换热器顺流和逆流方式应用效果比较

传热，即热传递，是自然界和工程技术领域极普遍的一种传递过程。

在化工过程经常遇到两流体之间的换热问题，换热器是传热过程中最主要的设备。根据传热过程中冷、热流体热交换可分为3 种基本方式，即直接混合式、蓄热式和间壁式，每种传热方式所用换热设备的结构也各不相同。本文着重研究间壁式换热的应用效果，其中管壳式换热器壁式换热应用最为广泛，结构见图1～4。

甲烷氯化物， 在精馏工段广泛采用U型管式（固定管板和圆块孔居多）换热器冷凝自精馏塔塔顶的物料。实际分两级或三级冷却，且冷媒乙二醇水作循环利用，以满足工艺温差需要。本文着重研究冷凝三氯甲烷时的工况。

1 冷却介质顺流时冷凝器各设计参数计算

换热面积及冷凝水用量计算：

冷凝器的物料中99.99%是三氯甲烷，进料量为1603.1250kg/h。冷介质用-5℃乙二醇水，进口温度t1=-5℃，出口温度t2=30℃，物料在65.5 ℃时冷凝成液相，然后再由T1=65.5℃冷却至T2=35℃。

则平均温差为：65.5→35℃，-5/70.5→30℃/5。

Δtm=[（T1-t1）-（T2-t）]/ln[（T1-t1）/（T2-t2）]

={[65.5-（-5）]-（35-30）}/ln（70.5/5）

=4.65（℃）

查得65.5 ℃时三氯甲烷的汽化潜热

r潜=59 kcal/kg，平均温度50.25 ℃下三氯甲烷的液体热容：

Cp=0.236 kcal/（kg·℃）

Q=n[r潜+Cp（T2-T1）]=1 603.1250×[（59+0.236×30.5）]=106123.6688（kcal/h）

未计算热量和热损失按潜热的10％考虑，则冷却器热负荷为：

Qc=1.1×106123.668 8=116736.0356（kcal/h）

取K=150 kcal/（m2·h·℃），则所需换热面积为：

A=QC/（K·Δtm）=116 736.0356/（150×4.65）=167.3635（m2）

-5℃进水的Cp=1kcal/（kg·℃），密度为999.840 kg/m3，则用量为：

WC=QC/[Cp（t2-t1）]=106123.6688/（1×35）=3032.1048（kg/h）

VC=WC/ρc=3032.1048/999.840=3.0326（m3/h）

取水管流速为uc=2 m/s，则管径为：

d=[4Vc/（3 600×π·uc）]1/2 =0.023（mm）

选用DN25 的管子。

2 冷却介质逆流时冷凝器各设计参数计算

换热面积及冷凝水用量计算

冷凝器的物料中99.99%是三氯甲烷，进料量为1603.1250 kg/h。冷介质用-5 ℃乙二醇水，进口温度t1=-5℃，出口温度t2=30℃，物料在65.5℃时冷凝成液相，然后再由T1=65.5 ℃冷却至T2=35 ℃。

则平均温差为：65.5 → 35 ℃

30/35.5 ← -5 /40℃

Δtm=[（T1-t2）-（T2-t1）]/ln[（T1-t2）/（T2-t1）]

={（65.5-30）-[35-（-5）]}/ln（35.5/40）℃=37.71（℃）

查得65.5 ℃时三氯甲烷的汽化潜热

r潜=59 kcal/kg，平均温度50.25 ℃下三氯甲烷的液体热容：

Cp=0.236 kcal/（kg·℃）；

Q=n[r 潜+Cp（T2-T1）]=1 603.125 0 kg/h×[（59+0.236×30.5）]=106 123.668 8（kcal/h）。

未计算热量和热损失按潜热的10％考虑，则冷却器热负荷为：

Qc=1.1×106123.668 8=116736.0356（kcal/h）。

取K=150 kcal/（m2·h·℃），则所需换热面积为：

A=QC/（K·Δtm）=116 736.035 6/（150×37.71）=20.6375（m2）

-5℃进水的Cp=1 kcal/（kg·℃），密度为999.840 kg/m3，则用量为：

WC=QC/[Cp（t2-t1）]=106123.6688/（1×35）= 3032.1048（kg/h）；

VC=WC/ρc=3032.1048/999.840=3.0326（m3/h）

取水管流速为uc=2m/s，则管径为：

d=[4Vc/（3600×π·uc）]1/2=0.023（mm）。

选用DN25 的管子。工作参数见表1。

可见，采用逆流交换方式，换热面积明显较顺流低。逆流工作效率更高，故选择逆流方式为优。