化工原理3-5

第五节辐射传热5－1黑体、镜体、透热体和灰体的概念5－2斯蒂芬－波尔茨曼定律5－3灰体的辐射能力及黑度第六节换热器一、间壁式换热器的类型二、列管式换热器的计算及选用第七节传热过程的强化途径１．黑体：能全部吸收辐射能的物体，其吸收率Ａ＝１。黑体又称为绝对黑体。２．镜体：又称绝对白体，是指能全部反射辐射能，即反射率Ｒ＝１的物体。３．透热体：能透过全部辐射能，即透过全部辐射能，即透过率Ｄ＝１的物体。４．灰体：能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能物体。5－1黑体、镜体、透热体和灰体的概念返回5－2斯蒂芬－波尔茨曼定律１.物体的辐射能力指物体在一定温度下，单位时间内所发射的全部波长的总能量Ｅ（Ｗ／m2）。２．黑体的辐射能力的表达式－斯蒂芬－波尔茨曼定律：返回5－3灰体的辐射能力及黑度１．黑度：ε灰体的辐射能力E与同温度下黑体辐射能力之比。即２．灰体的辐射能力E可由下式表达返回一、间壁式换热器的类型１.管式换热器（1)蛇管换热器a.沉浸式蛇管换热器优点：结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀性材料制作缺点：管内液体湍动程度低，管外对流系数小。b.喷淋式蛇管换热器和a相比b的传热效果大为改善。(2)套管式换热器能够承受高压强、总传热系数大、传热推动力大。(3)列管式换热器a.固定管板式结构简单、造价低廉但由于壳程不易清洗和检修，因此壳方流体应是较洁净且不易起垢的.一般有补偿圈.b.U型管换热器结构简单、重量轻，适用于高温和高压的场合。其主要缺点是管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净。管板的利用率较差。c.浮头式换热器优点：可以补偿热膨胀，便于清洗和检修。缺点：结构复杂、金属耗量较多、造价较高。2夹套式换热器广泛应用于反应过程的加热和冷却。结构简单，但其加热面受容器壁面限制，总传热系数也不高。可在釜内安装搅拌器以提高总传热系数，也可在釜内部安装蛇管以补充传热面的不足。3板式换热器优点：由于流体在板片间流动湍动程度高，而且板片又薄，故总传热系数K大。板片间隙小(一般为4-6mm)，结构紧凑，金属耗量可减少一半以上。具有可拆结构，可根据需要调整板片数目以增减传热面积。操作灵活性大，检修清洗也很方便。缺点：允许操作的压强和温度比较低。通常操作压强不超过2MPa，压强过高易渗漏。操作温度受垫片材料的耐热性限制，一般不超过250℃4翅片式换热器5板翅式换热器影像资料返回二、列管式换热器的计算及选用1、试算并初选设备规格(1)确定流体在换热器中的流动途径；mtKSQ(2)根据传热任务计算热负荷Q；(3)确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的型式；计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性；(4)计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数；(5)依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K值；(6)由总传热速率方程，初步算出传热面积S，并确定换热器的基本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等)，或按系列标准选择设备规格。2、计算管程、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压力降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压力降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压力降直至满足要求为止。3、核算总传热系数计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻Rsi和Rso，再计算总传热系数K’比较K的初设值和计算值，若K’／K＝1.15～1.25，则初选的换热器合适，否则需另设K值，重复以上计算步骤。上述计算步骤仅为一般原则，设计换热器时，视具体情况可以灵活变动。返回第七节传热过程的强化途径(１)增大传热面积；增大换热器单位体积的传热面积。(２)增大平均传热温差。平均温差的大小取决于两流体的温度和流动方式，采用逆流操作可获得较大的传热温差。(３)增大总传热系数。提高Ｋ值必须减少各项热阻。减少热阻的方法有：提高对流传热系数（加大流速）；防止结垢或及时清除垢层等。由于各项热阻在总热阻中所占的比重不同，只有设法大幅度减少对Ｋ值影响较大的热阻才能有效地增加总传热系数。返回在列管式换热器内，冷、热流体流动通道可根据以下原则进行选择。(1)不洁净和易结垢的液体宜走管程，因为管内清洗方便；(2)腐蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体承受压力；(4)饱和蒸汽宜走壳程，因为饱和蒸汽比较清净，对流传热系数与流速无关且冷凝液易排出；；(5)被冷却的液体宜走壳程，便于散热；(6)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将对流传热系数大的流体通入壳程，可减少热应力；(7)流量小而粘度大的液体一般宜走壳程，因在壳程Re〉100即可达到湍流，但这不是绝对，如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而能得到更多的对流传热系数。返回夹套式换热器夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。夹套安装在容器外部，通常用钢或铸铁制成，可以焊在器壁上或者用螺钉固定在反应器的法兰盘或者器盖上。在用蒸气进行加热时，蒸气由上部连接管进入夹壁，冷凝水由下部连接管流出。在进行冷却时，则冷却水由下部进入，而由上部流出。蒸气冷凝水冷却水返回套管式换热器套管式换热器是由两种大小不同的标准管连接或焊接而成的同心圆套筒，根据换热要求，可将几段套筒连接起来组成换热器。Q＝Qh＝Qc无相变时Qh＝Wh·Cph(T1-T2)Qc＝Wc·Cpc(t2-t1)0m00011αλαdbdddKii1212mlntttttSTTSTTQd)(d1dww对流传热总传热头三种mtKSQ板式换热器主要由一组长方形的薄金属板平行排列、夹紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可达到密封的目的，且可用垫片的厚度调节两板间流体通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有两个圆孔和板面上的流道相通，另外两个圆孔则不相通，它们的位置在相邻板上是错开的，以分别形成两流体的通道。冷、热流体交替地在板片两侧流过，通过金属板片进行换热。返回翅片换热器的构造特点是在管子表面上有径向或轴向翅片。管外装置翅片，既可扩大传热面积，又可增加流体的湍动，从而提高换热器的传热效果。返回板翅式换热器板翅式换热器的结构型式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板(平隔板)间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当地排列，再用钎焊给予固定，即可得到常用的逆、并流和错流的板翅式换热器板翅式换热器的主要优点有：(1)总传热系数高，传热效果好。(2)结构紧凑、轻巧牢固。(3)适应性强、操作范围广板翅式换热器的缺点有：(1)设备流道小，易堵塞，压力降大；清洗和检修很困难。(2)隔板和翅片由薄铝片制成，故要求介质对铝不发生腐蚀。返回热传递三种基本方式：传导、对流和辐射。RtSbttQλ21RtSbttQniiin111λRtSrrttQλm1221niiiinSbttQ1m11RtiirrirrrrttLQ123212131ln1tπ2ln1ln1)(π2λλλ习题课.一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为55℃和115℃。并流操作时，冷、热流体的出口温度分别为75℃和95℃。试问逆流操作时，冷、热流体的出口温度分别为多少？假定流体物性数据与传热系数均为常量。CtCTtTtTTtTtttttTtTttTtCWTCWCWKStKSQCtCWCWCWCWtCWTCWQQmpCCphhphhmmpCCphhpCCphhpCCphhch020222222222121222122220376793551152305501152302115555511555115550413620602060557595115..]/)([./)(/)(../ln/)(''''''''''''''''解得）（）（逆流时：）（）（则解：并流时：12.在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长为lm，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。)1540()100150(PCCPhhCWCW解:因为21PCCPhhCWCW所以59260135601351212.lnlntttttm原：现：水15℃→40℃15℃→t油150℃→100℃150℃→80℃111mPhhtKSTCW85150592111..TtKSCWmPhh501580150PCCPhhCWCWt)(99730801503013530135222.lnTtKSCWmPhh86199708512221121212...KSCWKSCWSSlrlrLLPhhPhhmm∴L2=1.86m返回