,化 工 原 理,
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第五章 传 热第一节 概述第二节 热传导 离心沉降及设备第三节 对流传热第四节 两流体间的传热第五节 对流传热系数的关联式第六节 热辐射第七节 换热器第七节换热器一,换热器的类型及特点：直接式；蓄热式 夹套蛇管 沉浸间壁式 套管 喷淋列管式 壳体管束 管程隔板花板 壳程隔板顶盖二,换热器的强化
S? 管式 （ 细管 ）,翅片
tm? 严格逆流 （ 无相变 ）
u?,不易生垢垢 水质
K? 除垢
小处下手
,u?,湍流,内外沟流热管
mQ KS t
三,列管换热器的设计
WS1 T1 T2
WS2 t1
条件 管程,壳程允许的 Δp
体系物性,工业要求分两步?初选
校核
（ 一 ） 初选
1,计算热负荷
2,确定流体在换热器中流动途径：压力,
腐蚀,结垢处理等
3,确定 t2?型式
4,计算 u,保证湍流 （ 壳程数 ）
5,计算?tm ε?t > 0.8（ 壳程数 ）
6,由 K估 （ 实验,经验 ）?S估,定型号
（ 二 ） 核算
1,? p由设备尺寸等计算?p是否满足要求
（ 改变管,壳程 ）
2,计算?i,?o,估计 R,?i,?o不可小于
K估,否则改变管,壳程,或换型号 。
3,计算?tm
4,S实 ＝ 1.15~1.2S估
5－ 65 水溶液 t1＝ 20℃,要求,t2＝ 60℃
VS=35m3/h 蒸汽加热 0.3MPa（绝压）
H=4m，液面上压力为 0.03MPa（表压）
全部管路均为?76× 3mm,Le =200m
换热器阻力,Le’=100m(?76× 3mm)
换热器 双管程?25× 2.5mm，
90根管 L＝ 2m
水泵 3B57A水泵
a）换热器是否可用,VS=35m3/h时 t2=?
b）泵是否满足要求?
c）实际流量为多少,t2=?
d）仍需 35m3/h如何调节，轴功率为多少？
物理数据：
1,核算换热器：
3
3
4 2 2
1 0 0 0 / 0,6 / 4 0 0 0 /
1 1 0 0,0 2
1,2 1 0 / 0,0 0 1 /
4 5 /
p
S
k g m w m K c J k g k
P a s
w m K R m K w
w m K
磨擦冷凝钢管
2
3 5 1
0,6 8 8 m /s
3600 ( 0,0 2 ) 4 5
4
u
R e / 13760 P r / 6.67pu d C
可以选用
0,8 0,4 20,60,0 2 3 1 3 7 6 0 6,6 7 3 0 2 1 /
0,0 2i
w m K
0
2
4
3
2
1
1517
1 25 0.0025 25 1
0.0001
3021 20 45 22.5 1.2 10
35 1000
4 10 20 1517 0.025 2 90
3600
n d L
m
wK
mK
Q t t
22
2
2
1 3 3 1 3 3
2 0 2 0
1131 1 3 1 3 3
ln
133
m
tt
t
t
t
0
2 67,9tC?
2、核算泵,?求管路特性曲线：
根据泵特性曲线,Q=35m3/h H=43m(水柱 )
可以选用
423 10 300
4 0.02 1.5
1000 9.81 0.07 2 9.81
uH
2
2 2 2 2/ 3 6 0 0 0,0 7 7,0 6 0,0 2 3
4
u Q H Q
33 5 /Q m h? 27,0 6 0,0 2 3 3 5 3 5,3Hm （水柱）
3,实际流量及 t’2
求管路特性曲线与泵特性曲线交点：
3
0,8
0,8
2
'2
4
3
2
39 /
39
39
30 21 32 94 /
35
35
1
16 01 /
1 25 0,00 25 25 1
0.0001
32 49 20 45 22,5 1,2 10
39 10 00
4 10 20 16 01 0,02 5 2 90
3600
i
i
i
m
Q m h
w m K
K w m K
Q t t
实
0
2 65.97tC
例,NH3饱和蒸汽在套管换热器中冷凝、冷却,22℃ 冷凝,22℃ － 15℃ 冷却，
wS1=158kg/h（管间），水在管内 t1=12℃,
t2＝ 20℃,u=1m/s （合适）
内管?38× 3.5mm,外管?57× 3mm.
1
2 8 2 1,1 4
8700
600
0,0 0 0 8
p
rc
R
2
p2 冷凝
2
冷却
2
总千卡/ 公斤,千卡/ 公斤℃,
c = 1 千卡/ 公斤℃,千卡/ 米 小时℃，
＝ 千卡/ 米 小时℃,
米 小时℃/ 千卡,求S
计算热负荷 Q
冷凝段 Q1=158× 282=44500千卡 /小时冷却段 Q2=158× 1.14(22-15)=1260千卡 /小时
Q=Q1+Q2=45760千卡 /小时
求 wS2(水 )
求冷却水中间温度：
2 2 2 1/ 4 5 7 6 0 / 1 (2 0 1 2 ) 5 7 2 0 /Spw Q c t t k g h
01 2 2 2 0,1 2,2S p x xQ w c t t C
求平均温差,冷凝段 冷却段求 αi
速度过高,取平行两套管,u=1.06m/s
0
1
2 2 2 2
2 0 1 2,2
2 9,8
4,9 1
m
tC
0
2
22 15
12,2 12
9,8 3
5,74
m
tC
2
5 7 2 0 / 1 0 0 0 / 3 6 0 0
2,1 2
0,0 3 1
4
mu
s
求 K
03
4
0,8 0,4
( 12 20 ) / 2 16 1,11 10
0,15 Re 29 60 0 10,Pr 7,84
0.51
0,02 3 Re Pr 32 56
0.031
i
t C P a s?
2
千卡/米 小时 ℃
千卡/米 小时℃
1
1
2
2
1 1 0,0 3 8 1
0,0 0 0 8 7 7 4
0,0 3 1 8 7 0 0
1 1 0,0 3 8 1
0,0 0 0 8 3 5 2
0,0 3 1 6 0 0
i
i
K
K
K
K
2
2
千卡/ 米 小时℃
千卡/ 米 小时℃
求 S 21
1
11
22
2
22
2
12
1 1,7 1
0,6 2
1 2,3 3
m
m
Q
Sm
Kt
Q
Sm
Kt
S S S m
；
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第五章 传 热第一节 概述第二节 热传导 离心沉降及设备第三节 对流传热第四节 两流体间的传热第五节 对流传热系数的关联式第六节 热辐射第七节 换热器第七节换热器一,换热器的类型及特点：直接式；蓄热式 夹套蛇管 沉浸间壁式 套管 喷淋列管式 壳体管束 管程隔板花板 壳程隔板顶盖二,换热器的强化
S? 管式 （ 细管 ）,翅片
tm? 严格逆流 （ 无相变 ）
u?,不易生垢垢 水质
K? 除垢
小处下手
,u?,湍流,内外沟流热管
mQ KS t
三,列管换热器的设计
WS1 T1 T2
WS2 t1
条件 管程,壳程允许的 Δp
体系物性,工业要求分两步?初选
校核
（ 一 ） 初选
1,计算热负荷
2,确定流体在换热器中流动途径：压力,
腐蚀,结垢处理等
3,确定 t2?型式
4,计算 u,保证湍流 （ 壳程数 ）
5,计算?tm ε?t > 0.8（ 壳程数 ）
6,由 K估 （ 实验,经验 ）?S估,定型号
（ 二 ） 核算
1,? p由设备尺寸等计算?p是否满足要求
（ 改变管,壳程 ）
2,计算?i,?o,估计 R,?i,?o不可小于
K估,否则改变管,壳程,或换型号 。
3,计算?tm
4,S实 ＝ 1.15~1.2S估
5－ 65 水溶液 t1＝ 20℃,要求,t2＝ 60℃
VS=35m3/h 蒸汽加热 0.3MPa（绝压）
H=4m，液面上压力为 0.03MPa（表压）
全部管路均为?76× 3mm,Le =200m
换热器阻力,Le’=100m(?76× 3mm)
换热器 双管程?25× 2.5mm，
90根管 L＝ 2m
水泵 3B57A水泵
a）换热器是否可用,VS=35m3/h时 t2=?
b）泵是否满足要求?
c）实际流量为多少,t2=?
d）仍需 35m3/h如何调节，轴功率为多少？
物理数据：
1,核算换热器：
3
3
4 2 2
1 0 0 0 / 0,6 / 4 0 0 0 /
1 1 0 0,0 2
1,2 1 0 / 0,0 0 1 /
4 5 /
p
S
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P a s
w m K R m K w
w m K
磨擦冷凝钢管
2
3 5 1
0,6 8 8 m /s
3600 ( 0,0 2 ) 4 5
4
u
R e / 13760 P r / 6.67pu d C
可以选用
0,8 0,4 20,60,0 2 3 1 3 7 6 0 6,6 7 3 0 2 1 /
0,0 2i
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0
2
4
3
2
1
1517
1 25 0.0025 25 1
0.0001
3021 20 45 22.5 1.2 10
35 1000
4 10 20 1517 0.025 2 90
3600
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m
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Q t t
22
2
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1 3 3 1 3 3
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ln
133
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t
t
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0
2 67,9tC?
2、核算泵,?求管路特性曲线：
根据泵特性曲线,Q=35m3/h H=43m(水柱 )
可以选用
423 10 300
4 0.02 1.5
1000 9.81 0.07 2 9.81
uH
2
2 2 2 2/ 3 6 0 0 0,0 7 7,0 6 0,0 2 3
4
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33 5 /Q m h? 27,0 6 0,0 2 3 3 5 3 5,3Hm （水柱）
3,实际流量及 t’2
求管路特性曲线与泵特性曲线交点：
3
0,8
0,8
2
'2
4
3
2
39 /
39
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30 21 32 94 /
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1
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1 25 0,00 25 25 1
0.0001
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39 10 00
4 10 20 16 01 0,02 5 2 90
3600
i
i
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Q m h
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实
0
2 65.97tC
例,NH3饱和蒸汽在套管换热器中冷凝、冷却,22℃ 冷凝,22℃ － 15℃ 冷却，
wS1=158kg/h（管间），水在管内 t1=12℃,
t2＝ 20℃,u=1m/s （合适）
内管?38× 3.5mm,外管?57× 3mm.
1
2 8 2 1,1 4
8700
600
0,0 0 0 8
p
rc
R
2
p2 冷凝
2
冷却
2
总千卡/ 公斤,千卡/ 公斤℃,
c = 1 千卡/ 公斤℃,千卡/ 米 小时℃，
＝ 千卡/ 米 小时℃,
米 小时℃/ 千卡,求S
计算热负荷 Q
冷凝段 Q1=158× 282=44500千卡 /小时冷却段 Q2=158× 1.14(22-15)=1260千卡 /小时
Q=Q1+Q2=45760千卡 /小时
求 wS2(水 )
求冷却水中间温度：
2 2 2 1/ 4 5 7 6 0 / 1 (2 0 1 2 ) 5 7 2 0 /Spw Q c t t k g h
01 2 2 2 0,1 2,2S p x xQ w c t t C
求平均温差,冷凝段 冷却段求 αi
速度过高,取平行两套管,u=1.06m/s
0
1
2 2 2 2
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2 9,8
4,9 1
m
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0
2
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9,8 3
5,74
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2,1 2
0,0 3 1
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求 K
03
4
0,8 0,4
( 12 20 ) / 2 16 1,11 10
0,15 Re 29 60 0 10,Pr 7,84
0.51
0,02 3 Re Pr 32 56
0.031
i
t C P a s?
2
千卡/米 小时 ℃
千卡/米 小时℃
1
1
2
2
1 1 0,0 3 8 1
0,0 0 0 8 7 7 4
0,0 3 1 8 7 0 0
1 1 0,0 3 8 1
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千卡/ 米 小时℃
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