管式换热器但这 又提高了传热表面的温度

　　板换换热器及换热原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。如何进行热交换 热交换系统通常是以热传导和对流两种方式进行热交换的。 热传导是热量传递的一种常见的方式，其过程中流体各部位 之间不发生相对的位移；对流是流体各部分质点发生相对位 移而引起的热量传递

　　如何进行热交换 热交换系统通常是以热传导和对流两种方式进行热交换的。 热传导是热量传递的一种常见的方式，其过程中流体各部位 之间不发生相对的位移；对流是流体各部分质点发生相对位 移而引起的热量传递过程。对流分为强制对流与自然对流， 强制对流是使用机械能（如搅拌）使流体发生对流而传热， 比如我们为了冷却一杯咖啡会不停的搅拌它；自然对流是因 流体受热而有密度的局部变化，导致发生对流而传热。 基础概念 层流：当流体以较小的流速流经管道时，流体成平稳状态通 过全管，流体的质点作平行运动，与旁侧的流体并无宏观的 混合，此流动形态称之为层流。 湍流：当流体以较高流速流经管道时，流体成波动状态，并 形成旋涡向四周散开，与旁侧的流体相混合，此种流动形态 称之为湍流。 思考 湍流会使流体内部的混合与振荡增强，使流体以对流方 式传热，因而随着湍动程度的增强传热的效果会更好， 而层流使流体主要以传导的方式进行传热。显而易见湍 流状态下的传热效果要比层流状态下的传热效果好。 常用类型： ? 板式换热器（PHE） ? 管式换热器（THE） 整体结构 板式换热器： ? 板片设计成传热效果的瓦楞型，板组牢固地压紧 在框中，瓦楞板上的支撑点保持各板分开，以便在板 片之间形成细小的通道。 整体结构及图 液体通过板片一角的孔进出通 道。改变孔的开闭，可使液体 从—通道按规定的线路进入另 一通道。板周边和孔周边的垫 圈形成了通道的边界，以防向 外渗漏与内部液流混合。 工作示意图 补充 焊接式的板式换热器 多用于水汽换热，具有很高的集成度 ? 高换热系数，体积小，薄型材料 ? 不用密封圈，铜镍或钎焊接不锈钢成紧凑直角型的包 状 ? 易于安装，高换热效率，低成本 ? 抗腐蚀性强，抗震，耐高温，高压 图示 总结 板式热交换器是一种新型、高效的节能热交换设备， 它具有换热效率高，结构紧凑，重量轻，适应性强， 热损失少，可拆卸，可清洗，装拆和维修方便等特点， 主要应用于液液、液汽热交换，特别适用于各种工艺 过程中的加热、冷却、热回收、冷凝及食品消毒等方 面. 标识介绍 整体结构 管式换热器： 管式热交换器，不同于板式热交换器，它在产品通道 上没有接触点，这样它就可以处理含有一定颗粒的产 品,颗粒的直径取决于管子的直径. 整体结构 在UHT处理中，管式热交换器要比板式热交换 器运行的时间长。从热传递的观点看，管式热 交换器比板式热交换器的传热效率低 工作原理 通常使用的多管道的管式热交换是基于传统的列管式 热交换器的原理，其产品流过一组平行的通道，提供 的介质围绕在管子的周围，通过管子和壳体上的螺旋 波纹，产生紊流，实现有效的传热。 补充说明 同一段内可能使用不同规格/模式的管式热交换器 ? 规格：包括外部套管的管径-内部列管的管径-内部列管 的数量-总长度 ? 模式：常见的有A B C D四种模式，主要由外部套管上 介质进出口的位置决定 图示 持热管简介 必要性及设计原理 ? 正确的热处理要求牛乳在杀菌温度下保持一定的时间，这 可以通过外设保持管来实现。 ? 若已知流量和保持管的内管径，就可以计算出符合保持时 间的合适的管长。 设计原理 ? 由于保持管里流速分布不均匀，某些牛乳粒子的流速 要比平均值大。为了确保流速快的粒子也能充分地 巴氏杀菌，必须采用一效率系数来校正。这个系数取 决于保持管的设计，通常取0.8～0.9 之间。 换热器面积的计算 热交换器必需的尺寸和结构取决于很多因素，要计算 是非常复杂的，当今通常借助于计算机进行计算。有 几种因素一定要加以考虑： ? 产品流量 ? 液体的物理性质 续 ? 温度程序 ? 允许的压力降 ? 热交换器的设计 ? 清洁度的要求 ? 要求运行的时间 计算热交换器面积的一般公式: 要求的传热面积为: V × P x Cp ×△ t △ tm × K ? V = 产品的流量 续 K值的确定（经验）：黏度＞６００Ｃp时， ８５０左右（大间隙）；平均黏度乳液，２５ ００-３０００之间选择 热交换器中逆流传热的温度分配 热交换器中并流传热的温度分配 公式解释 ? p = 产品的密度 ? Cp = 产品的比热 ? △ t = 产品的温度变化 ? △ tm = 对数平均温差(LMTD) ? K = 总传热系数 单项分析 ? 流量V，是由乳品的设计能力决定的。 ? 产品密度p 由产品决定。比热cp也由产品决定，比热 值告诉我们将某种物质温度升高1℃，需提供多少热量。 单项分析 ? 产品的进口温度和出口温度取决于前段加工情况和后续 加工的要求：Δ t1= Δ to1- Δ ti1 ? 所用介质的进口温度取决于加工条件，介质的出口温度 可以用能量平衡公式计算得出：V1 × P1 x Cp1 ×△ t1 = V2 × P2 x Cp2 ×△ t2 单项分析 ? 温度差异是传热推动力，温差越大，传热越多，所需的热 交换器越小；然而，对于敏感性产品，可利用的温差是有 限的。温差随着液体流经热交换器而不断变化，所以，温 差用一个平均值，LTMD进行计算。决定平均温差大小的 一个重要因素是介质在热交换器中的流动方向。它主要有 两种形式：逆流或并流 特别介绍 影响总传热系数K的要素: ? 液体允许的压力降 ? 液体的粘度 ? 间壁的形状和厚度 ? 间壁的材料 ? 污垢物质的存在 分析 ? 产品和介质的压力降越大，传递的热量越多，热交换器越 小。然而对机械搅拌敏感的产品(例如乳脂肪)可能会因这 种剧烈的处理而遭到破坏。 ? 产品和使用介质的粘度对于确定热交换器的尺寸也是非常 重要的。与低粘度的产品相比，高粘度的液体在通过热交 换器时，产生紊流的程度小，如果其它参数一定，这就意 味着需要较大的热交换器。 分析 ? 间壁通常是波纹状，以实现更剧烈的紊流。紊流有助 于传热，厚度也十分重要。间壁越薄，传热效果越好。 但是这个厚度要有足够的强度来承受液体的压力。现 代化的设计和生产技术使得间壁比几年前的更薄。 ? 食品加工中通常采用不锈钢材料，不锈钢有相当好的 传热性能 ? 加热介质和产品的温差要尽可能地小，通常比杀菌温度高2- 3℃/4-5 ℃ 。 ? 相对于产品来说，如果间壁表面太热，牛乳中的蛋白质将会 有凝结并在间壁上结焦的危险。热量必须通过这一垢层进行 传递，这将导致总传热系数K 值下降。加热介质和产品的温 差与以前相同时，也不能传递同样多的热量，产品的出口温 度将会下降。这可以通过提高加热介质的温度来补偿，但这 又提高了传热表面的温度，以致更多的蛋白质凝结在换热器 表面上，垢层的厚度增加，K值进一步下降。 污垢聚集的速度取决于很多因素 ? 产品和加热介质的温差 ? 牛乳质量 ? 产品中空气的含量 ? 加热段的压力条件 续 ? 利用热流体，如巴氏杀菌乳的热量来预热进口的冷牛 乳的方法称之为热回收。冷牛乳也可以冷却热牛乳。 这样可以节省水量和能量。在现代化的巴氏杀菌装置 中（板换），热回收效率可达94-95%。 术语对比总结 换热效率：产品和介质的温差之比 热回收率：除介质作用外的温升幅度 本次培训结束
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