第六章传热及传热设备

第六章 传热

一、填空题

1. 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90 ℃，出口温度为50 ℃，冷水进口温度为15 ℃，出口温度为53 ℃，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性相同，则热损失占传热量的 ________。

2. 100℃的热水在一钢管内流过，钢管暴露在大气中，大气温度为20℃，则钢管壁的温度大约是 ℃，产生上述答案的理由说明如下： 。

3. 圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1，α2以及间壁导热系数λ的关系为_________。当间壁管规格为φ108×4，导热系数为45W·m-1·K-1时，管内外两侧的对流传热系数分别为8 000 W·m-2·K-1和1200 W·m-2·K-1时，总传热系数K1=_____ W·m-2·K-1，总传热系数K2=_______ W·m-2·K-1。

4．用常压蒸馏塔的塔底重油加热原油。重油的初始温度为300℃，最终温度为220℃；原油的初始温度为25℃，最终温度为180℃；若采用并流操作，其平均温差为____，若采用逆流操作，其平均温差为_____。由上述结果可知：当热交换双方流体无相变，且进出口温度不变时，采用___操作的传热平均温差比___操作的传热平均温差大，对热交换有利。

二、选择题

1. 有一套管换热器，在内管中空气从20℃被加热到50℃，环隙内有120℃的水蒸气冷凝，则内管壁的温度接近 ℃。

(A) 35 (B) 77.5 (C) 120 (D) 100

2. 冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的K ，mt 。

A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定

第六章 传热学作业

1.在一列管换热器中，用初温为30℃的水将橘汁由120℃冷却到70℃，已知橘汁和水的流量分别为1×104（kg/h）和1.4×104（kg/h）。比热容分别为0.52（kcal/kg·℃）和0.46（kcal/kg·℃），传热系数K=100（kcal/m2·h·℃）试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。

2.在并流换热器中，用水冷却奶油。水的进出口温度分别为15℃和40℃，奶油的进出口温度分别为120℃和100℃。现因生产任务要求奶油的出口温度降至80℃，设奶油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求？设换热器的热损失可忽略。

3.有一立式单管程列管换热器，其规格如下：管径φ25×2.5mm，管长3m，管数30根。现用该换热器冷凝冷却CS2饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃。CS2走管外，其流量为250kg/h，冷凝潜热为356kJ/kg，液体CS2的比热为1.05kJ/(kg·℃)。水走管内与CS2呈逆流流动，冷却谁进出温度分别为5℃和30℃。已知CS2冷凝和冷却时传热系数（以外表面积计）分别为和。问此换热器是否合用？

第六章 塔设备

第一节 塔设备的应用及类型

一、塔设备应用

在炼油、化工、轻工及医药等工业生产中，气、液或液、液两相直接接触进行传质传热

的过程是很多的，如精馏、吸收、萃取等，这些过程都是在一定的设备内完成的。由于过程

中介质相互间主要发生的是质量的传递，所以也将实现这些过程的设备叫传质设备，从外形上看这些设备都是竖直安装的圆筒形容器，高径比较大，形状如“塔”，故习惯上称其为塔

设备。 塔设备为气、液或液、液两相进行充分接触创造了良好的条件，使两相有足够的接触时

间、分离空间和传质传热的面积，从而达到相际间质量和热量传递的目的，实现工艺要求。

所以塔设备的性能对整个装置的产品质量、生产能力、消耗定额和环境保护等方面都有着重大的影响。

在化工和石油化工生产装置中，塔设备的投资费用约占全部工艺设备总投资的25%，在炼油和煤化工生产装置中约占35%；其所消耗的钢材重量在各类工艺设备中所占比例也是比

较高的，如年产250万吨常减压蒸馏装置中，塔设备耗用钢材重量约占45%，年产30万吨

乙烯装置中约占27%。可见塔设备是炼油、化工生产中最重要的工艺设备之一，它的设计、研究、使用对炼油、化工等工艺的发展起着重要的作用。

二、塔设备的一般要求

工业生产上对于塔设备具有一定的要求，概括起来有下列几个方面。

（1）生产能力要大，即单位塔截面上单位时间内的物料处理量要大。

（2）分离效率要高，即达到规定分离要求的塔高要低。 （3）操作稳定，弹性要大，即允许气体和（或）液体负荷在一定的范围内变化，塔仍能

正常操作并保持较高的分离效率。 （4）对气体的阻力要小，这对于减压蒸馏尤为重要。

（5）结构简单，易于加工制造，维修方便，耐腐蚀等。 任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此必须了解各种塔设备的特点并结合具体的工

艺要求，抓住主要矛盾以选择合适的塔型。

三、塔设备的分类

从不同的角度认识塔设备有不同的类型。按工艺用途可分为精馏塔、吸收塔、萃取塔、

1

第六章 传热设备

6-1传热设备类型

一. 按用途分：

1)热量输入设备： ●加热器

●蒸发器

●再沸器

2) 热量输出设备： ●冷凝器

●冷却器

二. 按接触状态分：

1)间接接触式，应用最广泛

2)直接接触式

3)蓄热式 参见图6-1

图6-1 蓄热式换热器

图6-2 夹套式换热器

三. 按传热特征分：

1. 间壁式

传热的冷热流体用金属、石墨等壁面隔开，通过壁面导热和流体对流进行热量传递，用得最多。按结构的不同，间壁式换热器又可分为

1)夹套式

其结构如图6-2所示。广泛应用于反应器的加热或冷却。其优点是：结构简单，特别适合于釜式反应器的热交换。其缺点是传热面积小，不耐高压，作冷却器用时通冷却水，对流传热系数较小。

2）蛇管式换热器

a 沉浸式

沉浸式换热器沉浸于热交换的流体中，如图6-3所示。某些电加热器即做成蛇管沉浸式 2 换热器。

优点：可做成任意形状，结构简单，耐高压，便于防腐。

缺点：传热面积小，控制热阻为管外流体的对流传热系数，较小。通过管外搅拌可提高传热系数。

b 喷淋式

喷淋式换热器如图6-3所示。常用于冷却或冷凝管内流体，管外用自来水喷淋，化肥厂

图6-3 沉浸式换热器 图6-4 沉浸式换热器

中可见使用。

优点：结构简单，造价低，耐高压，装在室外便于检修和清洗。

缺点：喷淋不均匀造成传热不均匀。

3．套管式换热器

各程可串联成一组使用，如图6-5所示。还可将若干组并联使用。