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標題: 空氣分離基礎知識專題講座二 [打印本頁]
作者: 聶德平 時間: 2010-11-14 11:07
標題: 空氣分離基礎知識專題講座二
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）$ G" W* I ]" a
①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）) W: @1 b3 s% b
（W）
式中 W1W2-熱、冷流體的質量流量（kg/g）；
0 p1 a" E0 V! k! i; l3 Xcp1、cp2-熱、冷流體的定壓比熱容[J/（kg.k）]；
* }' c5 F# O! u9 j2 \- T; Wtˋ1、tˋ1-熱、冷流體進換熱器溫度（K）
, e* t& `" e9 a3 I! St2ˋˋ、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
6 [* z9 I7 n' Q+ q- Z, |, 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=Wr9 Q; Q1 G: ]- U! j. s* q) ]
（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+ U1 w/ ]. d) Q; K
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。
1.7.3: z5 J+ T9 {) |8 A
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?？諝夂脱?、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
- s O" d7 L U5 p! q（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110~17006 u) ^; K g! A- k& 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6 z, `( D( i' i- s% y, J1 R2 D# p) a
b錯流板翅式換熱器& }8 U8 ?! z0 ^: x( C- W7 X7 v
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??；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。
作者: Jetcut 時間: 2010-11-14 12:04
謝版主分享有關資料。通過卻讀您的資料，對板翹式換熱器有了一些初步了解，哈！
作者: 聶德平 時間: 2010-11-14 12:55
回復 Jetcut 的帖子8 J" k5 d3 _8 c! u7 E' o
$ U7 k0 q0 l% T( r$ [哈哈，分享是應該的，大家一起進步。
; s- E9 q% m3 [; z& v$ K這些方面國外已經走到了前面，如果你看到好的資料也分享一下3 X$ c$ @" D0 a$ h' R
作者: wy9555 時間: 2011-5-11 17:00
我倒是比較了解 摩丁的散熱結構 
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