[理学]化工原理传热6.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ② 壳程阻力 对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，计算结果相差较大。 埃索法： （3）管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 ① 初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。 ◆ 计算热流量Ф及平均传热温差△tm，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 ② 计算管、壳程阻力 计算管、壳程流速和阻力，判断是否合理。 ③ 核算总传热系数 求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ④ 计算传热面积并求裕度 一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于Ao 20%左右为宜， 即裕度为20%左右。裕度的计算式为： 计算示例 4.7.3 换热器的传热强化途径 强化方法：提高K、A或Δtm。 目的：传热面积↓ ，使设备费用降低。 （1）提高K值 ①　降低污垢热阻； ②　提高表面传热系数 * 若hiho，提高h小(hi)的一侧； * 两侧h相近，应同时提高两侧流体的h。 提高表面传热系数h的方法 ◆ 无相变传热 a）提高管内流速 代价：流动阻力↑，动力消耗↑，操作费用↑。 经济优化：选择适宜流速，使总费用最低。 优点：总传热系数↑，传热面积↓，设备投资费↓。 流速↑ 非工艺物流：流量↑ 工艺物流：流通截面积↓ 壳程：折流挡板数目↑ 管程：单管程→双(多)管程 b）制造人工粗造表面 促进边界层分离，减薄层流底层，强化传热。 c）加设扰流元件 管内装入麻花铁、螺旋圈或金属丝片； 增强湍动，破坏层流底层。 ◆ 有相变传热 冷凝 ：1）采用滴状冷凝； 2）及时排放不冷凝气体； 3）气、液流向一致 ； 4）合理布置冷凝面； 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝）。 沸腾： 1）保持核状沸腾； 2）制造人工表面，增加汽化核心数。 （2）提高传热推动力 限制：两侧均为工艺物流时，温度不能任意改动。 适用：一侧为公用工程物流(加热蒸汽、冷凝水)时，其进口温度可调。 例：提高冷却水用量 tc2↓， Δ tm↑ 提高加热蒸气压力 p ↑ ，ts ↑ ， Δ tm↑ 蒸发、闪蒸 p ↓ ，ts ↓ ， Δ tm↑ （3）增加传热面积 改善传热表面，增加单位体积设备的传热面积。 如采用： 不同异形管 ； 开槽及加翅片 ； 折流形式； 多孔、高效传热面。 波纹管式传热管 纵向翅片管 横向翅片管 螺旋槽纹管 缩放管 翅 片 管 的 截 面 4.7.4 其他类型换热器 （1）各种板式换热器 ① 板式换热器 优点：传热系数大、结构紧凑、操作灵活性大、金属材料消耗量 低、加工容易、检修清洗方便。 缺点：允许操作压力比较低、操作温度不能太高、处理量不大。 板式换热器的板片和板面波纹形状 板式换热器流向示意图 ② 螺旋板式换热器 ④ 板壳式换热器 与列管式换热器的区别：板束→管束 板壳式换热器结构示意图 优点：传热系数大、结构紧凑、坚固，能承受很高的温度和压力。 缺点：制造工艺复杂、焊接要求高。 （2）空气冷却器 适用：适用于缺水地区。 缺点：装置比较庞大、占空间多、动力消耗大。 卧 式 空 冷 器 物料入口 物料出口 空气 空气 翅片 （3）热管换热器 一种新型传热元件。 优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠； 适用：尤其适用于某些等温性要求较高的场合。 热 管 吸热蒸发端 放热冷凝端 蒸气 芯网 导管 （4）流化床换热器 优点：固体颗粒对换热器管壁有冲刷、洗垢作用。 较低流速下能保持湍流，强化了传热。 4.7.5 换热器网络综合 要确定具有最小的设备投资费用和操作费用的换热网络，并满足把每一过程物流由初始温度达到指定的目标温度。 换热网络综合方法： 夹点技术 —— Linnhoff