[4-6]换热器

西北大学化工原理电子课件14.6换热器4.6.1换热器的分类4.6.2间壁式换热器的类型4.6.3管壳换热器的选用4.6.4传热的强化途径西北大学化工原理电子课件24.6.1换热器的分类•按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器•按冷热流体热量交换方式分类：混合式、蓄热式和间壁式•主要内容：1.根据工艺要求，选择适当的换热器类型；2.通过计算选择合适的换热器规格。•换热器：指用于实现热量交换的通用设备西北大学化工原理电子课件31.蛇管换热器①沉浸式强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。4.6.2间壁式换热器的类型一、管式换热器特点：结构简单、成本低、耐腐蚀、耐高压；管外较小，蛇管易堵塞。动画演示西北大学化工原理电子课件4②喷淋式西北大学化工原理电子课件5优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外比沉浸式大。缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。动画演示西北大学化工原理电子课件62.套管换热器结构：由不同直径的同心套管组成，可将几段套管用U形管连接来增加传热面积。优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。缺点：结构不紧凑，金属消耗量较大，接头多而易漏，占地较大。动画演示西北大学化工原理电子课件7又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，在各类换热器中应用最为广泛，达70%以上，在化工生产中广泛使用。结构：由壳体、管束、管板、封头等部分组成动画演示3.列管换热器西北大学化工原理电子课件8换热时一种流体通过管内，它的行程称为管程，另一种流体在管外流动，它的行程称为壳程，管束的表面为传热面。横向折流挡板。，在管内安装一定量的为提高外壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板纵向横向西北大学化工原理电子课件9多管程：增大管内流体u，提高管内的加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的弓形挡板动画圆盘形挡板动画管壳换热器结构紧凑、耐高温高压，传热面积大，传热效果好，可选材多，操作弹性大，在化工生产中普遍采用。西北大学化工原理电子课件10①固定管板式特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。管壳式换热器主要以下三种：壳体与传热管壁温度之差大于50C，加补偿圈，也称膨胀节。当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形来适应它们间的不同的热膨胀。西北大学化工原理电子课件11②浮头式特点：可完全消除热应力，便于清洗和检修；结构复杂管板一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。当壳体与管束因温度差而引起热膨胀时，管束连同浮头能在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。动画演示动画演示西北大学化工原理电子课件12③U型管式特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。结构：把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题动画演示西北大学化工原理电子课件131.平板式换热器二、板式换热器动画演示西北大学化工原理电子课件14主要由一组长方形的薄金属板平行排列构成，用框架夹紧组装在支架上。两相邻流体板的边缘用垫片压紧，起到密封的作用，四角有圆孔形成流体通道，冷、热流体在板片的两侧流过，通过板片换热。板上可压成多种形状的波纹，可增加刚性并提高湍动程度；增加传热面积；易于液体均匀分布。①结构：西北大学化工原理电子课件15优点：•传热效率高，K大；•结构紧凑，操作灵活，安装检修方便。缺点：•操作温度、压力低；•易渗漏，处理量小②特点：西北大学化工原理电子课件16由两张平行的薄钢板卷制而成，构成了一对互相隔开的螺旋形流道。换热器中心设有中心隔板，使两个螺旋通道隔开。①结构：动画演示2.螺旋板式换热器西北大学化工原理电子课件17优点：•传热效率高；•不易堵塞；•结构紧凑，成本较低。缺点：•压力、温度不能太高；•维修、清洗困难。②特点：西北大学化工原理电子课件18三、其它类型换热器结构：夹套装在容器外部，夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。优点：结构简单，加工方便；缺点：传热面积A小，传热效率低；用途：广泛用于反应器的加热和冷却。①夹套式换热器动画演示西北大学化工原理电子课件19②板翅管换热器特点：增加A，增强管外流体的湍流来提高；重要的应用场合：空气冷却器管外加翅片，大大改善了空气侧的传热效果。如图所示为几种强化传热管和板翅式换热器的翅片。(a)光直翅片(b)锯齿翅片(c)多孔翅片动画演示西北大学化工原理电子课件20③热管西北大学化工原理电子课件214.6.3管壳式换热器的选用1.根据工艺任务，计算热负荷；2.计算tm：3.依据经验选取K，估算A；4.确定冷热流体流经管程或壳程，选定u；先按单壳程多管程的计算，如果0.8，应增加壳程数；由u和V估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的A，估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器。一、管壳式换热器选用步骤5.核算K：分别计算管程和壳程的，确定垢阻，求出K，并与估算的K值进行比较。如果相差较多，应重新估算。根据计算的K和tm，计算A并与选定的换热器A值相比，应有10%~25%的裕量。6.计算A：西北大学化工原理电子课件22二、换热器中的设计与选用1.流体流经管程或壳程的选择管程：不清洁或易结垢、腐蚀性、压力高的流体；壳程：饱和蒸汽、需要冷却、粘度大或流量小的流体。选取原则：传热效果好，结构简单，清洗方便uK，在同Q、tm下A，节省设备费uHf，操作费用增加u选择是经济权衡的问题，但要避免层流流动(传热效果不佳)3.流体流速u的选择2.载热体选择依据载热体适用温度范围，结合实际工艺要求进行选择。西北大学化工原理电子课件23②排列方式：正三角形正方形直列正方形错列①换热管程规格：管径:Φ19×2、Φ25×2与Φ25×2.5三种；管长:1.5、3、4.5、6、9五种。4.换热器中管子的规格和排列方式5.换热器附件及材料选用包括封头、挡板、导流筒、排放孔和接管等。西北大学化工原理电子课件244.6.4传热过程的强化途径一、增大tmmtKAQ•提高加热剂T1的温度或降低冷却剂t1的温度。•两侧变温情况下，尽量采用逆流流动；强化传热是提高冷热流体间传热速率的过程。为了增强传热效率，可采取tm、A/V、K。二、增大A/V•直接接触传热，可增大A和湍动程度，使Q•不应通过增大设备尺寸来实现，可通过改善换热器结构或提高其紧凑性来实现。•采用高效新型换热器改进传热面结构入手来增大A和湍动程度，使Q西北大学化工原理电子课件25三、增大K)1()1(12211RbRK1.提高(无相变)，包含下述方法：•增大流速•管内加扰流元件•改变传热面形状和增加粗糙度2.减少过程热阻：包括清洗垢层，气相传热适时排放不凝气等。3.改变传热面形状：包括增加传热面粗糙度、制成波纹或翅片状等。西北大学化工原理电子课件26说明：•尽可能利用有相变的热载体（大）；•用大的热载体，如液体金属Na等；•减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；•提高较小一侧有效。