化工原理 第五章-3

浙江大学化学工程研究所1/20第五章传热过程计算与换热器第四节换热器一、换热器的分类二、间壁式换热器三、列管式换热器的选用和设计四、传热过程的强化浙江大学化学工程研究所2/20第四节换热器Tt间壁式热流体蓄热式tT直接接触式冷流体一、换热器的分类蓄热式间壁式直接接触式1.按热量的传递方式分类第四节换热器浙江大学化学工程研究所3/20热管：夹套式：板式：螺旋板式等式、喷淋式等列管式、套管式、盘管管式2.按结构分类:再沸器蒸发器冷凝器冷却器加热器3.按用途分类第四节换热器浙江大学化学工程研究所4/20二、间壁式换热器管式：套管式、列管式、盘管式、喷淋式板式：螺旋板、板式、板翅式热管：夹套式：※第四节换热器浙江大学化学工程研究所5/20t1T1T2t2单管程、单壳程t1T2T1t2双管程列管式t1T2T1t2双管程、双壳程1.列管式换热器管程数：单管程、双管程、多管程壳程数：单壳程、双壳程、多壳程第四节换热器浙江大学化学工程研究所6/20（1）构造壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板纵向横向列管式（管壳式）换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。第四节换热器浙江大学化学工程研究所7/20§6换热器第四节换热器浙江大学化学工程研究所8/20壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板纵向横向构造第四节换热器浙江大学化学工程研究所9/20思考：如何判断壁温tw、Tw接近哪一个温度？温差在50℃以上时，要考虑温度补偿问题AttAtTQww2111（2）温度补偿问题T1Tt1t2T2列管式ttw第四节换热器浙江大学化学工程研究所10/20换热器两端管板和壳体是连为一体的。其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。当壳体和管子之间的温差较小(60~70℃)且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。☺补偿圈补偿-----固定管板式换热器第四节换热器浙江大学化学工程研究所11/20☺浮头补偿------浮头式换热器☺U型管补偿------U型管式换热器一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合。用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。第四节换热器浙江大学化学工程研究所12/20间壁式换热器：管式：列管式、套管式、盘管式、喷淋式板式：螺旋板、板式、板翅式夹套式：热管：2.其他类型的间壁式换热器第四节换热器浙江大学化学工程研究所13/20螺旋板换热器：▲传热效率高传热效率为列管式换热器的1~3倍▲阻力小以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比其它换热器高。板式：螺旋板、板式、板翅式第四节换热器浙江大学化学工程研究所14/20板式换热器板式换热器是由一组波纹金属板组成，板上有孔，供传热的两种流体通过。金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内，并用夹紧螺栓夹紧。板式换热器作为一种新型、高效、节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用，并且有逐步取代其它类型之趋势.板翅式：夹套式：热管：第四节换热器浙江大学化学工程研究所15/20已知：换热任务（一种流体的进、出口温度、流量）设计内容：冷却剂或加热剂的选定：冷、热流体的走向：管径、管长、管数常用的冷却剂有：水、空气、液氨等常用的加热剂有：水蒸汽、热空气、烟道气、热油、联苯混合物等一般原则：①不洁净的或易结垢的流体-----②腐蚀性流体------③压力高的----④温度远高于环境的或远低于环境的流体-----⑤蒸汽----⑥粘度大的或流量较小的流体----易于清洗侧管程管程管程壳程（便于排放冷凝液及不凝性气体）壳程三、列管式换热器的选用和设计第四节换热器浙江大学化学工程研究所16/20根据换热任务，选定一些参数，如流速、K等试算A初选换热器型号及规格校核K、A设计方法及步骤：212212111111ddRddddbRKdmdmtKAQrmTTcmQp12111或1222ttcmQp第四节换热器浙江大学化学工程研究所17/20mtKAQ四、传热过程的强化强化传热目的：用较少的传热面积或较小的设备完成同样的传热任务（设计），或力求使换热设备在单位时间、单位面积传递的热量尽可能地大。1.提高tm-----操作中采用此法不经济，工业上还要设法降低tm；但设计中：采用逆流流动尽量采用高温加热剂或低温冷却剂。2.增大A----设计时可以，操作时不易改变采用新型高效的换能设备：例如，一般管壳式换热器每1m3体积的传热面积约为150m2左右，而板式换热器可达1500m2左右，板翅式高达5000m2左右。第四节换热器浙江大学化学工程研究所18/20换热表面粗糙法在管子表面涂上一层氧化层采用带环向凸出物的横纹管管壁上绕上细金属丝管壁上开槽212212111111ddddRddbRKdmd3.提高K要设法减小热阻较大项，才能有效地提高K值。第四节换热器浙江大学化学工程研究所19/20流体旋转法采用螺纹管、在管内插入纽带等，使流体作旋转流动。第四节换热器浙江大学化学工程研究所20/20换热表面扩展法采用各种形状的肋片管。换热表面特殊处理法将换热表面经特殊处理，加工成表面多孔管，使换热表面具有大量稳定的汽化核心，可大大强化沸腾传热过程。采用新型高效的换能设备-------结构紧凑、高效螺旋板式板式板翅式热管第四节换热器