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2. 熱流量Φ的計算 ![]() （1）流體在換熱器中不發生相變（忽略冷損）
; J5 n) S4 X+ f- c; Q7 l+ v①用換熱器前后流體的溫度變化來計算 流體吸收熱流量應等于熱流體放出熱流量
Φ-W1cp1（t1ˋ-t1ˋˋ）=W2CP2（tˋ1-t2ˋˋ）( G; _; q, W! ^5 P; R
（W） 式中 W1W2-熱、冷流體的質量流量（kg/g）； 6 |" z1 e/ \ S2 N# D" U7 P. g2 p
cp1、cp2-熱、冷流體的定壓比熱容[J/（kg.k）]； ; J9 l1 F7 W: x. V
tˋ1、tˋ1-熱、冷流體進換熱器溫度（K）
4 n, l& W8 l; d, _! Ut2ˋˋ、t2ˋˋ-熱、冷流體出換熱器溫度（K）
②用換熱器前后焓值的變化來計算（圖1-30） φ=W1（h1ˊ-h1ˊˊ）=W2（h2ˊˊ-h2ˊˊ）（W） 圖1-30換熱器物流示意圖" @* X! w4 w; u# w7 c: L
式中h1ˊ、h2ˊ--熱、冷流體進換熱器時的比焓值（J/kg） h1ˊˊ、h2ˊˊ--熱、冷流體出換熱器時的比焓值（J/kg） （2）流體在換熱器過程中發生相變時（忽略冷損） Q=Wr
. b1 t% |+ D, ]' U: u. M（J） 式中 W—流體（蒸發或冷凝的質量流量）（kg/s） r—流體的汽化潛熱（J/kg） 流體在換熱過程中冷損必須考慮時! Y! E( A. X& X! [1 C2 A* e q
冷、熱流體進行熱交換時，若工作溫度比周圍環境低，有小部分熱量由外界傳入換熱器，稱為冷量損失（Q冷損）。這時傳熱量為 Q=Q冷=Q熱+Q冷損 若冷、熱流體進行熱交換時，其工作溫度比周圍環境濕度高，使一部分熱量散發到外界，稱為熱量損失（Q熱損）這時傳熱量為 Q=Q冷=Q熱-Q熱損 應該特別注意：Q值是指通過換熱器進行熱交換的總量。考慮周圍環境濕度的影響，可提高熱交換器設計計算的精確性，這一點對空分設備低溫換熱器尤為重要。 1.7.38 u& S. B( G% t. s% b
換熱器的種類 1. 盤管式換熱器 圖1-31盤管式主熱交換器（液空過冷器） 圖1-31為盤管式熱交換器，用于高壓空氣和低壓氧、氮之間熱交換，以復熱氧、氮，冷卻空氣，達到回收裝置冷量的目的。高壓空氣在盤管內通過，低壓氧、氮分別在兩個相鄰隔層的管間流過，這樣安排除了出于強度考慮外（管內承壓能力高，管外承壓能力低），還由于高壓流體在截面較小的管內流動，易于控制流速，使之能在傳熱和阻力均較合適的數值下工作。低壓氣體在管外流通截面積較大，流速較小，阻力損失小，可以保證在允許的阻力損失范圍內有效參入熱交換。空氣和氧、氮流向按逆流布置，使得有較大的傳熱溫差。 2. 列管式換熱器 冷凝蒸發器（簡稱主冷）是發生相變的換熱器。它借助于從上塔下流液氧的蒸發，來冷凝由下塔上升的氮氣。產生的氧、氮產品除一部分作產品輸出外，主要保證分鎦塔工況的正常運轉。 圖1-32主冷凝器結構示意圖 冷凝蒸發器有板翅式、列管式和盤管式三種結構形式。列管式冷凝蒸發器又可分為兩種：一種是液氧在管間沸騰、氣氮在管內冷凝；另一種是氣氮在管間冷凝、液氧在管內沸騰。 第一種類型的冷凝器列管長度不超過1~1.2m。如果列管過長則管間液氧柱的靜壓將使液氧層下部液氧沸點升高，引起冷凝蒸發器溫差減小，或者下塔壓力升高。前者使傳熱惡化，后者使裝置能耗增加。因此列管都比較短，故又稱短管式冷凝蒸發器。 第二種冷凝蒸發器由于液氧在管內沸騰，形成氣、液兩相混合物，這種氣、液混合物的密度較小因而即使管長達到2.5~3.6m，液柱靜壓的影響也不大，這種冷凝蒸發器又稱長管式冷凝器。 3. 板翅式換熱器 板翅式換熱器是一種新型緊湊式熱交換器，我國從70年代研制成功并應用于大型空分設備，現己普及到石油化工、制冷、動力機械和國防工業等領域。在制造技術和產品質量已達到國際水平。 ![]() 圖1-33板束結構
（1）板翅式換熱器的特點 ①傳熱效率高 由于翅片對流擾動，強化了傳熱。強制對流空氣放熱系數35~350W/（m2.K），強制對流放熱油系數110~1700% Y: [0 C9 ^+ t' @1 u: z! [' `* X
W/（m2.K），水的沸騰放熱系數1700~34000W/（m2.K）。 ②結構緊湊 單位體積傳熱面積比列管式大5倍以上，一般可達到1500~2500m2/m3。 ③輕巧而牢固 由于翅片和隔片都很溥，通常又采用鋁合金制造，重量輕，僅為列管式換熱器的1/10左右。 ④適應性大 能適用于多種介質之間換熱，且可作氣-氣，氣-液，液-液之間熱交換，也可作冷凝和蒸發。 ⑤經濟性好 由于緊湊、體積小、又采用鋁合金制造，大大降低了投資費用，成本約列管式的50℅。 板翅式換熱器被廣泛地應用在空分設備中。它的設計制造水平以及采用的廣泛程度，也成為衡量空分設備制造水平的重要標志。當前大型空分設備的特點之一，是全部換熱器設備采用板翅式。由于采用了上述手段使設備熱容量減小，起動時間縮短，切換周期延長，切換損失減少，降低了能耗，提高了經濟性。 （2）板翅式換熱器的基本結構 板翅式換熱器的板束由翅片、導流片、封條和隔板等部分組成。如圖1-33所示，在相鄰二隔板之間放置翅片、導流片、封條組成一個通道，對其進行不同的疊積和適當的排列，釬焊成整體就可以得到常用的逆流、錯流、錯逆流板翅式換熱器板束如圖1-34。 a逆流板翅式換熱器; [8 [& @. T8 ?) G8 f8 F
b錯流板翅式換熱器
8 P4 J# s) B" d: ~, [c錯逆流板翅式換熱器 圖1-34板束流向示意圖 在板束兩端配置適當的流體出入口封頭（或集合器）組成一個完整的板翅式換熱器。這種換熱器的隔板為一次傳熱面，而翅片為二次傳熱面。 翅片是板翅式換熱器的基本元件之一，傳熱過程主要是依靠翅片來完成的。翅片還起著兩隔板之間的支撐作用，所以盡管翅片和隔板的材料都很薄，且能承受較高的壓力。翅片的厚度通常是0.2~0.6，隔板的厚度一般為1~2。 翅片常用的有平直、鋸齒、多孔三種型式，根據節距和高度的不同又有20種規格，其參數見下表。翅片選擇，需根據最高工作壓力、流體性能、允許壓降、流量和不同換熱要求等因素來考慮。一般在放熱系數大的場合，選用翅片較低、較厚為宜；放熱系數小的場合，選用翅片較高、較薄為宜。平直翅片的放熱系數和壓力損失較小；鋸齒翅片比平直翅片的放熱系數高30℅以上，且有利于水分和二氧化碳的凍結和清除；多孔翅片上孔洞使熱阻邊界層不斷發生斷裂，可提高傳熱性能，這種翅片常在流體進口分配段有相變（沸騰和冷凝）的場合；波紋翅片能增強流體的擾動，且可承受較高的工作壓力，常用于乙烯深冷分離的熱交換器中。
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常用翅片特性參數表 式中：當量直徑De= ![]() （翅片內距x=p-t，翅片內高y=H-t）。 通道截面積是指有效寬度1m為每層通道的截面積。 傳熱面積是指有效寬度為1m，有效長度為1m，每層通道的傳熱面積。 通過上述基礎知識的學習和了解，對深冷空氣分離及分餾塔的基本理念和從理論上理解設備、流程將起到很好的作用。同時對提高實際操作技能也有非常大的幫助。實際制造過程的設計、工藝保證，還要復雜很多本章不作介紹。 | 
發表于 2010-11-14 11:07:48
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