空分的换热设备

5空分的换热设备绪言5.1传热基本方式5.2间壁式换热器5.3板翅式换热器5.4蓄冷器5.5冷凝蒸发器5.6氮水预冷器5空分的换热设备绪言换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。取暖用的暖气散热片；汽轮机装置中的凝汽器；航天火箭上的油冷却器等。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。换热器发展史换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。主要功能：保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。主要功能：早期：简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。

早期：简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热二十世纪20年代：出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初：瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末：瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。

二十世纪20年代：出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。可分为混合式、蓄热式和间壁式三类混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换例如，化工厂和发电厂的凉水塔，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。

例如，化工厂和发电厂的凉水塔，热水由上往下喷淋，而冷空气自下蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。

蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交管式换热器以管子表面作为传热面（蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器）板面式换热器以板面作为传热面（板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等）其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器（如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器）管式换热器以管子表面作为传热面（蛇管式换热器、套管式换热器和混合式换热器：空冷塔、水冷塔、喷淋塔蓄热式换热器：蓄冷器，蓄热室间壁式换热器：热管，暖气片换热器分类：换热器分类： 混合式换热器操作的一个主要因素：使两种流体的接触面积尽可能大，以促使它们之间的热量交换。为了获得更大的接触面积，可在设备中放置搁栅或填料，有时也把液体喷成细滴。此类设备通常做成塔状。 混合式换热器操作的一个主要因素：蓄热式换热器是让两种温度不同的流体先后通过同一种固体填料的表面，如炼焦炉下方的蓄热室中放置的多孔格子砖和在制氧装置中所用的蓄冷器中的卵石等。首先让热流体通过，把热量蓄积在填料中，然后，当冷流体再通过时，将热量带走，这样在填料被加热和冷却过程中进行热流体和冷流体间的热量传递蓄热式换热器是让两种温度不同的流体先后通过同一种固体填料的表在使用这种换热器时，不可避免的会使两种流体有少量混合，且必然是成对的使用，即当一个通入热流体时，另一个则通入冷流体，并靠自动阀进行交替切换使生产连续进行。在使用这种换热器时，不可避免的会使两种流体有少量混合，且必然利用固体壁面将进行热量交换的两种流体隔开，使它们壁面进行传热，这种形式的换热器使用最广泛利用固体壁面将进行热量交换的两种流体隔开，使它们壁面进行传热管式换热器——以圆管为间壁板式换热器以板作为间壁板翅式换热器特殊式换热器——以特殊形状作为间壁管式换热器——以圆管为间壁5.1传热基本方式导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递对流：由于流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相对位移冷热流体相互掺混所引起的热量传递辐射换热：物体因为热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物质间热量传递——辐射换热5.1传热基本方式导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠5.2间壁式换热器

5.2.1传热基本方程式Q=KF△tQ——单位时间内两股流体所交换的热量WK——综合传热系数W/m2·KF——换热面积m2△t——冷热流体温度差△t=tf1-tf2

5.2间壁式换热器

5.2.1传热基本方程式Q=KF△传热过程：tf1tw1tw2tf2热流体——壁面1——壁面2——冷流体对流导热对流空分的换热设备对流热阻导热热阻对流热阻导热热阻5.2.2传热的实际计算平均温差△tm的计算传热量Q的计算传热系数K的确定5.2.2传热的实际计算平均温差实际传热过程中，冷热流体的温度沿换热面是变化的沿换热器高度方向的温差也不是常数，在运用方程时需引入平均温差概念。平均温差取决与以下四个因素1、换热器内流体的性质2、换热器两端冷热流体的温差3、冷热流体的流量比4、流体的相对流向平均温差实际传热过程中，冷热流体的温度沿换热面是变化的

顺流——两股流体平行同向流动逆流——两股流体平行逆向流动叉流——两股流体垂直交叉流动最小最大

居中流体相对流向平均温差最对数平均温差算术平均温差计算公式对数平均温差计算公式空分的换热设备其他复杂布置时的平均温差计算：其他复杂布置时的平均温差计算：热流体经换热器传递给冷流体的热量称为热负荷Q热负荷Q等于热流体失去的热量Q1等于冷流体得到的热量Q2热流体经换热器传递给冷流体的热量称为热负荷Q热负荷Q等于热流板式换热器传热系数计算圆管式换热器传热系数计算板式换热器传热系数计算例1有一台气体冷却器，气侧表面传热系数∂1=95W/（m2·K)壁面厚，水侧表面传热系数∂

2=5800W/（m2·K)。设传热壁看作平板，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数，并指出强化这一传热过程应从哪个环节入手？例1有一台气体冷却器，气侧表面传热系数∂1=95W/（m2·例2一蒸汽锅炉炉膛中的蒸发受热面管壁受到温度为1000℃的烟气加热，管内沸水温度为200℃烟气与受热面管子外间壁的表面传热系数为100W/（m2·K)，沸水与内壁间的表面传热系数为5000W/（m2·K)，忽略管壁的导热热阻，管子内外径分别为40mm和52mm，取管子的外表面积作为传热面积，试计算总传热系数和单位管长热负荷。例2一蒸汽锅炉炉膛中的蒸发受热面管壁受到温度5.2.3强化传热的措施提高传热系数——在总经济效果有利的条件下增加流速、增加对流体的扰动增加较小的放热系数等增加传热面积——如板翅式换热器、喷淋塔加大平均温差

——同样的流体温度应采用逆向流动降低导热热阻——当传热壁面结垢积灰时，必须清洗维护以降低导热热阻5.2.3强化传热的措施提高传热系数——在总经济效果有利的5.2.4低温换热器的特点小温差传热高效率换热允许阻力小物性变化激烈不稳定传热5.2.4低温换热器的特点小温差传热5.3板翅式换热器特点又称紧凑式换热器，全铝金属结构；结构紧凑、质量轻、单位体积内传热面积大；传热效率高98%~99%；阻力小、启动快；制造技术复杂，容易堵塞，清洗和检修困难；普遍应用于低温工业中；5.3板翅式换热器特点传热系数K传热系数K传热面积我国生产的铝质板翅换热器单位体积传热面积可达1500~500m2/m3，在同一设备中可允许2~9种介质同时换热，换热器最大尺寸可达1200*1200*7000mm（高宽长）传热面积传热温差例：板翅式空气冷却器原始参数：干燥空气进口温度140℃

；出口温度40℃；冷却水进口温度30℃

；出口温度35℃

；计算空气冷却器的平均传热温差传热温差例：结构隔板——1mm，导热热阻可以忽略翅片——0.2mm铝板冲压、滚轧而成封条——铝合金材料结构隔板——1mm，导热热阻可以忽略5空分的换热设备绪言5.1传热基本方式5.2间壁式换热器5.3板翅式换热器5.4蓄冷器5.5冷凝蒸发器5.6氮水预冷器5空分的换热设备绪言换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。取暖用的暖气散热片；汽轮机装置中的凝汽器；航天火箭上的油冷却器等。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。换热器发展史换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。主要功能：保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。主要功能：早期：简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。

早期：简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热二十世纪20年代：出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初：瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末：瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。

二十世纪20年代：出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。可分为混合式、蓄热式和间壁式三类混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换例如，化工厂和发电厂的凉水塔，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。

例如，化工厂和发电厂的凉水塔，热水由上往下喷淋，而冷空气自下蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。

蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交管式换热器以管子表面作为传热面（蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器）板面式换热器以板面作为传热面（板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等）其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器（如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器）管式换热器以管子表面作为传热面（蛇管式换热器、套管式换热器和混合式换热器：空冷塔、水冷塔、喷淋塔蓄热式换热器：蓄冷器，蓄热室间壁式换热器：热管，暖气片换热器分类：换热器分类： 混合式换热器操作的一个主要因素：使两种流体的接触面积尽可能大，以促使它们之间的热量交换。为了获得更大的接触面积，可在设备中放置搁栅或填料，有时也把液体喷成细滴。此类设备通常做成塔状。 混合式换热器操作的一个主要因素：蓄热式换热器是让两种温度不同的流体先后通过同一种固体填料的表面，如炼焦炉下方的蓄热室中放置的多孔格子砖和在制氧装置中所用的蓄冷器中的卵石等。首先让热流体通过，把热量蓄积在填料中，然后，当冷流体再通过时，将热量带走，这样在填料被加热和冷却过程中进行热流体和冷流体间的热量传递蓄热式换热器是让两种温度不同的流体先后通过同一种固体填料的表在使用这种换热器时，不可避免的会使两种流体有少量混合，且必然是成对的使用，即当一个通入热流体时，另一个则通入冷流体，并靠自动阀进行交替切换使生产连续进行。在使用这种换热器时，不可避免的会使两种流体有少量混合，且必然利用固体壁面将进行热量交换的两种流体隔开，使它们壁面进行传热，这种形式的换热器使用最广泛利用固体壁面将进行热量交换的两种流体隔开，使它们壁面进行传热管式换热器——以圆管为间壁板式换热器以板作为间壁板翅式换热器特殊式换热器——以特殊形状作为间壁管式换热器——以圆管为间壁5.1传热基本方式导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递对流：由于流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相对位移冷热流体相互掺混所引起的热量传递辐射换热：物体因为热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物质间热量传递——辐射换热5.1传热基本方式导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠5.2间壁式换热器

5.2.1传热基本方程式Q=KF△tQ——单位时间内两股流体所交换的热量WK——综合传热系数W/m2·KF——换热面积m2△t——冷热流体温度差△t=tf1-tf2

5.2间壁式换热器

5.2.1传热基本方程式Q=KF△传热过程：tf1tw1tw2tf2热流体——壁面1——壁面2——冷流体对流导热对流空分的换热设备对流热阻导热热阻对流热阻导热热阻5.2.2传热的实际计算平均温差△tm的计算传热量Q的计算传热系数K的确定5.2.2传热的实际计算平均温差实际传热过程中，冷热流体的温度沿换热面是变化的沿换热器高度方向的温差也不是常数，在运用方程时需引入平均温差概念。平均温差取决与以下四个因素1、换热器内流体的性质2、换热器两端冷热流体的温差3、冷热流体的流量比4、流体的相对流向平均温差实际传热过程中，冷热流体的温度沿换热面是变化的

顺流——两股流体平行同向流动逆流——两股流体平行逆向流动叉流——两股流体垂直交叉流动最小最大

居中流体相对流向平均温差最对数平均温差算术平均温差计算公式对数平均温差计算公式空分的换热设备其他复杂布置时的平均温差计算：其他复杂布置时的平均温差计算：热流体经换热器传递给冷流体的热量称为热负荷Q热负荷Q等于热流体失去的热量Q1等于冷流体得到的热量Q2热流体经换热器传递给冷流体的热量称为热负荷Q热负荷Q等于热流板式换热器传热系数计算圆管式换热器传热系数计算板式换热器传热系数计算例1有一台气体冷却器，气侧表面传热系数∂1=95W/（m2·K)壁面厚，水侧表面传热系数∂

2=5800W/（m2·K)。设传热壁看作平板，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数，并指出强化这一传热过程应从哪个环节入手？例1有一台气体冷却器，气侧表面传热系数∂1=95W/（m2·例2一