1、盤管和夾套加熱:
A、浸入式蒸汽盤管 - 這是一種應用廣泛的傳熱方式,在容器中,蒸汽盤管浸沒在制程流體中,如大型儲油罐、水箱、電鍍槽、酸洗槽等。
電鍍槽內因為要放置電鍍物品,因此加熱盤管需要放在側面,如下圖的壁掛式盤管。
盤管的直徑和長度應選擇合理。過短的大口徑盤管無法均勻的將熱量散布到整個空間,但是過長的盤管也會因為沿程壓降過大而產生溫度梯度,導致加熱不均。
B、蒸汽夾套 - 蒸汽在外壁和容器壁之間的環形夾套空間循環,熱量通過容器壁進行傳遞,如夾套鍋,蒸煮鍋等。
蒸汽夾套的大小取決于容器的大小,但通常寬度在50mm和300mm之間。
2、計算蒸汽耗量
U—換熱系數,W/(m2.℃) A—換熱面積m2 ,ΔT = 溫升 (℃)Q(w) =UAΔT
其中U值因物料和盤管材質不同而不同。
Q(kg/h)= Q(w)*3.6/hfg hfg—蒸汽熱焓值kJ/kg
3、影響換熱系數U的因素
A、盤管加熱會在產品一側產生熱邊界層,大空間流體的表面和內部之間存在溫度梯度,如果溫差非常大,那么自然對流換熱就會很明顯,于是換熱系數就比較大。
B、強制循環(類似攪動器)會引起強制對流,提高換熱系數,對流主要取決于流體的運動,但流體的黏度(隨溫度而不同)對熱邊界層的影響也很重要。
C、額外的變化還會出現在盤管的蒸汽側,尤其對長距離的管道而言更是如此。在盤管的進口,蒸汽通常流速較高,含水量相對較少。但是,隨著蒸汽在盤管內前進,蒸汽流速會越來越低,壓力也越來越低,而且盤管內會部分地充滿水。在很長的盤管中,如大型儲油罐,經常發現盤管內的壓降非常顯著。這時,盤管平均溫度經常采用的是大約為進口蒸汽壓力的75%的飽和蒸汽溫度。在一些極端的例子中,平均壓力可能會低于進汽壓力的40%。
D、另一個變量是盤管自身的材料。盡管盤管本身材料的導熱性能差別很大,但由于總的傳熱效果很大程度上受到熱阻層的影響,因此盤管的導熱性能對傳熱效果的影響相對較小。
下表為不同條件下的傳熱系數匯總:
浸沒在液體中的盤管總傳熱系數大致值.W/(m2.℃)
熱側(加熱時應用) | 冷側 | 清潔表面的U值 | 考慮到常見污垢情況下的U值 | ||
自然對流 | 強制對流 | 自然對流 | 強制對流 | ||
蒸汽 | 水溶液 | 1420~1840 | 1700~3120 | 570~1140 | 850~1560 |
蒸汽 | 輕油 | 280~400 | 625~790 | 270~260 | 340~620 |
蒸汽 | 中質潤滑油 | 230~340 | 570~738 | 200~230 | 280~570 |
蒸汽 | 6號柴油 | 110~230 | 400~510 | 85~170 | 340~460 |
蒸汽 | 焦油或瀝青 | 85~200 | 280~400 | 85~140 | 220~340 |
蒸汽 | 熔融蠟 | 200~260 | 260~310 | 110~200 | 200~260 |
蒸汽 | 熔融蠟 | 200~260 | 260~310 | 140~200 | 200~280 |
蒸汽 | 空氣或氣體 | 10~20 | 28~36 | 5~17 | 23~45 |
蒸汽 | 糖蜜或谷物糖漿 | 110~220 | 400~510 | 85~170 | 340~460 |
帶有夾套的容器總傳熱系數大致值.W/(m2.℃)
夾套內的流體 | 容器內的流體 | 傳熱壁材料 | U值 | 夾套內的流體 | 容器內的流體 | 傳熱壁材料 | U值 |
蒸汽 | 水 | 不銹鋼 | 850~1700 | 蒸汽 | 水 | 玻璃襯里碳鋼 | 400~570 |
蒸汽 | 水溶液 | 不銹鋼 | 450~1140 | 蒸汽 | 水溶液 | 玻璃襯里碳鋼 | 285~480 |
蒸汽 | 有機液 | 不銹鋼 | 285~850 | 蒸汽 | 有機液 | 玻璃襯里碳鋼 | 170~400 |
蒸汽 | 輕油 | 不銹鋼 | 340~910 | 蒸汽 | 輕油 | 玻璃襯里碳鋼 | 230~425 |
蒸汽 | 重油 | 不銹鋼 | 57~285 | 蒸汽 | 重油 | 玻璃襯里碳鋼 | 57~230 |
各蒸發器的總傳熱系數
蒸發器形式 | 總傳熱系數W/(m2.K |
夾套式 | 350~2330 |
盤管式 | 580~3000 |
水平管式(蒸汽管內冷凝) | 580~2330 |
水平管式(蒸汽管外冷凝) | 580~4700 |
中央循環管式 | 580~3000 |
帶攪拌的中央循環管式 | 1200~5800 |
懸筐式 | 580~3500 |
旋液式 | 930~1750 |
強制循環型 | 1200~7000 |
傾斜管式 | 930~3500 |
升膜式 | 580~5800 |
降膜式 | 1200~3500 |
外加熱式 | 1200~5800 |
刮膜式(粘度1~100cP) | 1750~7000 |
刮膜式(粘度1000~10000Cp) | 700~1200 |
疊片離心式 | 3500~4700 |