淺談化工工藝中的強化傳熱過程

齊煥鑫

摘 要：強化傳熱過程就是指提高冷、熱流體與固體壁面間的傳熱速率。使換熱器單位時間單位面積上的傳熱量提高，對提高設備的換熱能力具有非常積極的實際意義。隨著生產技術的日益發展對換熱設備的要求越來越高，如何強化傳熱過程日漸成為工業生產的一項重要課題。

關鍵詞：化學；工藝；過程； 強化；傳熱過程；途徑

強化傳熱過程就是指提高冷、熱流體與固體壁面間的傳熱速率。使換熱器單位時間單位面積上的傳熱量提高，對提高設備的換熱能力具有非常積極的實際意義。由總傳熱速率方程Φ=KAΔtm可以看出，提高總傳熱速率方程中A、Δtm、K三項中任何一項，都可以增大傳熱速率Φ值，強化傳熱過程。在生產操作中大多從這些方面來考慮強化傳熱過程。究竟如何強化，哪個因素對強化傳熱起主要作用，則需要具體分析。

1.增大傳熱面積

傳熱速率與傳熱面積成正比，顯然，增大傳熱面積是提高傳熱速率的有效方法之一。尤其注意，只有增大換熱器單位體積內的傳熱面積，才是真正意義上的強化傳熱。可以通過改進傳熱面結構，例如：選用小直徑管、翅片管等替代光滑管，選用新型板式換熱器；可混合換熱流體，使換熱氣體分散成小氣泡或使液體分散成小液滴，以增大傳熱面積；對于間壁式換熱器，常常是設法增大給熱系數小的一側傳熱面積。

足夠的傳熱面積是保證熱量傳遞的必要條件之一。但是過多地增大傳熱面積是不適當的，一定流量的冷、熱流體的換熱量并不隨傳熱面積的增大而成比例提高。同時，對于間壁式換熱器，傳熱面積大就意味著金屬材料用量增大，設備投資費用增多。

2. 增大傳熱平均溫度差

傳熱平均溫度差是傳熱過程的推動力。換熱器的傳熱面積、總傳熱系數一定時，傳熱平均溫度差與傳熱速率成正比。

傳熱平均溫度差主要是由物料和載熱體的溫度決定的。表面看來，要得到較高的傳熱平均溫度差并不困難，但是，物料的溫度是由生產工藝條件決定的。載熱體種類和溫度的確定應考慮技術可行性和經濟合理性。例如：當采用飽和水蒸氣加熱時，提高水蒸氣壓強可以使水蒸氣溫度提高，但使用溫度不宜超過180℃，同時也受到設備、經濟效益、安全等方面限制；當進行熱交換的冷、熱流體進、出口溫度一定時，采用逆流操作換熱，可以得到較高的傳熱平均溫度差Δtm。但是，冷流體和熱流體的溫度一般也是由：正藝條件決定的。例如：冷水的溫度一般與季節有關，被冷卻的極限溫度總是20℃左右，即使可在冷卻時加大冷卻水用量，但也會增加輸送設備的操作費用。因此，一般來說，當冷、熱流體的流向選定后，傳熱平均溫度差是確定的值。因此，提高Δtm是有限的，余地不大。

3.提高總傳熱系數

根據對流傳熱分析，對流給熱系數為a=λ÷δf。若要提高給熱系數，就必須設法減小傳熱有效膜的厚度，增大流體的導熱系數。但換熱流體是工藝條件確定的，而導熱系數由流體的物理性質所決定，因此，提高給熱系數主要是減小傳熱有效膜厚度。增大流體流速，可以提高流體的湍流程度，減小流體層流內層厚度，即降低傳熱有效膜厚度。對于列管換熱器，增加管程或殼程數，或增設折流擋板，都可以提高流體的流速、，從而降低傳熱有效膜厚度。一般來說，提高給熱系數、降低熱阻可以通過增強流體湍動或在流道內設置干擾來實現。例如：改變傳熱壁面形狀，不斷改變流體流動方向，在管內裝填麻花鐵，采用螺紋管或波紋管等，都可以提高湍流程度，減小傳熱有效膜厚度，以達到強化傳熱過程之目的。

結語

總之，強化傳熱的途徑是多方面的，在具體實施過程中，要結合生產實際情況，采取經濟合理的措施。強化傳熱過程就是指提高冷、熱流體與固體壁面間的傳熱速率。使換熱器單位時間單位面積上的傳熱量提高，對提高設備的換熱能力具有非常積極的實際意義。

參考文獻：

[1]李懋星.化學工藝過程中強化傳熱過程的設計[J].化學設備與管道，2008（02）.

[2]張曉安.化學工藝過程中強化傳熱過程[J].河南化工，2005（03）.