物料換熱操作-換熱器熱負(fù)荷及傳熱系數(shù)的確定（化工單元操作課件）

項(xiàng)目二物料換熱操作任務(wù)四換熱器的熱負(fù)荷及傳熱系數(shù)的確定一、熱負(fù)荷與傳熱速率1.熱負(fù)荷化工生產(chǎn)中為達(dá)一定生產(chǎn)目的，將熱流體和冷流體在換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱，換熱器單位時(shí)間內(nèi)需要（必須）完成的傳熱量。取決于生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)任務(wù)指標(biāo)2.傳熱速率換熱器單位時(shí)間內(nèi)能夠傳遞的熱量。標(biāo)志換熱器的生產(chǎn)能力3.關(guān)系傳熱速率≥熱負(fù)荷二、熱負(fù)荷計(jì)算1.熱量衡算熱流體放出的熱量=冷流體吸收的熱量Q=Qh=Qc2.顯熱法（比熱容法）Qh=WhCp、h（T1-T2）Qc=WcCp、c（t2-t1）兩流體均無相變定壓熱容：壓強(qiáng)不變條件下，1kg物質(zhì)溫度改變1K或1℃所吸收或放出的熱量，用Cp表示。Qh=Qc單位：KJ/Kg熱流體Wh,Cph,T1,H1冷流體Wc,Cpc,t1,h1t2,h2T2,H2二、熱負(fù)荷計(jì)算3.潛熱法Qh=WhrhQc=WcCp、c（t2-t1）一側(cè)流體有相變（如飽和蒸汽冷凝）冷流體無相變潛熱：溫度不變時(shí)，單位質(zhì)量（1kg）的某液體汽化過程中所吸收的熱量，用rh表示。Qh=Qc單位：KJ/Kg·℃或KJ/Kg·K熱流體Wh,Cph,T1,H1冷流體Wc,Cpc,t1,h1t2,h2T2,H25【例1】將0.417㎏/s、80℃的硝基苯，通過一換熱器冷卻到40℃，冷卻水初溫為30℃，出口溫度不超過35℃。如熱損失可以忽略，試求該換熱器的熱負(fù)荷及冷卻水用量。解：查得硝基苯和水的比熱分別為1.6kJ/(kg·K)和4.187kJ/(kg·K)

Qh＝Wh

cph(T1一T2)

＝0.417×1.6×103×(80－40)＝26.7kW(2)熱損失QL可以忽略時(shí)，冷卻水用量可以Q＝Qh＝Qc計(jì)算：

Q＝Whcph(T1一T2)＝Wc

cpc(t2－t1)

26.7×103＝Wc×4.187×103(35－30)

Wc＝1.275㎏/s＝4590㎏/h≈4.59

m3/h【例1】將0.417㎏/s、80℃的硝基苯，通過一換熱器冷卻到40℃，冷卻水初溫為30℃，出口溫度不超過35℃。如熱損失可以忽略，試求該換熱器的熱負(fù)荷及冷卻水用量。實(shí)例：例1：在換熱器中，欲將3000kg/h的乙烯氣體從120℃降至60℃，冷卻水進(jìn)口溫度為30℃，進(jìn)出口溫差控制在10℃以內(nèi)，試求該過程中冷卻水的消耗量。（已知：C冷=4.183KJ/Kg·℃，C熱=1.222KJ/Kg·℃）例2：在一列管式換熱器中，用300kPa的飽和水蒸氣加熱并汽化某溶液（水蒸氣僅放出冷凝潛熱），液體的比熱容為4.2KJ/（Kg·K），,進(jìn)口溫度為50℃，其沸點(diǎn)為80℃，汽化潛熱為2200KJ/Kg，液體的流量為1000kg/h，不計(jì)熱損失，試求加熱蒸汽的消耗量。實(shí)例：例1：在某冷凝器內(nèi)，以298K的冷卻水來冷凝某精餾塔內(nèi)上升的有機(jī)物的飽和蒸汽，已知有機(jī)物蒸汽的溫度為368K，冷卻水的出口溫度為323K，試求冷、熱流體的平均溫差。例2：某冷、熱兩種流體在一列管式換熱器內(nèi)換熱，已知熱流體的進(jìn)口溫度為473K，被降至出口溫度為413K，冷流體從303K的進(jìn)口溫度升至出口溫度為353K，試分別計(jì)算并流和逆流時(shí)冷熱流體的平均溫差，并比較兩結(jié)果。1.取經(jīng)驗(yàn)值熱流體冷流體傳熱系數(shù)K/〔W/(m2?K)〕水水850～1700輕油水340～910重油水60～280氣體水17～280水蒸汽冷凝水1420～4250水蒸汽冷凝氣體30～300低沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓）水455～1140高沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（減壓）水60～170水蒸汽冷凝水沸騰2000～4250水蒸汽冷凝輕油沸騰455～1020水蒸汽冷凝重油沸騰140～425三、傳熱系數(shù)的測定與估算三、傳熱系數(shù)的測定與估算2.生產(chǎn)現(xiàn)場測定

在冷、熱流體的進(jìn)出口管路上各裝一溫度計(jì)，在兩種流體的出口處各裝一流量計(jì)，根據(jù)計(jì)算出的熱負(fù)荷Q，平均溫度差Δtm，實(shí)際測定的傳熱面積A，通過傳熱速率方程式Q=KAΔtm，即可計(jì)算出該設(shè)備的K值。

實(shí)驗(yàn)室用蒸汽在一套管換熱器中加熱空氣，空氣走管程。測出蒸汽的壓力Ｐ，即得其溫度Ｔ；測出空氣的流量Ｗ及進(jìn)、出口溫度t1、

t2，由三、傳熱系數(shù)的測定與估算2.生產(chǎn)現(xiàn)場測定

例題：列管式換熱器中用熱空氣來加熱冷水，其換熱面積為10m2，實(shí)際測得冷流體的流量為0.8kg/s，進(jìn)口溫度為295K，出口溫度為338K，熱流體進(jìn)口溫度為370K，出口溫度為342K，查得水的平均比熱容為4.18KJ/(kg·K)，計(jì)算該換熱器的傳熱系數(shù)。三、傳熱系數(shù)的測定與估算3.理論計(jì)算法

列管式換熱器中的管子仁義截面的管壁換熱是由熱流體的對流傳熱、間壁（包括垢層）的熱傳導(dǎo)、冷流體的對流傳熱三個(gè)階段組成。(假設(shè)熱流體走管程，冷流體走殼程)（1）熱流體對壁面的對流傳熱

(2)間壁面內(nèi)的熱傳導(dǎo)

三、傳熱系數(shù)的測定與估算3.理論計(jì)算法（3）壁面對冷流體的對流傳熱

則總過程：

四、污垢熱阻對傳熱系數(shù)的影響

換熱器在使用過程中，傳熱壁面常有污垢形成，對傳熱產(chǎn)生