò)流和折流第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（一）總傳熱系數(shù)的計(jì)算（一）總傳熱系數(shù)的計(jì)算 1. 1. 基本公式基本公式 oomiiAAAKA111式中式中 Ao、Ai、Am傳熱壁的外表面積、內(nèi)表面積、平均表面積，傳熱壁的外表面積、內(nèi)表面積、平均表面積，m2； i、o間壁兩側(cè)流體的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，間壁兩側(cè)流體的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，W/(m2K)； 固體間壁的導(dǎo)熱系數(shù)，固體間壁的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(mK)； 固體間壁的厚度，固體間壁的厚度， m。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元

28、操作技術(shù)若若A取取Ao，則有，則有 若若A取取Ai，則有，則有 若若A取取Am，則有，則有oiiAK1AAA1mooooiiiAAAKmA11oomiimAAAAK1式中式中 Ki、Ko、Km基于基于Ao、Ai、Am的傳熱系數(shù)，的傳熱系數(shù)，W(m2K)。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)污垢熱阻：污垢熱阻： 影響因素主要有流體性質(zhì)、傳熱壁面材料、操作條件、清洗周期等 通常污垢熱阻比傳熱壁面的熱阻大得多，計(jì)算中應(yīng)加以考慮 污垢熱阻通常選用經(jīng)驗(yàn)值換熱器傳熱壁面形成的污垢對(duì)傳熱產(chǎn)生的附加熱阻第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)

29、第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)oSoSiiioRRAK1AAA1moo式中式中 RS i、RS o管內(nèi)、外壁面的污垢熱阻，管內(nèi)、外壁面的污垢熱阻，(m2K) / W。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)若傳熱壁面為平壁或薄管壁，則若傳熱壁面為平壁或薄管壁，則Ao、Ai、Am相等或近似相等，相等或近似相等，則則oSoSiiRRK111第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)(如設(shè)備的尺寸、流體的流量和進(jìn)出口溫度等)；根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)求得傳熱速率Q、傳熱溫度差tm和傳熱面積A；

30、由傳熱基本方程計(jì)算K值。具體方法：具體方法： 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)K值，不僅可以為換熱器計(jì)算提供依據(jù)，而且可以幫助分析值，不僅可以為換熱器計(jì)算提供依據(jù)，而且可以幫助分析換熱器的性能，以便尋求提高換熱器傳熱能力的途徑。換熱器的性能，以便尋求提高換熱器傳熱能力的途徑。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（一）列管式換熱器選型時(shí)應(yīng)考慮的問題（一）列管式換熱器選型時(shí)應(yīng)考慮的問題 1 1流動(dòng)空間的選擇流動(dòng)空間的選擇2 2流速的選擇流速的選擇 3 3加熱劑加熱劑( (或冷卻劑或冷卻劑) )進(jìn)、出口溫度的確定方

31、法進(jìn)、出口溫度的確定方法4 4列管類型的選擇列管類型的選擇 5 5單程與多程單程與多程 6 6管子規(guī)格管子規(guī)格 7 7流體通過換熱器的流動(dòng)阻力流體通過換熱器的流動(dòng)阻力( (壓力降壓力降) )的計(jì)算的計(jì)算 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)（二）列管式換熱器選型的步驟（二）列管式換熱器選型的步驟 1根據(jù)換熱任務(wù)，確定兩流體的流量，進(jìn)出口溫度，操作壓力，物性數(shù)據(jù)等。2確定換熱器的結(jié)構(gòu)形式，確定流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)空間。3計(jì)算熱負(fù)荷，計(jì)算平均溫度差，選取總傳熱系數(shù)，并根據(jù)傳熱基本方程初步 算出傳熱面積，以此作為選擇換熱器型號(hào)的依據(jù)，并確定初選換熱器的實(shí)際 換熱面

32、積S實(shí)，以及在S實(shí)下所需的傳熱系數(shù)K需。4壓力降校核5核算總傳熱系數(shù)6計(jì)算傳熱面積S需，再與換熱器的實(shí)際換熱面積S實(shí)比較，若S實(shí)/S需在1.11.25 之間（也可以用K計(jì)/K需），則認(rèn)為合理，否則需另選K選，重復(fù)上述計(jì)算步驟， 直至符合要求。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)公稱換熱面積SN；公稱直徑DN；公稱壓力pN；換熱管規(guī)格；換熱管長(zhǎng)度L；管子數(shù)量n；管程數(shù)Np。1 1基本參數(shù)基本參數(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 1換熱器代號(hào)；換熱器代號(hào)； 2公稱直徑公稱直徑DN，mm； 3管程數(shù)管程數(shù)Np，、； 4公稱壓

33、力公稱壓力pN，MPa； 5公稱換熱面積公稱換熱面積SN，m2。2 2型號(hào)表示方法型號(hào)表示方法列管換熱器的型號(hào)由五部分組成，形如： 1 2 3 4 5第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 從傳熱速率基本方程從傳熱速率基本方程QKAtm可以看出，傳熱速率可以看出，傳熱速率與傳熱面積與傳熱面積A、傳熱溫度差、傳熱溫度差tm以及傳熱系數(shù)以及傳熱系數(shù)K有關(guān)。因此，有關(guān)。因此，改變這些因素，均對(duì)傳熱速率有影響。改變這些因素，均對(duì)傳熱速率有影響。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作

34、技術(shù)化工單元操作技術(shù)v增大傳熱面積，可以提高換熱器的傳熱速率增大傳熱面積，可以提高換熱器的傳熱速率v增大傳熱面積會(huì)使設(shè)備的體積增大，金屬耗用量增加增大傳熱面積會(huì)使設(shè)備的體積增大，金屬耗用量增加v應(yīng)改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，增加單位體積的傳熱面積應(yīng)改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，增加單位體積的傳熱面積第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)v增大傳熱平均溫度差，可以提高換熱器的傳熱速率。增大傳熱平均溫度差，可以提高換熱器的傳熱速率。v傳熱平均溫度差的大小取決于兩流體的溫度大小及流動(dòng)形式。傳熱平均溫度差的大小取決于兩流體的溫度大小及流動(dòng)形式。v物料的溫度不能隨意變動(dòng)，加熱劑或冷卻劑的溫度可以改變

35、。物料的溫度不能隨意變動(dòng)，加熱劑或冷卻劑的溫度可以改變。例如：用飽和水蒸汽作為加熱劑時(shí)，增加蒸汽壓力可以提高其溫度；在水冷例如：用飽和水蒸汽作為加熱劑時(shí)，增加蒸汽壓力可以提高其溫度；在水冷器中增大冷卻水流量或以冷凍鹽水代替普通冷卻水，可以降低冷卻劑的溫度，器中增大冷卻水流量或以冷凍鹽水代替普通冷卻水，可以降低冷卻劑的溫度，等等。但需要注意的是，改變加熱劑或冷卻劑的溫度，必須考慮到技術(shù)上的等等。但需要注意的是，改變加熱劑或冷卻劑的溫度，必須考慮到技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。另外，采用逆流操作或增加殼程敷，均可得到較可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。另外，采用逆流操作或增加殼程敷，均可得到較大的平均傳熱

36、溫度差大的平均傳熱溫度差 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù) 不同情況下，各項(xiàng)分熱阻所占比例不同，故應(yīng)具體問題具體分析，不同情況下，各項(xiàng)分熱阻所占比例不同，故應(yīng)具體問題具體分析，設(shè)法減小占比例較大的分熱阻。設(shè)法減小占比例較大的分熱阻。 v增大傳熱系數(shù)，可以提高換熱器的傳熱速率。增大傳熱系數(shù)，可以提高換熱器的傳熱速率。v增大傳熱系數(shù)，實(shí)際上就是降低換熱器的總熱阻。增大傳熱系數(shù)，實(shí)際上就是降低換熱器的總熱阻。v總熱阻等于對(duì)流傳熱熱阻、污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻之和?？偀嶙璧扔趯?duì)流傳熱熱阻、污垢熱阻及管壁導(dǎo)熱熱阻之和。v要降低總熱阻，必須減小各項(xiàng)分熱阻。要降低總熱阻

37、，必須減小各項(xiàng)分熱阻。第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)v金屬換熱器管壁面較薄且導(dǎo)熱系數(shù)高，不會(huì)成為主要熱阻。金屬換熱器管壁面較薄且導(dǎo)熱系數(shù)高，不會(huì)成為主要熱阻。 v污垢熱阻是一個(gè)可變因素，隨換熱器使用時(shí)間的加長(zhǎng)逐漸增加。污垢熱阻是一個(gè)可變因素，隨換熱器使用時(shí)間的加長(zhǎng)逐漸增加。v減小污垢熱阻的具體措施有：提高流體的流速和擾動(dòng)，以減弱減小污垢熱阻的具體措施有：提高流體的流速和擾動(dòng)，以減弱垢層的沉積；加強(qiáng)水質(zhì)處理，盡量采用軟化水；加入阻垢劑，防垢層的沉積；加強(qiáng)水質(zhì)處理，盡量采用軟化水；加入阻垢劑，防止和減緩垢層形成；采用機(jī)械或化學(xué)的方法及時(shí)清除污垢。止和減緩垢層形成；采用機(jī)械或化學(xué)的方法及時(shí)清除污垢。 第二章第二章 傳熱操作技術(shù)傳熱操作技術(shù) 化工單元操作技術(shù)化工單元操作技術(shù)當(dāng)壁面