55热交换器

1§5-5热交换器(HeatExchanger)教学目的：课型：重点：了解几种工业上常用的热交换器，掌握它们的构造及操作原理。列管式热交换器的构造及操作原理化工设备2§5.5热交换器(heatexchanger)按用途分类加热器、冷却器、冷凝器蒸发器、再沸器按热交换形式分类间壁式混合式蓄热式3冷凝管4球形冷凝管5一、列管式热交换器(1)结构圆筒形的壳体中装设由多根平行管组成的管束，管的两端胀接或焊接在“花板”上。管长与壳内径之比常为6~10。管内与管束空隙间分别流动着进行热交换的两种流体。两种流体通过管壁来传递热量。6ShellStationaryTubesheetTubesShell-and-tubeheatexchanger单位容积有较大的换热面积(每m3有效容积的传热面一般为60~80m2.m-3)，是传热效率较高的热交换器。7(2)有关概念a.管程：b.壳程：流体在平行管束内的行程流体在壳体与管束间空隙处流动的行程c.单管程：d.多管程：流体仅一次通过管束流体多次通过管束8单程列管式换热器9单壳程双管程换热器10(3)挡板(折流板)11挡板(折流板)的作用u壳,引导流体沿规定路径走代价：壳体阻力↑，系统动力消耗↑。弓形圆盘形12折流杆折流杆平行排列在同一平面上，各组相互偏转90度。优点：流动阻力小；流体湍流程度强烈。折流杆换热器管束示意图13ExpansionJoint(4)热补偿装置a.补偿圈（膨胀节）:柔性元件，轴向柔度大管、壳温度不同，产生热应力Δt＞50℃时，管弯曲、断裂或管板变形14b.浮头c.U形管式15(5)翅片管作用：增大传热面积(表面积可为光滑管的2~9倍)；提高流体的湍流程度，从而提高传热膜系数。NOTE：流经翅片一侧的应是传热膜系数小的流体。16(6)流体流经管内或管间的选择：原则：对传热有利，减少腐蚀和污垢沉积，减低压降及减轻设备质量，便于清洗等。腐蚀性流体走管程，避管束、壳体同时腐蚀。混浊或易析出沉渣结垢的流体走管程，因管程易清洗。需提高流速以增加传热膜系数的流体走管程，因管程流速一般较高。17压力高的流体宜在管内通过，管子耐压性好。液-液热交换时，被加热的流体走管程，被冷却的流体走壳程，可减少热损失。饱和水蒸气宜走壳程，易于排出冷凝液，同时饱和水蒸气的传热膜系数高，让传热系数低的走管内，因流速高而可以提高传热膜系数。18二、夹套式热交换器在容器（釜）外壁安装夹套制备而成19载热体通道：夹套与容器壁之间形成的环形空间载热体流向：蒸汽：结构简单，但传热面积较小。上下常用于制药、有机合成和食品工业中。夹套反应釜换热时，传热系数K比较低。液体：下上20三、蛇管式热交换器优点：结构简单能承受高压缺点：容器内液体湍流程度小管外给热系数小换热面积较小。将金属管弯绕成与各种容器相适应的盘蛇形状，沉浸于容器内的液体之中21为提高传热系数的强化措施：容器内加搅拌器22t2T1t1T2四、套管式换热器特点：传热系数大对数平均推动力大（两种流体可为纯逆流）结构简单、能承受高压应用方便（可根据需要增减管段数目）直径不同的两根直管制成同心套管，内管用U型弯头连接，外管与外管互连23五、板式换热器一组金属薄板平行排列，在相邻薄板之间衬以垫片，然后用框架夹紧组装于支架上。24优点：1、传热板薄，单位容积有很大的传热面(可达250m2)，并且外表面小，热损失小。2、传热系数高；流体流动阻力并不大。3、操作灵活性大。4、制造、检修、清洗均方便。25思考题1、比较不同类型换热器的优缺点。2、如何选择换热器？26§5—6辐射传热辐射传热的机理辐射传热过程是热物体以波的形式向四周散播辐射能，辐射能遇到另一物体时，被全部或部分地吸收，被吸收的辐射能重新转变成为热能。辐射与传导或对流的差别：辐射能的发生是由于物体的原子内部激发的结果，它可以直接传播。任何绝对零度以上的物体均能辐射能量（这也是遥感技术的根据），辐射的强度和波长与物体的温度有关。热辐射的波长范围一般是0.8~40nm(可见光为0.4~0.8m,红外线为0.7~500m).27斯忒藩—波耳兹曼(Stefan-Boltzmann)定律＆黑体的辐射能力E0与绝对温度的四次方成正比：400)100(TE0——黑体的辐射系数（也称为Stefan-Boltzmann常量）,其值为5.67,单位W.m-2.K-4。＆实际物体的辐射能力较黑体低440)100()100(TTE三种传热方式的概括比较传导和对流传热时的传热速率直接与温度差成正比。辐射传热时的传热速率则与温度的四次方之差成正比。传热过程中，传导、对流和辐射往往同时发生。高温（如500℃以上）时辐射传递的热量在总传热量中会占较大的比重；较低温度（如300℃以下）对流传热占显著地位。传导主要发生在固体物料间。对流传热发生在流体之中。传导、对流、辐射传热的传热速率都与传热面积直接成正比。29•在套管换热器中用水逆流冷却热油,水由285K加热到310K,油由420K冷却到370K,设油和水的流量、物性和进口温度不变,若要求油的出口温度降到360K,问换热面积应比原来增加多少（%）？30•在套管式换热器中用水冷却热油（逆流换热），油由420K冷却到370K，水由285K加热到310K。设油和水的物性、进口温度和换热面积均不变，水的流量增加0.2倍，油的流量不变，求水和油的出口温度。31•有一套管换器，内管为192mm，管长为2m，管隙的油与管内的水流向相反。油的流量为270kg·h-1，进口温度为100℃,水的流量为360kg·h-1,进口温度为10℃。若忽略热损失,总传热系数K=374W·m-2·K-1,油的比热Cp,h=1.88kJ·kg-1·K-1，试求油和水的出口温度分别为多少？（水的比热Cp，c=4.18kJ·kg-1·K-1）32•根据传热机理的不同，热的传递有__________、__________和__________三种基本方式，流动的流体向器壁的传热主要靠___________。•根据总传热方程，强化传热过程，提高传热速率，可以采取______________、______________和_______________三方面措施。•大多数金属的导热系数随温度的升高而降低。…………………()•过热蒸汽的给热系数远远小于饱和蒸汽的给热系数。…………………()•相同条件下,逆流比并流有更大的平均温度差，因此生产中从来不采用并流换热的方式。…………..()33•什么是稳态传热？什么是稳态的恒温传热和稳态的变温传热？•金属的导热系数随温度的升高而________；液体的导热系数随温度的升高而_______（水和甘油除外）；气体的导热系数随温度提高而________，随压强的增大而________。34•膜状沸腾的给热系数比泡核沸腾的给热系数______,膜状冷凝的给热系数比滴状冷凝的给热系数______。•强化传热过程的途径有_______________、______________、_____________。•在列管式热交换器的设计中补偿热膨胀的措施有_____________、____________、____________。35•传热有哪几种方式？它们的传热机理分别是什么？•什么是稳态流动？什么是稳态传热？•什么是连续定态恒温传热，什么是连续定态变温传热，这两种情况传热平均温差应如何计算？•并流与逆流传热各有什么特点？