物料换热操作-换热器热负荷及传热系数的确定（化工单元操作课件）

项目二物料换热操作任务四换热器的热负荷及传热系数的确定一、热负荷与传热速率1.热负荷化工生产中为达一定生产目的，将热流体和冷流体在换热器内进行换热，换热器单位时间内需要（必须）完成的传热量。取决于生产任务，生产任务指标2.传热速率换热器单位时间内能够传递的热量。标志换热器的生产能力3.关系传热速率≥热负荷二、热负荷计算1.热量衡算热流体放出的热量=冷流体吸收的热量Q=Qh=Qc2.显热法（比热容法）Qh=WhCp、h（T1-T2）Qc=WcCp、c（t2-t1）两流体均无相变定压热容：压强不变条件下，1kg物质温度改变1K或1℃所吸收或放出的热量，用Cp表示。Qh=Qc单位：KJ/Kg热流体Wh,Cph,T1,H1冷流体Wc,Cpc,t1,h1t2,h2T2,H2二、热负荷计算3.潜热法Qh=WhrhQc=WcCp、c（t2-t1）一侧流体有相变（如饱和蒸汽冷凝）冷流体无相变潜热：温度不变时，单位质量（1kg）的某液体汽化过程中所吸收的热量，用rh表示。Qh=Qc单位：KJ/Kg·℃或KJ/Kg·K热流体Wh,Cph,T1,H1冷流体Wc,Cpc,t1,h1t2,h2T2,H25【例1】将0.417㎏/s、80℃的硝基苯，通过一换热器冷却到40℃，冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃。如热损失可以忽略，试求该换热器的热负荷及冷却水用量。解：查得硝基苯和水的比热分别为1.6kJ/(kg·K)和4.187kJ/(kg·K)

Qh＝Wh

cph(T1一T2)

＝0.417×1.6×103×(80－40)＝26.7kW(2)热损失QL可以忽略时，冷却水用量可以Q＝Qh＝Qc计算：

Q＝Whcph(T1一T2)＝Wc

cpc(t2－t1)

26.7×103＝Wc×4.187×103(35－30)

Wc＝1.275㎏/s＝4590㎏/h≈4.59

m3/h【例1】将0.417㎏/s、80℃的硝基苯，通过一换热器冷却到40℃，冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃。如热损失可以忽略，试求该换热器的热负荷及冷却水用量。实例：例1：在换热器中，欲将3000kg/h的乙烯气体从120℃降至60℃，冷却水进口温度为30℃，进出口温差控制在10℃以内，试求该过程中冷却水的消耗量。（已知：C冷=4.183KJ/Kg·℃，C热=1.222KJ/Kg·℃）例2：在一列管式换热器中，用300kPa的饱和水蒸气加热并汽化某溶液（水蒸气仅放出冷凝潜热），液体的比热容为4.2KJ/（Kg·K），,进口温度为50℃，其沸点为80℃，汽化潜热为2200KJ/Kg，液体的流量为1000kg/h，不计热损失，试求加热蒸汽的消耗量。实例：例1：在某冷凝器内，以298K的冷却水来冷凝某精馏塔内上升的有机物的饱和蒸汽，已知有机物蒸汽的温度为368K，冷却水的出口温度为323K，试求冷、热流体的平均温差。例2：某冷、热两种流体在一列管式换热器内换热，已知热流体的进口温度为473K，被降至出口温度为413K，冷流体从303K的进口温度升至出口温度为353K，试分别计算并流和逆流时冷热流体的平均温差，并比较两结果。1.取经验值热流体冷流体传热系数K/〔W/(m2∙K)〕水水850～1700轻油水340～910重油水60～280气体水17～280水蒸汽冷凝水1420～4250水蒸汽冷凝气体30～300低沸点烃类蒸汽冷凝（常压）水455～1140高沸点烃类蒸汽冷凝（减压）水60～170水蒸汽冷凝水沸腾2000～4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455～1020水蒸汽冷凝重油沸腾140～425三、传热系数的测定与估算三、传热系数的测定与估算2.生产现场测定

在冷、热流体的进出口管路上各装一温度计，在两种流体的出口处各装一流量计，根据计算出的热负荷Q，平均温度差Δtm，实际测定的传热面积A，通过传热速率方程式Q=KAΔtm，即可计算出该设备的K值。

实验室用蒸汽在一套管换热器中加热空气，空气走管程。测出蒸汽的压力Ｐ，即得其温度Ｔ；测出空气的流量Ｗ及进、出口温度t1、

t2，由三、传热系数的测定与估算2.生产现场测定

例题：列管式换热器中用热空气来加热冷水，其换热面积为10m2，实际测得冷流体的流量为0.8kg/s，进口温度为295K，出口温度为338K，热流体进口温度为370K，出口温度为342K，查得水的平均比热容为4.18KJ/(kg·K)，计算该换热器的传热系数。三、传热系数的测定与估算3.理论计算法

列管式换热器中的管子仁义截面的管壁换热是由热流体的对流传热、间壁（包括垢层）的热传导、冷流体的对流传热三个阶段组成。(假设热流体走管程，冷流体走壳程)（1）热流体对壁面的对流传热

(2)间壁面内的热传导

三、传热系数的测定与估算3.理论计算法（3）壁面对冷流体的对流传热

则总过程：

四、污垢热阻对传热系数的影响

换热器在使用过程中，传热壁面常有污垢形成，对传热产生