換熱器順流和逆流方式應(yīng)用效果比較

換熱器順流和逆流方式應(yīng)用效果比較敖江麗，于海俠

暖通南社

2020-12-30傳熱，即熱傳遞，是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域極普遍的一種傳遞過(guò)程。在化工過(guò)程經(jīng)常遇到兩流體之間的換熱問(wèn)題，換熱器是傳熱過(guò)程中最主要的設(shè)備。根據(jù)傳熱過(guò)程中冷、熱流體熱交換可分為3種基本方式，即直接混合式、蓄熱式和間壁式，每種傳熱方式所用換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)也各不相同。本文著重研究間壁式換熱的應(yīng)用效果，其中管殼式換熱器壁式換熱應(yīng)用最為廣泛，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1～4。甲烷氯化物，在精餾工段廣泛采用U型管式（固定管板和圓塊孔居多）換熱器冷凝自精餾塔塔頂?shù)奈锪?。?shí)際分兩級(jí)或三級(jí)冷卻，且冷媒乙二醇水作循環(huán)利用，以滿足工藝溫差需要。本文著重研究冷凝三氯甲烷時(shí)的工況。1

冷卻介質(zhì)順流時(shí)冷凝器各設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算換熱面積及冷凝水用量計(jì)算：冷凝器的物料中99.99%是三氯甲烷，進(jìn)料量為1603.1250kg/h。冷介質(zhì)用-5℃乙二醇水，進(jìn)口溫度t1=-5℃，出口溫度t2=30℃，物料在65.5℃時(shí)冷凝成液相，然后再由T1=65.5℃冷卻至T2=35℃。則平均溫差為：65.5→35℃，-5/70.5→30℃/5。Δtm=[（T1-t1）-（T2-t）]/ln[（T1-t1）/（T2-t2）]={[65.5-（-5）]-（35-30）}/ln（70.5/5）=4.65（℃）查得65.5℃時(shí)三氯甲烷的汽化潛熱r潛=59kcal/kg，平均溫度50.25℃下三氯甲烷的液體熱容：Cp=0.236kcal/（kg·℃）Q=n[r潛+Cp（T2-T1）]=1603.1250×[（59+0.236×30.5）]=106123.6688（kcal/h）未計(jì)算熱量和熱損失按潛熱的10％考慮，則冷卻器熱負(fù)荷為：Qc=1.1×106123.6688=116736.0356（kcal/h）取K=150kcal/（m2·h·℃），則所需換熱面積為：A=QC/（K·Δtm）=116736.0356/（150×4.65）=167.3635（m2）-5℃進(jìn)水的Cp=1kcal/（kg·℃），密度為999.840kg/m3，則用量為：WC=QC/[Cp（t2-t1）]=106123.6688/（1×35）=3032.1048（kg/h）VC=WC/ρc=3032.1048/999.840=3.0326（m3/h）取水管流速為uc=2m/s，則管徑為：d=[4Vc/（3600×π·uc）]1/2=0.023（mm）選用DN25的管子。2

冷卻介質(zhì)逆流時(shí)冷凝器各設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算換熱面積及冷凝水用量計(jì)算冷凝器的物料中99.99%是三氯甲烷，進(jìn)料量為1603.1250kg/h。冷介質(zhì)用-5℃乙二醇水，進(jìn)口溫度t1=-5℃，出口溫度t2=30℃，物料在65.5℃時(shí)冷凝成液相，然后再由T1=65.5℃冷卻至T2=35℃。則平均溫差為：65.5→35℃30/35.5

←-5/40℃Δtm=[（T1-t2）-（T2-t1）]/ln[（T1-t2）/（T2-t1）]={（65.5-30）-[35-（-5）]}/ln（35.5/40）℃=37.71（℃）查得65.5℃時(shí)三氯甲烷的汽化潛熱r潛=59kcal/kg，平均溫度50.25℃下三氯甲烷的液體熱容：Cp=0.236kcal/（kg·℃）；Q=n[r

潛+Cp（T2-T1）]=1603.1250kg/h×[（59+0.236×30.5）]=106123.6688（kcal/h）。未計(jì)算熱量和熱損失按潛熱的10％考慮，則冷卻器熱負(fù)荷為：Qc=1.1×106123.6688=116736.0356（kcal/h）。取K=150kcal/（m2·h·℃），則所需換熱面積為：A=QC/（K·Δtm）=116736.0356/（150×37.71）=20.6375（m2）-5℃進(jìn)水的Cp=1kcal/（kg·℃），密度為999.840kg/m3，則用量為：WC=QC/[Cp（t2-t1）]=106123.6688/（1×35）=3032.1048（kg/h）；VC=WC/ρc=3032.1048/999.840=3.0326（m3/h）取水管流速為uc=2m/s，則管徑為：d=[4Vc/（3