盘管式与夹套式热交换器.docx

103 103 學年 1 1 - PAGE 10 盤管與夾套式熱交換器 一、 實驗目的 測定盤管式與夾套式熱交換器的熱總傳係 。 二、 實驗原 化學工廠常 的反應器、 調 桶等 需要配備加熱 ( 或 卻) 及攪拌裝置， 以 有效控制器內物 的溫 ， 一般均以夾套或盤管式熱交換器 達成目的。 夾套與盤管可同時共有， 也可單獨裝設， 依實際需要而定。 ( 一) 盤管式熱交換器 盤管式熱交換器包括一個圓柱形容器， 在容器內可以裝設機械攪拌，以 加強熱傳效果，其 盤管則由 銅管、鋼管或其他合 管均勻地盤繞而成， 使獲得較大的傳熱面積。 以盤管盤繞方式 區分， 則可分為平板盤管式(Plate coil) 熱交換器( 圖一) 及 旋盤管式(Helical coil) 熱交換器( 圖二) 種。 平板管水平置於容器底部， 藉由自然 對 的 方 式 傳 遞 熱 ， 旋 管 則 裝 在 垂 直 圓 柱 容 器內， 者皆可加裝攪拌器， 以提高熱傳效 。 圖 一 平 板 盤 管 熱 交 換 器 ( a ) 側 視 圖 ( b ) 為 同 盤 繞 方 式 的 俯 視 圖 圖 二 附 擋 板 旋 盤 管 式 熱 交 換 器 及 其 幾 何 形 的 建 議 值 比 盤管式熱交換器具有如下的優點： 體具有 心 ， 而增加傳熱效果。 型態簡單， 有安定的 動， 適於黏性 體的熱交換。 積垢性小， 清 。 適於 小或低比熱的 體。 安裝容 ， 堅固耐用。但它亦受以下的限制： 整體結構小， 管的整修、 接合比較困難。 管外雖可用機械方式清 ，但 管內一定要以化學方式處 。 以下各種熱傳係 經驗式的介紹， 皆以 旋盤管式熱交換器為 ： 穩定 態下的傳熱 總傳熱係 如圖三所示， 所供應熱源為熱水加熱 體， 當系統達穩定 態後， 則熱水所供應的熱 為 q ? m Cp ?T h h h ha ? T ? (1) hb 水吸收熱 為： q ? m Cp (T c c c cb ? T ) (2) ca 忽 熱損失， 則 m Cp ?T h h ha ? T ?? m Cp (T hb c c cb ? T ) ? u ca 0 A ( ?T) 0 lm ( 3 ) 其中 m ： 熱水 (kg/s) h m ： 水 (kg/s) c Cp ： 水平均比熱 (kJ/kg ． K) c Cp ： 熱水平均比熱 (kJ/kg ． K) h T ： 水進 / 出口溫 (K) ca / cb T ha / hb ： 熱水進 / 出口溫 (K) u ： 以管外表面積為基準的總傳熱係 (kW/m 0 K) (?T ) ： 對 平均溫 差 (K) lm ?T ? ?T (?T ) ???1 2 (4) lm ln(?T 1 / ?T ) 2 圖 三 溫 變 化 圖 盤管內側 ( 熱水側 ) 的薄膜傳熱係 ???假 設 熱 水 在 盤 管 內 形 成 薄 膜 式 凝 (film-type condensation) ， 則 根 據 經驗式， 薄膜 凝 態下水平管中的薄膜傳熱係 h i 為 ? ? ? ( 直管 ) h D ? D 2 N? ?0.8 ? Cp? ? 13 ? ? ?0.14 (5) a ? a ? h ? i i k 0 ? 0.023? ? ? ? k ? ? ? ?? ? w ? ??直管的傳熱係 再乘上一校正因子， 即為盤管的薄膜傳熱係 。 ? ? h ( 盤管 )= h ( 直管 ) ×[ 1+3.5(D i /D o ) ] (6) i i 盤管外側的薄膜傳熱係 無機械攪拌設備時： 盤 管 外 圍 儲 槽 容 器 的 熱 傳 送 完 全 是 一 種 自 然 對的現象， 因此需依照普通管子外圍自然對 的公式與方 法 加 以 計 算 。 但 目 前 大 部 份 學 者 專 家 僅 研 究 單 管 束 (single tubes) 的自然對 現象， 而缺乏工業用熱交換器 設備中的多管束或各形 加熱管束的資 ， 因此本設備 對 於 盤 管 外 側 薄 膜 傳 Handbook 上的經驗式： 熱 係 的 估 算 乃 根 據 Perry ?T h ? 127( )0.25 0 D (7) 0 其中 ?T ： 管壁溫 與 體平均溫 的差值 (K) D ： 盤管外徑 (m) 0 附有機器攪拌設備時： 關於在攪拌 態下的熱 傳送， 曾有許多位學者， 針對各 盤管熱交換器的型式與 體種 ， 提出各種的經驗式， 其關係式為： h D ? D 2 N? ?? ? Cp? ?? ? ? ?? 0 0 ? K ???a ? ? ? ? ? f (8) k ? ? ? ? k ? ? ? ? ?