1、盘管和夹套加热:
A、浸入式蒸汽盘管 - 这是一种应用广泛的传热方式,在容器中,蒸汽盘管浸没在制程流体中,如大型储油罐、水箱、电镀槽、酸洗槽等。
电镀槽内因为要放置电镀物品,因此加热盘管需要放在侧面,如下图的壁挂式盘管。
盘管的直径和长度应选择合理。过短的大口径盘管无法均匀的将热量散布到整个空间,但是过长的盘管也会因为沿程压降过大而产生温度梯度,导致加热不均。
B、蒸汽夹套 - 蒸汽在外壁和容器壁之间的环形夹套空间循环,热量通过容器壁进行传递,如夹套锅,蒸煮锅等。
蒸汽夹套的大小取决于容器的大小,但通常宽度在50mm和300mm之间。
2、计算蒸汽耗量
U—换热系数,W/(m2.℃) A—换热面积m2 ,ΔT = 温升 (℃)Q(w) =UAΔT
其中U值因物料和盘管材质不同而不同。
Q(kg/h)= Q(w)*3.6/hfg hfg—蒸汽热焓值kJ/kg
3、影响换热系数U的因素
A、盘管加热会在产品一侧产生热边界层,大空间流体的表面和内部之间存在温度梯度,如果温差非常大,那么自然对流换热就会很明显,于是换热系数就比较大。
B、强制循环(类似搅动器)会引起强制对流,提高换热系数,对流主要取决于流体的运动,但流体的黏度(随温度而不同)对热边界层的影响也很重要。
C、额外的变化还会出现在盘管的蒸汽侧,尤其对长距离的管道而言更是如此。在盘管的进口,蒸汽通常流速较高,含水量相对较少。但是,随着蒸汽在盘管内前进,蒸汽流速会越来越低,压力也越来越低,而且盘管内会部分地充满水。在很长的盘管中,如大型储油罐,经常发现盘管内的压降非常显著。这时,盘管平均温度经常采用的是大约为进口蒸汽压力的75%的饱和蒸汽温度。在一些极端的例子中,平均压力可能会低于进汽压力的40%。
D、另一个变量是盘管自身的材料。尽管盘管本身材料的导热性能差别很大,但由于总的传热效果很大程度上受到热阻层的影响,因此盘管的导热性能对传热效果的影响相对较小。
下表为不同条件下的传热系数汇总:
浸没在液体中的盘管总传热系数大致值.W/(m2.℃)
热侧(加热时应用) | 冷侧 | 清洁表面的U值 | 考虑到常见污垢情况下的U值 | ||
自然对流 | 强制对流 | 自然对流 | 强制对流 | ||
蒸汽 | 水溶液 | 1420~1840 | 1700~3120 | 570~1140 | 850~1560 |
蒸汽 | 轻油 | 280~400 | 625~790 | 270~260 | 340~620 |
蒸汽 | 中质润滑油 | 230~340 | 570~738 | 200~230 | 280~570 |
蒸汽 | 6号柴油 | 110~230 | 400~510 | 85~170 | 340~460 |
蒸汽 | 焦油或沥青 | 85~200 | 280~400 | 85~140 | 220~340 |
蒸汽 | 熔融蜡 | 200~260 | 260~310 | 110~200 | 200~260 |
蒸汽 | 熔融蜡 | 200~260 | 260~310 | 140~200 | 200~280 |
蒸汽 | 空气或气体 | 10~20 | 28~36 | 5~17 | 23~45 |
蒸汽 | 糖蜜或谷物糖浆 | 110~220 | 400~510 | 85~170 | 340~460 |
带有夹套的容器总传热系数大致值.W/(m2.℃)
夹套内的流体 | 容器内的流体 | 传热壁材料 | U值 | 夹套内的流体 | 容器内的流体 | 传热壁材料 | U值 |
蒸汽 | 水 | 不锈钢 | 850~1700 | 蒸汽 | 水 | 玻璃衬里碳钢 | 400~570 |
蒸汽 | 水溶液 | 不锈钢 | 450~1140 | 蒸汽 | 水溶液 | 玻璃衬里碳钢 | 285~480 |
蒸汽 | 有机液 | 不锈钢 | 285~850 | 蒸汽 | 有机液 | 玻璃衬里碳钢 | 170~400 |
蒸汽 | 轻油 | 不锈钢 | 340~910 | 蒸汽 | 轻油 | 玻璃衬里碳钢 | 230~425 |
蒸汽 | 重油 | 不锈钢 | 57~285 | 蒸汽 | 重油 | 玻璃衬里碳钢 | 57~230 |
各蒸发器的总传热系数
蒸发器形式 | 总传热系数W/(m2.K |
夹套式 | 350~2330 |
盘管式 | 580~3000 |
水平管式(蒸汽管内冷凝) | 580~2330 |
水平管式(蒸汽管外冷凝) | 580~4700 |
中央循环管式 | 580~3000 |
带搅拌的中央循环管式 | 1200~5800 |
悬筐式 | 580~3500 |
旋液式 | 930~1750 |
强制循环型 | 1200~7000 |
倾斜管式 | 930~3500 |
升膜式 | 580~5800 |
降膜式 | 1200~3500 |
外加热式 | 1200~5800 |
刮膜式(粘度1~100cP) | 1750~7000 |
刮膜式(粘度1000~10000Cp) | 700~1200 |
叠片离心式 | 3500~4700 |