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1、换热设备,在化工生产中，一般都包含化学反应过程。为了使反应顺利进行，适宜的反应温度是非常重要的外部条件。因此，在工艺流程中常常需要将低温流体加热或将高温流体冷却，将液体气化为气体或将气体冷凝成液体，这些过程都与热量传递密切相关，都可以通过换热设备来实现。,引言,引言, 换热设备：使传热过程得以实现的设备（将高温流体的热量向低温流体传输的传热设备的总称 ）。 105个化工设备原理动画换热器管式换热器.swf,第一节 换热设备的类型及应用,一、换热设备的类型换热设备种类繁多，可按用途、传热方式和所用材料分类： 按用途分类 冷却器 冷凝器 加热器 换热器 再沸器蒸气发生器 废热(或余热)锅炉,直接接
2、触式(混合式）换热器,蓄热式换热器,间壁式换热器, 根据传热方式不同：,1、直接接触式换热器,通过冷热流体直接混合进行热量交换的设备。为了增加两流体的接触面积，以达到充分换热的目的，常在设备中放置填料和栅板。如冷却塔、气压冷凝器。105个化工设备原理动画换热器浴室温水加热.swf,优点：传热效率高，单位体积传热面积大， 设备结构简单，价格便宜； 缺点：仅适于两流体可混合的场合。,2、蓄热式换热器,又简称蓄热器，利用冷热两种流体交替通过换热器内的同一通道而进行热量传递。当热流体通过时，把热量传给换热器内的蓄热体（如固体填料、多孔格子砖等），待冷流体通过时，将积蓄的热量带走。105个化工设备原理动
3、画换热器蓄热室原理.swf,优点：结构简单，耐高温，价格便宜，单位体积传热面积大； 缺点：冷热流体会有混合，较适合于气-气热交换的场合。,3、间壁式换热器,间壁式换热器是利用间壁将冷、热流体隔开，通过固定壁面（传热面）进行热量传递。其特点是：能将冷、热流体截然分开，适应了生产的要求，是化工生产中应用最广的热交换设备。,根据间壁结构的不同，间壁式换热器又可分为管式、板面式和其他类型。这其中又以管式换热器中的管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用最为广泛的一种换热器。,管式换热器,管式换热器是以管子作为传热元件
4、的传热设备。常用的有管壳式蛇管式套管式翅片管式,1、管壳式换热器,105个化工设备原理动画换热器列管式换热器.swf又称列管式换热器，是典型的换热设备。是由圆柱形壳体和安装在壳体内的许多管子组成的管束构成的，通过管子壁面进行传热。在化工设备中应用最为广泛。,2、蛇管式换热器,把换热管（金属或非金属）按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形、螺旋形、方形、长蛇形等。,优点,结构简单，造价低廉。,管子可承受较大的介质压力，不易泄露。,缺点,结构笨重,管内清洗不便。,按使用状态不同，蛇管式又可分为沉浸式和喷淋式两种，105个化工设备原理动画换热器沉浸蛇管换热器.swf 105个化工设备原理动画换热器喷淋式换
5、热器.swf,3、套管式换热器,是由两种不同直径的标准管子组装成同心圆套管，然后由多段套管连接而成。程数可根据传热要求增减。传热时，一种流体走管内（管程），另一种流体走内外管的间隙（壳程），内管壁面为传热面，一般按逆流方式进行传热。 105个化工设备原理动画换热器套管式换热器.swf,缺点,单位换热面积金属耗量大，价格较高。,检修、清洗和拆卸比较麻烦，在可拆连接处容易泄露。,该类换热器常用于高温、高压、流量较小、传热面积不大的场合。,结构与一般管壳式换热器相同，只是用翅片管代替了光管，翅片管不仅增加了单位长度传热管的传热面积，而且增强了气体的扰动，促进了传热系数的提高。由于传热加强，结构紧凑，
6、又称为紧凑式换热器。,4、翅片管式换热器,优点,传热能力强，传热面积大，传热系数提高。,结构紧凑，同样传热能力所用材料少。,缺点,造价高，流阻大。,这类设备是通过板面进行传热的设备，具有传热效率高，结构紧凑等特点,传热性能优于管式换热器。按结构形式可分为：板式、板翅式、板壳式、螺旋板式等。,1、板式换热器,是一种高效换热器，换热单元是一组长方形的薄金属片。由固定端板、活动端板、传热板片、密封垫片、压紧和定位装置等构成。板片表面通常压制成波纹形或槽型，以增加刚度和流体的湍流程度；,在板片的四周安上垫片，通过压紧装置压紧，垫片的作用：一是密封；二是使两块板面之间形成流体通道。冷、热流体分别在同一块
7、板的两侧通过。,优点,传热面积大，传热效率高，结构紧凑,便于组装和拆卸，清洗维修方便。,缺点,周边长，密封困难，易泄漏。,承压能力低（P2MPa）。,板式换热器应用广泛，从水到高粘度液体，从含固体颗粒的物料到含纤维的物料，均能处理。适用于温差和压力都不大的场合。,2、板翅式换热器,由隔板、翅片、封条等组成。它是在两块平行金属隔板之间放置波纹状的金属导热片，并在两侧边缘以封条密封而组成单元体；各单元体进行组合，并用钎焊焊牢，组成板束，再把板束按需要组装。,冷、热流体分别通过间隔排列的冷流程和热流程进行热量传递。 105个化工设备原理动画换热器板翅式换热器.swf,板翅式换热器1，3侧板；2，5隔
8、板；4翅片,优点：1、传热面积大，传热效率高，传热系数要比管壳式大310倍； 2、一般用铝合金制造，因此，结构紧凑、体积小、重量轻。使用范围广，可作气-气，气-液，液-液换热器。特别适用于低温和超低温的场合。,缺点：流道小，易堵塞，清洗和维修困难；制造工艺复杂，成本高，故应用不广泛。,3、板壳式换热器,板壳式换热器是一种介于管壳式和板式换热器之间的换热器，主要由壳体和板束组成，壳体形状随板束形状而异，如：圆筒形、矩形。板束相当于管壳式换热器的管束，每一板束元件相当与一根管子，由板束元件构成的流体通道成为板程，板束与壳体之间的流体通道成为壳程。板束元件的形状多种多样。,板壳式换热器,4、螺旋板式
9、换热器,螺旋板换热器的结构是由两张平行的金属板在专用的卷床上卷制而成，它是具有一对螺旋通道的圆柱体，再加上顶盖和进出口接管而构成的。,105个化工设备原理动画换热器螺旋板换热器.swf两种流体做严格的逆流。 优点：结构紧凑，传热效率高； 缺点：不能承受压力。适用于液-液、气-液流体交换，对于高粘度流体或含有固体颗粒的悬浮液的换热器尤为适用。,作业,简述以下换热器的优缺点及适用场合？ 直接接触式换热器 蓄热式换热器 间壁式换热器分开叙述：管式换热器：管壳式 板面式换热器：板式蛇管式 板翅式套管式 板壳式翅片管式 螺旋板式,第二节 管壳式换热器,管壳式换热器虽然在传热效率、结构紧凑性、金属消耗量等
10、方面不如板式换热器及其它新型换热器，但它具有结构坚固，操作弹性大，选材范围广、适用性强等自身独特的优点，是目前换热设备的主要形式，特别是在高温、高压和大型换热器中占有绝对优势。,管壳式换热器,一、管壳式换热器的类型与结构由管束、管板、壳体，各种接管等主要部件组成，根据其结构特点，可分为下列五种形式：固定管板式、 浮头式、 U型管式、 填料函式、釜式重沸器,1、固定管板式换热器,是管壳式换热器的最基本形式之一，由许多管子组成管束，管束两端通过焊接或胀接固定在两块管板上，管板与筒体采用焊接或法兰连接。,105个化工设备原理动画换热器列管式换热器.swf结构特点： （1）同样壳体直径内，布管最多，结
11、构简单、紧凑，制造费用低；,1、固定管板式换热器,1、固定管板式换热器,（2）两端管板与壳体之间固定连接，当两流体温差较大时产生温差效应，会使管子扭弯或从管板上脱落，需考虑设置温差补偿装置（如膨胀节）； （3）管程清洗方便，但壳程清洗不方便；此类换热器适用于壳程介质清洁，两流体温差不大或温差较大，但壳程压力不高的场合.,2、 浮头式换热器,浮头式换热器 1防冲板；2折流板；3浮头管板；4钩圈；105个化工设备原理动画换热器浮头式换热器.swf,2、 浮头式换热器,一端管板与壳体固定，另一端管板（浮动管板）与壳体之间没有约束，受冷或受热时可在壳体内自由伸缩，称为（浮头）。浮头由浮头管板、浮头勾圈
12、法兰和浮头盖组成。,特点： （1）一端管板与壳体固定，另一端管板（浮动管板）与壳体之间没有约束，可在壳体内自由浮动。壳体和管束热变形自由，不产生热应力。 （2）管束可从壳体中抽出，便于管程、壳程的检修和清洗。,2、 浮头式换热器,2、 浮头式换热器,缺点： （1）结构复杂，造价高。 （2）内浮头盖在操作时观察不到，若发生泄漏，无法发现，所以应严格保证其密封性能。,2、 浮头式换热器,（3）为使浮头管板和管束检修时能够一起抽出，在管束外缘与壳壁之间形成宽度为16-22mm的环隙，这样不仅减少了排管数目，而且增加了旁路流路，降低了换热器的热效率。适用于两流体温差较大，且容易结垢需经常清洗的场合。,
13、U形管式换热器1中间挡板；2U形换热管；3排气口； 4防冲板；5分程隔板,3、U形管式换热器,3、U形管式换热器,105个化工设备原理动画换热器U型管式换热器.swf 只有一块管板，管束由多根“U”字形管组成，管的进、出口分别固定在同一管板的两侧，再用隔板将管箱分为两室。,优点： （1）结构简单，省去一块管板和一个管箱，造价低。 （2）管束和壳体分离，热膨胀时互不约束，消除热应力。 （3）管束可以从壳体中抽出，管外清洗方便。,3、U形管式换热器,3、U形管式换热器,缺点： （1）弯管必须保持一定曲率半径，管束中央会存在较大的空隙，布管少，结构不紧凑，管板利用率低； （2）管内由于是“U”型，不
14、易清洗，宜走清洁流体。,3、U形管式换热器,（3）管子泄漏损坏时，只有最外层管子可以更换，其他管子只能堵死，减小换热面积，管子报废率高。适用于两流体温差大，特别是管内流体清洁的高温、高压、介质腐蚀性强的场合。,填料函式换热器,4、填料函式换热器,4、填料函式换热器,两管板中，一管板与壳体固定连接，另一块类似于浮头，与壳体间隙处通过填料密封，可作一定量的移动。 优点： （1）结构比浮头式换热器简单，管束可自由伸缩移动，不产生温差应力；,（2）管束可从壳体中抽出，管内、管外检修和清洗方便。 （3）结构简单，制造方便，造价比浮头式低。缺点：（1）填料函处耐压不高，易泄漏。对有毒、易燃和易爆介质不适用
15、；,4、填料函式换热器,4、填料函式换热器,通常只适用于压力和温度都不高的场合，易燃、易爆、有毒及贵重介质不适用。生产中为了清洗方便，才选用这种换热设备。,5、釜式重沸器,与其他换热器结构不同之处在于：壳体上设置了一个蒸发空间，根据产气量和蒸汽品质要求设置蒸发空间。管束可以是浮头、U型或固定管板式结构。,适用于两流体温差较大的场合，清洗、维修方便。尤其适用于不清洁、易结垢的介质。,1、管壳式换热器流体的流程 一种流体走管内,称为管程;另一种流体走管外,称为壳程。管内流体从换热管一端流向另一端一次，称为一程；对U形管换热器，管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次，称为两程。两管程以上就
16、需要设置隔板来实现分程。常用的有单管程、两管程和四管程。,二、管壳式换热器的结构,换热管是换热器的传热元件，需要根据工艺条件（介质压力、温度、物性）来选择。 我国管壳式换热器标准规定采用无缝钢管作为换热管，主要规格有（外径壁厚）：192.0；252.5；382.5；573.5等；,2、换热管的选用：,2、换热管的选用：, 长度可根据工艺计算确定，但应考虑管材的合理使用。我国轧制钢管长度系列一般为：1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、 4.5m、 6.0m、7.0m、9.0m等，以2.54m 最常见。,管子在管板上要保证一定的管间距(指两相邻换热管中心的距离)要求：换热管中心距 P1.25d0 （d0 管子外径，三角形排列时）,
