空分预冷系统概览上课讲义

空分设备的换热

一、换热的设备按原理分类，可分为三类：

1、混合式换热：冷热流体通过直接接触进行热量交换，故亦称直接接触式换热器。

空分中水冷塔、空冷塔就属于这种类型。

2、蓄热式换热器

冷热流体交替通过传热表面。当冷流体通过时将冷量(或热量)贮存起来，而后热流体(或冷流体)在将气量取出。

3、间壁式换热器(亦称间接式换热器)

冷热流体被固体传热表面隔开，而热量的传递通过固体传热面进行的。

间壁式换热器按其传热面的结构又分为：管式换热器、板式换热器、板翅式换热器及特殊型换热器。

二、传热的基本方式

热量从高温物体向低温物体传递有三种基本方式：即传导、对流、辐射。

1、传导传热

热传导亦称导热，是直接接触物体各部分之间的传热现象。

①在液体和固体中热量的转移时依靠分子的碰撞。

②固体金属主要依靠自由电子的运动。

③气体则主要依靠分子的不规则运行。

2、对流传热

由于流体(液体或气体)本身流动，将热量从流体一部分传递到另

一部分的现象称为对流传热。其热量是依靠流体流动的位移而进行的。

3、辐射传热

辐射是指热量不借任何介质传递，而直接由热源以电磁波形式辐射出来被另一物体部分或全部吸收而转变为热能。

三、板翅式换热器

板翅式换热器是一种全铝金属结构新型组合式间壁换热器。它结构紧凑，平均温差很小，在单位体积内的传热面积很大，传热效率高达98%~99%，同时使有色金属的消耗为零。而且启动快，实属高效新型换热器。

1、板翅式换热器的结构

板翅式换热器的板夹基本结构。如图：它由隔板、板片、封条三部分组成。

板片的机构形式有：光直性版板片、锯齿形板片、多孔性板片。

板夹要构成一个实际的换热器(叫一个单元)，还需要封条位置的布置。

四、冷凝蒸发器

冷凝蒸发器是联系上下塔的重要换热设备。(是产生相变的热换热设备)。

常见的有板式和管式两种。

它是由板式单元组合成的全铝结构容器。

五、氮水预冷器

氮水预冷器安装在保冷箱外是常温换热器。它的作用是利用污氮

氮水的不饱和度冷却水，而后通过水在冷却加工空气体，即降低加工空气的温度，同时减少加工空气饱和含水量。

其次，在空气冷却塔中，空气和水直接接触，即换热又受到洗涤，能够清除空气中的灰尘，溶解一些有腐蚀性的杂质气体，如H2S、SO2、SO3等，可避免板翅式可逆式换热器全铝合金材质的腐蚀，延长使用寿命。由于空气容积较大，对加工空气还起到缓冲作用，使空压机切换时不宜超压。

饱和空气中水分含量只取决于温度，因此空气虽然经过的喷淋，但温度降低了，因此水分含量不是增加而是减少。这对分子筛吸附及其重要。通常分子筛纯化器吸附要求是加工空气入纯化器的温度为8~10℃，为此，空冷塔采用两级喷淋，一级为常温水，二级为喷淋用冷冻水，其水温为5℃左右。常温水经氟利昂制冷机冷却而成为冷冻水。

影响氮水预冷器降低温效影响因素有很多。诸如：喷淋水量、喷淋设备结构、筛板孔径板数或者填料选择等。

三、传热传质原理及设备

一、概述

1、热量传递的条件和方向

凡是不同物体之间或同一物体不同部位存在温差(即t1-t2＞0)就有热传递，而热量传递总是自由的由高温物体传向低温物体。从上述得出结论：“凡有温差存在，就有热量传递”。

2、换热器的分类

工业上凡是热量由热流体传递给第六题的设备称作热交换，简称

换热器。

热交换的分类有很多方法。如按使用目的进行分类，可分为冷却器、加热器、蒸发器、冷凝器等

按结构分：可分为管壳式散热器(它又分为列管式、盘管式、套管式)和板式换热器(它又分为板翅式、板片式、螺旋板式)。

按材料分：可分为金属换热器(它又分为铜、铝、钢)和非金属换热器(它又分为玻璃、陶瓷、塑料、石墨等)。

空分设备按工作原理可分为：间壁式换热器、蓄热式换热器和混合式换热器三大类。

3、低温换热器的特点

①传热过程多数在小温差下进行。

②要求流动阻力小。

③气体温度接近饱和线时，物理性质变化较大，应采用积平均温差来计算传热温差，以提高计算精度。

④低温换热器所用材料要求在低温下有良好的机械能力。

⑤低温换热器应结构紧凑、体积小、质量小。

⑥换热器跑冷损失直接影响设备情况，所以应采取有效保冷措施。

二、液体流动与对流放热

1、液体流动状态

液体有两种不同流动状态——层流和紊流。

①层流

流体在管道内流动时，流体的平均速度不大，各流体微团彼此平

行的分层流动，互不干扰混杂。

层流时，流体速度沿管道直径是抛物线分布，管中心速度最大，沿曲线渐进管壁侧速度较小，直至为零，其平均速度为中心速度一半。

②紊流

随着流体平均速度增加到足够大时，各流体微团发生强烈的混合和掺杂，不仅沿着主流方向流动，而且还有垂直于主流方向的运动。

2、影响对流放热因素

①强制对流还是自然对流。

②流体有无相变。

③层流与紊流。

④流体与壁面的相对位置。

⑤流体特性。

3、换热器的流动阻力

由于流体粘性，流体流动时必须克服流体与壁面粘性力的作用，会产生压力差，称为压力损失。

压力损失由消耗动力的压缩机或泵的压力予以补偿。压力损失的大小是设计和衡量换热器性能的主要指标之一。

压力损失大小与流体状态、管径和流路长短有关。压力损失增加将导致上、下塔压力增高，最终使能耗增加。

压力损失有两种：沿程压力损失(沿程阻力)和局部压力损失(局部阻力)。

4、板翅式换热器的特点

①传热效率高。传热系数比管壳式换热器高。