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標題: 空氣分離基礎(chǔ)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(chǔ)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(fā)生相變（忽略冷損）# `' C& d: _% E$ u9 e# c( j
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）$ U$ E9 @3 l% } }( A5 m4 v# n) W
（W）
式中 W1W2-熱、冷流體的質(zhì)量流量（kg/g）；
/ L' A: X, X2 x; l
cp1,、cp2-熱,、冷流體的定壓比熱容[J/（kg.k）]；
: `1 Q, ]5 p, i- d$ b' h( o- _3 B
tˋ1,、tˋ1-熱、冷流體進換熱器溫度（K）
8 t+ A0 G% |4 F8 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
# I/ `- U) r$ @7 O5 _! [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(fā)生相變時（忽略冷損）
Q=Wr. y% d- E% O) D9 M1 f/ r6 t
（J）
式中 W—流體（蒸發(fā)或冷凝的質(zhì)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
$ s+ G w' ~( K; J+ W4 S9 T
冷,、熱流體進行熱交換時,，若工作溫度比周圍環(huán)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(huán)境濕度高,，使一部分熱量散發(fā)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�,？紤]周圍環(huán)境濕度的影響,，可提高熱交換器設(shè)計計算的精確性，這一點對空分設(shè)備低溫換熱器尤為重要,。
1.7.3
+ a! y! t' R: c o- V0 S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(nèi)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(nèi)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(nèi)流動,，易于控制流速，使之能在傳熱和阻力均較合適的數(shù)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(nèi)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(fā)器（簡稱主冷）是發(fā)生相變的換熱器,。它借助于從上塔下流液氧的蒸發(fā),，來冷凝由下塔上升的氮氣。產(chǎn)生的氧,、氮產(chǎn)品除一部分作產(chǎn)品輸出外,，主要保證分鎦塔工況的正常運轉(zhuǎn)。
圖1-32主冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖
冷凝蒸發(fā)器有板翅式,、列管式和盤管式三種結(jié)構(gòu)形式,。列管式冷凝蒸發(fā)器又可分為兩種：一種是液氧在管間沸騰,、氣氮在管內(nèi)冷凝；另一種是氣氮在管間冷凝,、液氧在管內(nèi)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(fā)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(fā)器,。
第二種冷凝蒸發(fā)器由于液氧在管內(nèi)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(fā)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(shè)備,，現(xiàn)己普及到石油化工、制冷,、動力機械和國防工業(yè)等領(lǐng)域,。在制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際水平。
圖1-33板束結(jié)構(gòu)
（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(shù)35~350W/（m2.K），強制對流放熱油系數(shù)110~1700
& X1 m& J/ i. c2 q) K0 XW/（m2.K）,，水的沸騰放熱系數(shù)1700~34000W/（m2.K）,。
②結(jié)構(gòu)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(zhì)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(fā)。
⑤經(jīng)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(shè)備中。它的設(shè)計制造水平以及采用的廣泛程度,，也成為衡量空分設(shè)備制造水平的重要標志,。當前大型空分設(shè)備的特點之一，是全部換熱器設(shè)備采用板翅式,。由于采用了上述手段使設(shè)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(jīng)濟性,。
（2）板翅式換熱器的基本結(jié)構(gòu)
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?shù)呐帕校F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( l; k, p6 \& X7 J: V; B2 P
b錯流板翅式換熱器
. @9 a( f0 b/ \: Z5 @4 s! i! N4 w% b2 o% p) nc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?shù)牧黧w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(jù)節(jié)距和高度的不同又有20種規(guī)格,，其參數(shù)見下表,。翅片選擇，需根據(jù)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(shù)大的場合,，選用翅片較低、較厚為宜,；放熱系數(shù)小的場合，選用翅片較高,、較薄為宜,。平直翅片的放熱系數(shù)和壓力損失較小,；鋸齒翅片比平直翅片的放熱系數(shù)高30℅以上,，且有利于水分和二氧化碳的凍結(jié)和清除；多孔翅片上孔洞使熱阻邊界層不斷發(fā)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。
4 d6 A1 ^# q, k" U1 M9 K. e
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- u4 \2 A$ e+ K' f+ E9 n" B9 b1 F
常用翅片特性參數(shù)表
式中：當量直徑De=
（翅片內(nèi)距x=p-t,，翅片內(nèi)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(chǔ)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(shè)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(shè)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(guān)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5 i9 h4 {' T3 Q; {1 Z- @3 T2 R
6 \ M7 ^2 S0 m) F
哈哈，分享是應該的,，大家一起進步,。$ a* s" s: @% \: h
這些方面國外已經(jīng)走到了前面，如果你看到好的資料也分享一下: m/ E: i7 c5 W9 R8 P* y' O8 x9 ^% E \
作者: wy9555 時間: 2011-5-11 17:00
我倒是比較了解 摩丁的散熱結(jié)構(gòu) 
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