工业换热器的类型和介绍

1、工业换热器的类型和介绍复习1、热传导2、热对流3、间壁式传热过程4、传热总速率方程三、工业换热器的类型换热器：用于热量交换的设备。载热体：参与换热的两种流体。 热载热体（热流体）：加热剂（水蒸载热体 汽） 冷载热体（冷流体）：冷却剂（水、冷 冻盐水、空气） 1.间壁式：冷热流体通过间壁传递热量； 特点：两种流体不直接混合，保持原状态；2.混合式：冷热两种流体直接混合； 特点：传热速度快； 适用于：废热回收；3.蓄热式4.中间载热体式换热器：热管；分类: 按用途：加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器 按传热特征 直接接触式：冷、热流体直接混合 蓄热式： 4.6 换热器间壁式：冷、热两流体由金属

2、壁隔开，不直接接触冷流体热流体热流体冷流体 蓄热式换热器示意图 1、夹套式换热器 结构及用途：在容器外壁安装夹套制成。主要用于反应过程的加热或冷却。 优点：结构简单 缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。 为提高传热系数，可在釜内安装搅拌器。 夹 套 式 换 热 器加热蒸汽釜冷凝水物料物料搅拌器一、间壁式换热器的类型2、沉浸式蛇管换热器 结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。 蛇 管 的 形 状 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：由于容器体积比管子的体积大得多，因此管外流体的对流传热系数较小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。

3、3、喷淋式换热器 结构：将蛇管成排地固定于钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器。直管水槽 喷 淋 式 冷 却 器 优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗 缺点：喷淋不易均匀4、套管式换热器 优点：进行热交换时使一种流体在内管流过，另一种则在套管间的环隙中通过。流速高，传热系数大，逆流流动，平均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便。 外管内管套 管 式 换 热 器 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。 缺点：介质流量较小，热负荷不大。5、列管式换热器 列管式换热器又称为管壳式换

4、热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，应用广泛。 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 常见的类型有：固定板式换热器、U形管换热器、浮头式换热器。 单程： 流体在管内每通过管束一次 一管程 流体在管外每通过壳体一次 一壳程 多程： 多管程：封头内设置分程隔板，单管程多管程 多壳程： 相当于单壳程串联，传热面积增大单管程固定管板换热器t1t2T1T2双管程固定管板换热器流通截面积：传热面积：管程数，流通截面积，管内流速，i，可强化传热单管程换热器管、壳程流体流动双管程换热器内的流体流动常用形式：弓形、圆盘形折流

5、挡板作用：提高壳程流体湍动程度(Re100 湍流),增大0，强化传热。冲刷沉积物，减小污垢热阻；对壳体起支撑作用。代价：壳体阻力，系统动力消耗 弓形圆盘形（2） 分类及特点 管、壳温度不同，产生热应力，当t50时，管弯曲、断裂或管板变形，为此，采用各种补偿办法消除或减小热应力。固定管板式 安装膨胀节U形管式 本身具有补偿能力浮头式 本身具有补偿能力根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为：a）固定管板式换热器特点： 结构简单，成本低，可能产生较大的热应力，壳程不易机械清洗；适用： 壳程流体不易结垢或容易化学清洗，壳体与传 热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。单管程固定管板换热器带膨胀节

6、的固定管板换热器b）U形管换热器特点：具有温度补偿作用，管程不易清洗。适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。结构: c）浮头式换热器 结构:浮头式换热器特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、 成本高，但应用广泛。6、其他类型换热器（1）各种板式换热器优点：传热系数大、结构紧凑、操作灵活性大、金属材料消耗量低、加工容易、检修清洗方便。缺点：允许操作压力比较低、操作温度不能太高、处理量不大。板式换热器的板片和板面波纹形状板式换热器流向示意图螺旋板式换热器 （2）热管换热器新型传热元件热 管优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠适用：尤其适用于某些等温性要求较高

7、的场合 二、 列管式换热器的设计和选用 要求：根据生产任务设计或选择合适的换热器 (计算传热面积，确定管、壳程数，管规格、管排布等） 1、列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (1)选择流程 一般原则：不洁净或易结垢的液体、腐蚀性流体 压力高的流体 走管程饱和蒸汽、流量小而粘度大的流体、对流传热系数大的流体、需要冷却的流体走壳程(2) 流速的选择 流速影响对流传热系数和污垢热阻的大小。 流速减小，流体中颗粒沉积，甚至堵塞管路 流速增大，流体阻力增大。 （表4-12、4-13） (3) 流动方式的选择 对于同样的进、出口条件，传热量相同， A逆A并 管程或壳程，对流传热系数，但同时流动阻力，tm

8、，应权衡确定 (4) 换热管规格和排列的选择 换热管规格：管子长度：、2m、3m、6m、9m (5) 折流挡板管子在管板上的排列：挡板间距：一般取壳体内径的倍正三角形排列正方形排列正三角形错列挡板切除对流动的影响2、流体通过换热器时阻力的计算 （1）管程阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力计算式求得。（2）壳程阻力 对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，计算结果相差较大。埃索法：表4-14 列管式换热器允许的压降范围3、管壳式换热器设计和选用的计算步骤（1）初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差校正系数大于，否则应改变流动方式，重新计算。 计算热流量Q及平均传热温差

9、tm，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A估。 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 （2）计算管、壳程阻力 计算管、壳程流速和阻力，判断是否合理。 （4）计算传热面积并求裕度 一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于需要的传热面积A0 20%左右为宜， 即裕度为20%左右。裕度的计算式为：（3）核算总传热系数 求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 三、换热器的传热强化途径 强化方法：提高K、A或tm 目 的：传热面积 ，使设备费用降低1、提高K值（1）降低污垢热阻（2）提高对流传热系数 若i 0，

10、提高小( i)的一侧 两侧相近，应同时提高两侧流体的 提高对流传热系数的方法 无相变传热 a）提高管内流速缺点：流动阻力，动力消耗，操作费用 经济优化：选择适宜流速，使总费用最低优点：总传热系数，传热面积，设备投资费流速非工艺物流：流量工艺物流：流通截面积 壳程：折流挡板数管程：单管程 双(多)管程 b）制造人工粗造表面促进边界层分离，减薄层流底层，强化传热c）加设扰流元件 管内装入麻花铁、螺旋圈或金属丝片；增强湍动，破坏层流底层。 有相变传热 冷凝 ：1）采用滴状冷凝 2）及时排放不凝气体 3）气、液流向一致 4）合理布置冷凝面 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝） 沸腾： 1）保持核状沸腾

11、 2）制造人工表面，增加汽化核心数 2、提高传热推动力 限制：两侧均为工艺物流时，温度不能任意改动 适用：一侧为公用工程物流(加热蒸汽、冷凝水)时， 其进口温度可调。例：提高冷却水用量 tc2， tm 提高加热蒸气压力 P ，ts ， tm 蒸发、闪蒸P ，ts ， tm 3、增加传热面积 改善传热表面，增加单位体积设备的传热面积 如采用：不同异形管 开槽及加翅片折流形式多孔、高效传热面波纹管式传热管纵向翅片管横向翅片管螺旋槽纹管 缩放管 翅 片 管 的 截 面小结1、理解列管式换热器的结构、特点、工艺计算及选型2、了解其他类型换热器的结构和特点3、理解强化传热的途径本章小结：热辐射（了解）传

12、热复习题:1.传热的基本方式为。2.工业上的换热方法有。3.称为_，其物理意义为_._，提高管内值的有效方法_.提高管外值的有效方法_。4.传热一般采用逆流操作，但为时采用并流操作。5.用二种厚度相同的材料保温时，往往把_ 的材料包在内 层，以达到好的保温效果。6.金属的导热系数大都随其纯度的增加而_，随其温度的升高_。7.对流传热的热阻主要集中在_,因_强化对流传热的重要途径。8.一热流体将热量通过壁面传给冷流体的过程是_._.9.固定管板式列管式换热器中，压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走_程。10.一根暴露在外的热管子以散发热量。一.填空题11.式中两个准数=_，Pr=_. 若液体被冷却

13、时n=_。12.在平壁稳定热传导过程中，通过三层厚度相同的材料，三层间的温度差变化 是依次降低，则三层材料的导热系数的大小顺序_。13.沸腾传热可分为三个区域，它们是_、_、_ 。应维持在_区内操作。14.用饱和蒸汽加热水，经过一段时间后，发现传热阻力迅速加大，这可能是由于_所引起的。15.温度差损失包括_、_、_。16 .牛顿冷却定律表达式：_。 二.选择题 1.传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是 （ ）。 A、管壁热阻； B、管内对流传热热阻； C、污垢热阻； D、管外对流传热热阻；2.下述措施中对提高换热器壳程对流传热系数有效的是（ ）。 A、设置折流挡板；

14、B、增大板间距； C、增加管程数； D、增加管内流体的流速；3.在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体；4.采用多管程换热器，虽然能提高管内流体的流速，增大其对流传热系数，但同时地导致（ ）。 A、管内易结垢； B、壳程流体流速过低； C、平均温差下降； D、管内流动阻力增大；5.增大换热器传热面积的办法有（ ）。 A、选用粗管排列； B、选用翅片管； C、增加管程数； D、增加壳程数；6.关于传热系数K下述说法中错误的是（ ）。A.传热过程中总传热系数K实际上是个

15、平均值；B.总传热系数K随着所取的传热面不同而异；C.总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷热流体的物性无关；D.要提高K值，应从降低最大热阻着手；7.一般条件下,下列物质导热系数最大的是（ ）。 A、金属固体 B、非金属固体 C、液体 D、气体8.下列说法不正确的是（ ）。A、由物体本身分子、原子或电子的微观运动使热量发生传递的过程称为热传导B、除分子运动之外，流体质点也发生相对的随机运动，产生碰撞与混合，由此引起热量传递的过程称为对流C、任何物体，只要其温度在绝对零度以上，都能随温度的不同以一定范围波长的电磁波的形式发射能量D、传热过程中，热量都是以一种基本传热方式单独完成传递9.下列

16、物质在常温常压下导热系数最小的是（ ） A、铝 B、石棉 C、水 D、空气10.流体的平均导热系数入的单位是( ) A、W/m B、W C、W/(m oC) C、W/oC11.圆形直管内强制湍流的传热系数计算式为（ ）A、a=0.36入（Cp/）1/3（/w）0.14B、a=0.023/d (du/)0.8(Cp/)nC、 Nu=1.86(RePrd/l)1/3（/w）0.14D、 三.判断题 1.对流传热膜系数一般来说有相变时的要比无相变时为大。( )2.平壁稳定导热时,某层壁面导热系数小，则该层的导热热阻大,动力小。( )3.饱和蒸汽加热空气，传热的壁面温度一般取空气和蒸汽的平均温度。( )4.一种流体中，不可能同时发生自然对流和强