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2. 热流量Φ的计算  （1）流体在换热器中不发生相变（忽略冷损）- M7 d! R0 j F
①用换热器前后流体的温度变化来计算 流体吸收热流量应等于热流体放出热流量 Φ-W1cp1（t1ˋ-t1ˋˋ）=W2CP2（tˋ1-t2ˋˋ）
% _4 L% p( J( q2 \. B9 I5 i（W） 式中 W1W2-热、冷流体的质量流量（kg/g）； ! M7 _6 g! n; r0 s; |; ]7 ?9 k; G
cp1、cp2-热、冷流体的定压比热容[J/（kg.k）]； 1 p4 M7 Q% b% N
tˋ1、tˋ1-热、冷流体进换热器温度（K）
4 ~: n) m7 f5 m$ R9 t9 ?- Zt2ˋˋ、t2ˋˋ-热、冷流体出换热器温度（K）
②用换热器前后焓值的变化来计算（图1-30） φ=W1（h1ˊ-h1ˊˊ）=W2（h2ˊˊ-h2ˊˊ）（W） 图1-30换热器物流示意图5 p" P" B- ~5 w
式中h1ˊ、h2ˊ--热、冷流体进换热器时的比焓值（J/kg） h1ˊˊ、h2ˊˊ--热、冷流体出换热器时的比焓值（J/kg） （2）流体在换热器过程中发生相变时（忽略冷损） Q=Wr
* I1 N: u, Y1 P" U C' o（J） 式中 W—流体（蒸发或冷凝的质量流量）（kg/s） r—流体的汽化潜热（J/kg） 流体在换热过程中冷损必须考虑时! i. K: d% A7 P0 ]
冷、热流体进行热交换时，若工作温度比周围环境低，有小部分热量由外界传入换热器，称为冷量损失（Q冷损）。这时传热量为 Q=Q冷=Q热+Q冷损 若冷、热流体进行热交换时，其工作温度比周围环境湿度高，使一部分热量散发到外界，称为热量损失（Q热损）这时传热量为 Q=Q冷=Q热-Q热损 应该特别注意：Q值是指通过换热器进行热交换的总量。考虑周围环境湿度的影响，可提高热交换器设计计算的精确性，这一点对空分设备低温换热器尤为重要。 1.7.3
Q' r' {3 I; w1 C换热器的种类 1. 盘管式换热器 图1-31盘管式主热交换器（液空过冷器） 图1-31为盘管式热交换器，用于高压空气和低压氧、氮之间热交换，以复热氧、氮，冷却空气，达到回收装置冷量的目的。高压空气在盘管内通过，低压氧、氮分别在两个相邻隔层的管间流过，这样安排除了出于强度考虑外（管内承压能力高，管外承压能力低），还由于高压流体在截面较小的管内流动，易于控制流速，使之能在传热和阻力均较合适的数值下工作。低压气体在管外流通截面积较大，流速较小，阻力损失小，可以保证在允许的阻力损失范围内有效参入热交换。空气和氧、氮流向按逆流布置，使得有较大的传热温差。 2. 列管式换热器 冷凝蒸发器（简称主冷）是发生相变的换热器。它借助于从上塔下流液氧的蒸发，来冷凝由下塔上升的氮气。产生的氧、氮产品除一部分作产品输出外，主要保证分镏塔工况的正常运转。 图1-32主冷凝器结构示意图 冷凝蒸发器有板翅式、列管式和盘管式三种结构形式。列管式冷凝蒸发器又可分为两种：一种是液氧在管间沸腾、气氮在管内冷凝；另一种是气氮在管间冷凝、液氧在管内沸腾。 第一种类型的冷凝器列管长度不超过1~1.2m。如果列管过长则管间液氧柱的静压将使液氧层下部液氧沸点升高，引起冷凝蒸发器温差减小，或者下塔压力升高。前者使传热恶化，后者使装置能耗增加。因此列管都比较短，故又称短管式冷凝蒸发器。 第二种冷凝蒸发器由于液氧在管内沸腾，形成气、液两相混合物，这种气、液混合物的密度较小因而即使管长达到2.5~3.6m，液柱静压的影响也不大，这种冷凝蒸发器又称长管式冷凝器。 3. 板翅式换热器 板翅式换热器是一种新型紧凑式热交换器，我国从70年代研制成功并应用于大型空分设备，现己普及到石油化工、制冷、动力机械和国防工业等领域。在制造技术和产品质量已达到国际水平。  图1-33板束结构
$ ~& I. ~! ~0 Q8 Y6 M8 P（1）板翅式换热器的特点 ①传热效率高 由于翅片对流扰动，强化了传热。强制对流空气放热系数35~350W/（m2.K），强制对流放热油系数110~17004 L( [: Z! d# f4 e( w) ~* N( h, n0 J
W/（m2.K），水的沸腾放热系数1700~34000W/（m2.K）。 ②结构紧凑 单位体积传热面积比列管式大5倍以上，一般可达到1500~2500m2/m3。 ③轻巧而牢固 由于翅片和隔片都很溥，通常又采用铝合金制造，重量轻，仅为列管式换热器的1/10左右。 ④适应性大 能适用于多种介质之间换热，且可作气-气，气-液，液-液之间热交换，也可作冷凝和蒸发。 ⑤经济性好 由于紧凑、体积小、又采用铝合金制造，大大降低了投资费用，成本约列管式的50℅。 板翅式换热器被广泛地应用在空分设备中。它的设计制造水平以及采用的广泛程度，也成为衡量空分设备制造水平的重要标志。当前大型空分设备的特点之一，是全部换热器设备采用板翅式。由于采用了上述手段使设备热容量减小，起动时间缩短，切换周期延长，切换损失减少，降低了能耗，提高了经济性。 （2）板翅式换热器的基本结构 板翅式换热器的板束由翅片、导流片、封条和隔板等部分组成。如图1-33所示，在相邻二隔板之间放置翅片、导流片、封条组成一个通道，对其进行不同的叠积和适当的排列，钎焊成整体就可以得到常用的逆流、错流、错逆流板翅式换热器板束如图1-34。 a逆流板翅式换热器
2 @1 ~0 S3 n& R" j; lb错流板翅式换热器9 t3 U& R0 H/ z/ b% s# ]- {) ^
c错逆流板翅式换热器 图1-34板束流向示意图 在板束两端配置适当的流体出入口封头（或集合器）组成一个完整的板翅式换热器。这种换热器的隔板为一次传热面，而翅片为二次传热面。 翅片是板翅式换热器的基本元件之一，传热过程主要是依靠翅片来完成的。翅片还起着两隔板之间的支撑作用，所以尽管翅片和隔板的材料都很薄，且能承受较高的压力。翅片的厚度通常是0.2~0.6，隔板的厚度一般为1~2。 翅片常用的有平直、锯齿、多孔三种型式，根据节距和高度的不同又有20种规格，其参数见下表。翅片选择，需根据最高工作压力、流体性能、允许压降、流量和不同换热要求等因素来考虑。一般在放热系数大的场合，选用翅片较低、较厚为宜；放热系数小的场合，选用翅片较高、较薄为宜。平直翅片的放热系数和压力损失较小；锯齿翅片比平直翅片的放热系数高30℅以上，且有利于水分和二氧化碳的冻结和清除；多孔翅片上孔洞使热阻边界层不断发生断裂，可提高传热性能，这种翅片常在流体进口分配段有相变（沸腾和冷凝）的场合；波纹翅片能增强流体的扰动，且可承受较高的工作压力，常用于乙烯深冷分离的热交换器中。 ! s B* `4 Q* Q2 T
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. J/ M n" z( ~. g9 U! A {2 m常用翅片特性参数表 式中：当量直径De=  （翅片内距x=p-t，翅片内高y=H-t）。 通道截面积是指有效宽度1m为每层通道的截面积。 传热面积是指有效宽度为1m，有效长度为1m，每层通道的传热面积。 通过上述基础知识的学习和了解，对深冷空气分离及分馏塔的基本理念和从理论上理解设备、流程将起到很好的作用。同时对提高实际操作技能也有非常大的帮助。实际制造过程的设计、工艺保证，还要复杂很多本章不作介绍。 | 
发表于 2010-11-14 11:07:48
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