第4章_混合式热交换器【《热交换器原理与设计》课件】
54页1、4 混合式热交换器,混合式热交换器是冷、热流体直接接触进行传热。这种传热方式避免了传热间壁及其两侧污垢的热阻。只要流体间接触情况良好,就有较大的传热速率。 按用途分: 1. 冷水塔(或称冷却塔) 2. 气体洗涤塔(或称洗涤塔) 3. 喷射式热交换器 4. 混合式冷凝器,4.1 冷水塔,自然通风冷却塔,4.1.1 冷水塔的类型和构造 冷却塔通过热水在塔内喷淋,与周围空气进行热交换 (包括显热交换和水蒸发潜热交换),使水温度降低。,图4.1 各种湿式冷水塔示意图 1 配水系统;2 淋水装置;3百叶窗;4 集水池; 5 空气分配区;6 风机;7 风筒;8 收水器,湿式冷却塔结构示意图,干式冷却塔结构示意图,冷水塔,一般包括如下几个主要部分: 1. 淋水装置:又称填料,作用在于将进塔的热水尽可能形成细小的水滴或水膜,以增加水和空气的接触面积,延长接触时间,增进水气之间的热质交换。根据水呈现的形状分为点滴式、薄膜式及点滴薄膜式三种。 2. 配水系统:将热水均匀地分配到整个淋水面上,使淋水装置发挥最大的冷却能力。常用的有槽式、管式和池式三种。 3. 通风筒:冷水塔的外壳,气流的通道。作用在于创造良
2、好的空气动力条件,将湿热空气排出,减少或避免湿热空气回流。自然通风冷水塔一般很高,有的达150 m以上;机械通风冷水塔一般在10 m左右。,(a) 倾斜式 (b) 棋盘式 (c) 方格式 (d) 阶梯式 图4.2 点滴式淋水装置板条布置方式,图4.3 薄膜式淋水装置的四种结构,(a) 小间距平板淋水填料,(b) 石棉水泥板淋水填料,(c) 斜波交错填料,(d) 蜂窝淋水填料,图4.4 铅丝水泥网板淋水装置(单位:mm),图4.5 槽式配水系统,图4.6 旋转布水的管式配水系统,图4.7 池式配水系统,1. 吸声措施:吸声材料 及吸声栅。 2. 减速装置。 3. 电机。 4. 风机。 5. 旋转布水器:铝合金或玻璃钢布水管,装有收水板,克服飘水现象。 6. 填料:改性PVC余波 片,阻力小,阻燃。 7. 吸声设施:吸声材料 及吸声栅。 8. 支架。 9. 下塔体:可配溢水, 排污,自动给水管。 10. 进风窗。 11. 上塔体。,4.1.2 冷水塔的工作原理 水蒸发产生的传热量: Q = p (p p)F 汽化潜热,kJ/kg; p以分压差表示的传质系数,kg/(m2.s.Pa) 水和空
3、气温度不等导致接触传热:Q =(t )F 接触传热的换热系数,kW/(m2.) 当水温高于气温时,Q 和Q都是由水向空气传热, 水放出总热量为:Q=Q +Q 水温下降 当水温下降到等于空气温度时,Q =0 这时Q=Q 蒸发散热Q仍在进行 当水温下降到低于气温时,Q 为空气流向水, 水放出热量为:Q=Q Q 当水温下降到某一程度,空气传向水的Q 等于水传向 空气的Q,这时:Q=Q Q =0,此时水温为水的冷却极限,此冷却极限与空气湿球温 度()近似相等。水出口温度越接近 ,所需冷却设备 越庞大,故生产中要求冷却后的水温比 高35 。 水温冷却到极限 时,Q 和Q 之间的平衡可表示为: ( )F = p (p p)F p 温度为 时的饱和水蒸气压力,Pa; 为推导和计算方便,分压力差可用含湿量差代替, p以含湿量差表示的传质系数 x代替,故Q可写成: Q = x (x x)F Q 和Q 间的平衡:( )F = x (x x)F x 以含湿量差表示的传质系数,kg/(m2.s); x 与 相应的饱和空气含湿量,kg/kg; x空气的含湿量,kg/kg。,水在塔内的接触面积F:薄膜式中取决于填
4、料的表面积;点滴式中取决于流体的自由表面积;具体确定此值十分困难。对某特定淋水装置,一定量的淋水装置体积相应具有一定量的面积,称为淋水装置的比表面积,以 (m2/m3)表示。实际计算改用淋水装置体积以及与体积相应的传质系数 xv 和换热系数 v,于是: xv= x a,kg/(m3.s);v=a,kW/(m3.) 总传热量为:Q =v (t )V+ xv (xx)V,1)迈克尔焓差方程 取逆流塔中某一微段dZ,设该微段内的水气分布均匀。 进入微段的总水量为L,其水温为t+dt,经热质交换,出水温度为t,蒸发掉的水量为dL。 进入微段的空气量为G,气温为 ,含湿量为 x,焓为 i 。与水进行热交换后温度、含湿量及焓分别为+d、x+dx、i+di。 接触传热与蒸发散热量之和:,图4.9 逆流式冷水塔中的冷却过程,dQ=(t)AdZ+x(xx)AdZ,4.1.3 冷水塔的热力计算,或:dQ=(/x t+rx) (/x+rx)xaAdZ 式中:a填料的比表面积,m2/m3; A塔的横截面积,m2; Z塔内填料高度,m; x、x水温t下的饱和空气 含湿量及与水接触的空气含湿量,kg/kg。 代入
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