第1章传热计算10-5 坡10-1-3 对流传热系数计算公式 适用范思 垂直管或 (10-1-20) (1)定性尺寸取管(板) Re<1800 2)物性取壁沮和蒸汽饱 (10-1-21) 的效值,但r取饱和温度 a·=0,0077Re04 (10-122) Re>1800 a=023(70223)y (10-1-23) 1)定性尺寸取管外径d 或 (10-1-24) 同上,但Re=4M 丌指总管数 (10-1-25) (10-1-26) C△t 核状沸腾区 沮度取值 (13-1-27) 数$对水为1,对其它 液体为1。7 (1)定性尺寸 Nu=325×10-P0Ga0125Kp0 db=0,020 管内,也可用于大 表1-1-4式(1C-117)的C值和m 加热表面形状位置 CrP 特性长度 1/6 垂直平板及圆柱 3 109 /6 水平圆柱体 10·-109 外径d。 1/3 水平板热面朝上或水平板冷面2×104-8×10 正方形取边长 8×106-1011 0。15 1/3 两边平均值 水平板热面朝下或水平板冷面 取短 105-1011 0。58 115 试计算单位时间内由于自然对流而散失于周空 Bg△t 气中的热量 解:定性温度 110+30 =70°C, 2。92×10·×9,81(110-30)×3.5 (2。002×10 在此温度下,空气的物理性质为 2.33×1011 贵 B=292×10·K1, GrPr=2.33×1011×0。701=163×101L λ=0。02963W/(mK) 查表10-1-4,得C=0。1,n=1/3 2002×10m3/sPr=0。701 a=0,1(Gr·Pr)1
106第10篇换热器 0.1×0.02363(1,3×10y 传热系数的计算,采用式〔10-1-27)或(10-1 28),式中C值可查表10-1-6。 62 W/(m.KI 独温的计算 Q=aA△t=462πx0。1×3.5(110-30) 407M 在设计与使用换热器时,往往要先知道壁面温 (8)流体在管束外横向流过作强制对流时的度,在计算热损失及总传热系数时也需要知道壁 对流传热系数。求算用式(10-1-18),式中C1、温 C和n值见表10-1-5。 热流体侧的壁温 流体流过有折流板的管束时,求算a用式(10 fw=7=-K( 1-19)。计算管子的当量直径d要根据管子的排 列情况决定。 管子呈正方形排列时 R 10-1-31 4(丌 d 冷流体侧的壁温 10-1-29 tu+K △ 管子呈正三角形排列时 8 10-1-30 式中 相邻两管中心距 式中T、【一热流体、冷流体的平均温度,K 一单位面积、单位时间内的传热量 d管外径, q=K△tm,w/m3 (4)液体在大容积内饱和核状沸腾时的对流 豪10-1-5旄体宜于管京时的Ct、Ca和n 列 列 0。6 0.171 06 0。171 0·65 0.151 06 0。228 c1=1+0 3 0。290 065 0。151 0。290 Ct=13 毫11-6各种表面-液体组合情况的c 豪国液体组合情况 表面-液体组合情况 0。013 乙-铬 水-铂 水金钢砂麝光的 0。0128 水-黄钢 正戊烷-金钢砂麝光的1 正丁醇- 0·0030 四氯化碳金钢砂光的铜 0。0070 异丙- 水-磨光的不锈钢 正戊烷-铬 0015 水-化学腐蚀的不锈钢 0。0133 0。010 水-机光的不愣钢 0。0132
下标h表示热流体侧的各数值;c表示冷流体侧的各似的方程式,即 数值,表示传热壁面。 QR=GRA,(I,-t 对于金属薄壁的传热面取壁温 来计真。式中aR称为辐射给热系数,其单位与对 (10-1-3)流给热系数a相同,即为W/(mK)。 一般情况下可取 壁面向周围空气散失的热量Q为对流与辐射两 种方式散热量之和,即 t=9(t+) d10-1=34) Q=Q +qr=(as+R)A(t -t) 粗略估算时可用下式: = atA(t,-t 10-1-36) 式中αr=(d+aR)称为综合散热系数 - -aA.+actm 10-1-35) (1)空气处于自然对流,t<150°C的情况 下 更为粗略时,可取壁温近似等于给热系数较大流体 对于平板壁面 的平均温度。 ar=8.4+006(t-t 10-1-37) 7热损失的计算 对于管子或圆筒壁面 在传热过程中换热器壳体外壁面的温度通常 ar=8.1+0.045(t-t (10-1-38) 高于周围空气的温度,故热量将从外壁面以对流和 (2)空气沿粗糙壁面作强制对流时 辐射两种方式传到周围空气中去,此项热损失, 若空气速度<5m/s 根据对流给热方程式 5。3+36 10-1-39) 若空气流速u>5m/s时 和由额射传热方程式改写成与对流给热方程式相类 ar=6。7u°·7 10-1-40) 第章换热器的分类 在工业生产中,实现物料之间热量传递的设行传热。这种形式的换热器使用最广泛。管壳式换 ,统称换热器。换热器按使用目的不同,可以分热器为其中一例。 为热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和 再沸器等。由于使用条件不同,换热器又有各种各 1.2混合式换热器 样的形式和结构。 它是利用两种换热流体的直接接触与混合作 本世纪20年代开始出现板式换热器,并应用于用进行热量交换的。操作时要求两种流体接触面 食品工业。30年代出现螺旋板式换热器。此后,又积尽可能大,以促进它们之闻的热交换。为此, 相继出现了一些其它新型换热器。其中以热管最引在设备中放量搁栅或填料,有时也把液体喷成细 人重视,它具有独特的优点,发展较为迅速,已遝滴。此类设备邏常儆成塔状 步推广应用。 1.3蓄热式换热器 1接作用罩理或传热方式分类 它是让两种温度不同的流体先后通过同一种固 1.1间壁式换热器 体填料,如图10-2-1所示。首先热流体过,热量 蓄积在填料中。然后,冷流体通过,带走热量。这 它利用固体壁面将两种流体隔开,通过壁面进种酱热式换热器,靠自动阀进行交替切换,生产得
10-8第10箱换热器 -2-1。表中列举的各类换热器特性、相对费用及耗 冷流体 热流体 用金属的相对值,供选型时参考。表10-2-2列出园 外各种换热器所能达到的主要技术经济指标。 填料 3按工艺功能分类 1)冷却器冷却工艺物流的设备。冷却剂 热流体 冷流体 般多采用水。若冷却温度低时,可采用氨或者氟利 作为冷却 2)加热器加热工艺物流的设备。一般多采 图10-2-1酱热式换热器示意图 用水蒸汽作为加热介质,温度要求高时可采用导热 以连续进行。 油、熔盐等作为加热介质。 3)再沸器用于蒸馏塔底蒸发物料的设备 2按传热面形状和结构分类 其中热虹吸式再沸器中被蒸发的物料依靠液头压差 间壁式换热器按传热面形状和结构分类见表10自然循环蒸发。动力循环式再沸器中,被蒸发物流用 102-1间壁式换热器的分类及特性 特性 览老 相对费用赶用金属 使用广泛,已系列化;壳程不易清洗,臀壳两鞠流温差>6 固定管板式|时应设置胀膨节,最大付用温差不应大于120°C 1.0 30 浮头式 壳程易清洗,管壳两物料温差>120°C:内垫片易渗涌 填料函式 优缺点同浮头式,造价高,不宜制造大直径 1·2 式 U型管式 制造 便,造价较低,管程耐高压,但结构不紧凑 管子不易 不易机械清洗 101 板翅式 紧凑、效率高可多股物料同时热交换使用温度不大于150C 旋板式 制造简单、紫凛可用于带瓢粒物料温位利用好,不易检惨0.6 50 伞板式 制造黄单,紧凑、成本低、易清洗,使用压力不大于12MPa 使用温度不大于150°C 波纹板式 高、易清洗,使用温度不大于150°C,使用压力 不大于15MPa 杓简单,造价低廉,操作敏感性较小,由于管外流体流遠 沉浸式)很 小,因而给热系数小,传热效率低,设备显得笨重 空冷器 投资和操作费用一般较水冷低,维修容易,但受周围空气温 度影响大 0.8-1.8 套管式 制造方便、不易堵塞,粑金属多,使用面积不宜大于2 0.8-14 150 喷琳管式本盞改,可用海水神却,造价较蜜管式低,对周圆环境有0.1 箱管式 创造简单,占地面积大,一般作为出料冷却 0.5-07 升降膜式 接触时闻短、效率高,无内压降。浓缩比 新板蓐膜式触时闻短、遁于商粘度、易绪垢物料,浓缩比1-20 离心式|受热时间知、清洗方银,效率高。农缩比≤15 板亮式 绪构紧、传热好、成本低、压降小,较难制造 24 热管 高导性和导温性,端密度大,創逢要求高
第2章换热器的分类10-9 寝12-2国外各种换热器所能达到的主罢技术经济指标 数最大传最大外形尺寸最高操最高使用最大 最健传热系数 紧决性单位换热 Imm MP m/h W/(m2.K) 2/m3 kg/m 管壳式16700 直径4650, 84|1000-150 水-水1400-2800 长33000 蒸汽-水1200-3900 40-15030 液一液363-1400 150 00( (沉式) 0—2000(铅 100 喷淋式 液体冷却270- 蒸汽冷凝360-1200 权式 743板片2128×0122.(石棉纤维)}570 水-水6900 50-1590 石槌橡胶) 螺旋板式500 径1500, 4 液-液690-2300 蒸汽水3800 100 板壳式gon 800 蒸汽冷凝350 板翅式 1200×120×600057-269—+50015300 空气强制对流33-350250-4370 泵进行循环蒸发。 存的目的将冷凝液再过冷 4)冷凝器蒸馏塔顶物流的冷凝或者反应器 5)蒸发器专门用于蒸发溶液中的水分或溶 的冷凝循环回流的设备。分凝器用于多组分的冷剂的设备。 凝:最终冷凝温度高于混合组分的泡点,仍有一部 6)过热器对饱和蒸气再加热升温的设备 分组分未冷凝,以达到再一次分离的目的,另一种 ⑦)废热锅炉从高温物流或废气中回收其热 为含有惰性气体的多组分的冷凝,排出的气体含有量而产生蒸汽的设备。 惰性气体和未冷凝组分 8)换热器两种不同温位的工艺物流相互进 全凝器,多组分冷凝器的最终冷凝温度等于或行显热交换能量的设备。 低于混合组分的泡点,所有组分全部冷凝。为了贮