传热 传热速率方程及热负荷

化工单元操作模块二传热任务三传热速率方程、热负荷一、传热速率方程一、典型间壁式换热器及其传热过程1．套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2热流体T1T2冷流体t1t22．列管换热器

间壁式换热的传热过程

列管换热器的传热面积的计算：S＝nπdL

二、传热速率及热负荷一、热负荷

传热速率与热负荷的关系热负荷：生产上要求换热器单位时间传递的热量，即换热器的生产任务。传热速率：换热器单位时间能够传递的热量，换热器的生产能力。关系：传热速率≥热负荷应用：在换热器的选型或设计中，先设传热速率=热负荷，依Q=K·S·△tm

计算出面积，把面积作适当放大，据此选型或设计。1、热量衡算

对间壁式换热器，由热量守恒知：

Qh=Qc﹢QL

Qh——热流体放出的热量，kw；Qc——冷流体吸收的热量，kw；

QL——热损失，kw

热量衡算与热负荷的确定

②若热损失较大，不可忽略不计，则Qh＞Qc热流体冷流体热流体冷流体Qh(a)热流体走管内(b)冷流体走管内Qc

①若热损失较小，可忽略不计，则Qh=Qc

有两种情形：（黄色线代表换热面）2、热负荷的确定

换热器的传热速率指经过换热面积的热量，故：

图（a）：Q=Qh=Qc+QL

图（b）：Q=Qc=Qh-QL

即哪种流体走管程，就可取该流体的传热量作为换热器的热负荷。结论二、传热量的计算Qh=Wh(Ih1

–Ih2)Qc=Wc(Ic2

–Ic1)

1.焓差法Wh、Wc—热、冷流体的质量流量，kg/s；Ih1、Ih2—热流体的进、出口焓，kJ/kg；Ic1

、Ic2—冷流体的进、出口焓，kJ/kgQh=Wh·cph·(T1-T2)

Qc=Wc·cpc·(t2-t1)2、显热法cph

、cpc—热、冷流体的定压比热容，kJ/(kg·K)；T1、T2—热流体的进、出口温度，Kt1

、t2—冷流体的进、出口温度，K

定性温度的确定：流体进、出口温度的平均值：(T1+T2)/2或(t1+t2)/2流体在换热过程中无相变化时

Qh=Wh

·rhQc=Wc

·rc

3、潜热法（相变时）注意：流体在换热过程中即有相变化，又有温度变化时，可综合使用显热法、潜热法。对混和物，很难直接查取，可近似计算：

Bm=∑(Bi·xi)rh、rc——热、冷流体的汽化潜热，kJ/kg

【例1】在一套管换热器内用0.16

MPa的饱和蒸汽加热空气,饱和蒸汽的消耗量为10

kg/h,冷凝后进一步冷却到100℃,空气流量为420

kg/h,进、出口温度分别为30℃和80℃，空气走管程，蒸汽走壳程。试求1）热损失；2）换热器的热负荷？解：1）分析：要求热损失，必须先求出两流体的传热量：

①蒸汽的传热量

附录九查P=0.16MPa的饱和蒸汽的有关参数：

Ts=113℃，I1=2698.1kJ/kg。

附录八中查得100℃时水的焓I2=418.68kJ/kg

Qh=Wh(I1-I2)=(10/3600)×(2698.1-418.68)=6.33kw②

空气的传热量

tm=（30+80）/2=55℃

附录五中查得55℃时，Cpc=1.005kJ/（kg•K）.Qc=Wc×Cpc×(t2-t1)=(420/3600)×1.005×(80-30)=5.86kw

故热损失为QL=Qh-Qc=6.33-5.86=0.47kw2)因为空气走管程，热负荷应为空气的传热量，即：

Q=Qc=5.86kW【练习】在一精馏塔的塔顶冷凝器中，用30℃的冷却水将100Kg/h的乙醇－水蒸汽（饱和状态）冷凝成饱和液体，其中，乙醇含量为92％（质量分率），水为8％，冷却水的出口温度为40℃，试求该过程的冷却水消耗量。2013化工单元操作模块二传热任务三传热推动力一、恒温传热时的传热平均温度差恒温传热：换热过程中只发生相变；热流体温度T和冷流体温度t保持不变。Δtm=T－t

红色：沸腾T绿色：冷凝t二、变温传热时的传热平均温度差并、逆流时的传热平均温度差

tm——对数平均温度差，K。

t1、

t2——分别为换热器两端热、冷流体温度差，K。当

t1/

t2≤2时，可近似用算术平均值(

t1+

t2)/2代替对数平均值，其误差不超过4％。

【例3-2】在套管换热器内，热流体温度由90℃冷却70℃，冷流体温度由20℃上升到60℃。试分别计算：①两流体作逆流和并流时的平均温度差；②若操作条件下，换热器的热负荷为585W，其传热系数K为300W/(m2K)，两流体作逆流和并流时的所需的换热器的传热面积。

解：①传热平均推动力

逆流时热流体温度T

90℃ 70℃

冷流体温度t

60℃ 20℃

两端温度差

t

30℃50℃

tm＝（50+30）/2=40℃由于50/30<2，也可近似取算术平均值法，即：并流时：热流体温度T

90℃ 70℃

冷流体温度t

20℃ 60℃

两端温度差

t

70℃ 10℃②所需传热面积逆流时

并流时总结：相同的进出口温度，逆流推动力大于并流推动力，所需传热面积小错、折流时的传热平均温度差式中

t——与流体温度变化有关，R和P的函数先按逆流计算对数平均温度差

t

m，再乘以校正系数

t，【例3-3】在一单壳程、二管程的列管换热器中，用水冷却热油。水走管程，进口温度为20℃，出口温度为40℃，热油走壳程，进口温度为100℃，出口温度为50℃。试求传热平均温度差。解：先按逆流计算，即：

由图3-9a查得：

t＝0.89℃三、不同流向传热温度差的比较前提：热、冷流体的始、终温度相同。

①一侧恒温、一侧变温（此种情况下，平均温度差的大小与流向无关）

即：Δtm，逆＝Δtm错，折＝Δtm，并

②两侧均变温（此种情况下，平均温度差逆流时最大，并流时最小）即：Δtm，逆>Δtm错，折>Δtm，并【例3-4】在一传热面积S为50m2的列管换热器中，采用并流操作，用冷却水将热油从110℃冷却至80℃，热油放出的热量为400KW，冷却水的进、出口温度分别为30℃和50℃。忽略热损。①计算并流时冷却水用量和传热平均温度差；②如果采用逆流，仍然维持油的流量和进、出口温度不变，冷却水进口温度不变，试求冷却水的用量和出口温度。（假设两种情况下换热器的传热系数K不变）解：①并流时:

从附录中查得(30+50)/2=40℃下，水的比热容4.174kJ/(kg∙K)，则冷却水用量为：②

采用逆流:S、K及Q均不变，故有：Δtm＝51℃