第四章 换热设备

第四章换热设备

目录传热1常用加热剂与冷却剂2换热器3第一节传热传热即是我们平常所说的热传递,由于温度差而造成能量由高温区向低温区的转移.传热是制药生产中使用的非常普遍的单元操作。加热和冷却都属于传热一般传热问题的研究有两种情况：

一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热；一是削弱传热过程，如对设备和管道的保温（冬天防寒衣）、保冷（夏天冰棒箱，冰块），以减少热损失。传热有三种方式：①热传导

热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分向低温部分传递，或从高温物体传向与之接触的低温物体。②对流传热

热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中,而且必然伴随有导热现象。

③辐射传热

任何物体,只要其绝对温度不为零度(0K),都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量,同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能,当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时,该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。第二节加热与冷却一、常用的加热剂1饱和水蒸气（最常用的加热剂）

优点：载热量多温度调控方便廉价，安全，清洁2热水:主要用于100℃以下的加热

优点：加热比较温和缺点：对流传热速率很小使用不经济温度调控较难3矿物油加热温度可达250℃

特点：黏度大对流传热速率小温度调控不灵敏4有机载热体5电加热：一般加热温度在1000℃以上，最高温度可达3000℃二、常用的冷却剂1

水2冷冻盐水3空气4冰第三节换热器换热器的定义：进行各种热量交换的设换热设备的类型

◆

按用途分类

冷却器冷凝器加热器换热器再沸器◆

按换热方式分类直接接触式换热器蓄热式换热器间壁式换热器直接接触式换热直接接触式是把冷，热流体直接接触，在混合过程中传热，像凉水塔，喷洒式冷却塔，混合式冷凝器。结构简单，传热效果好，但是只适用于两股流体可以直接接触的场合，适用范围小。蓄热式换热器低温流体高温流体优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合冷、热流体是通过对蓄热体的周期性加热和冷却来实现的间壁式换热器冷热两种流体被固体壁面隔开，传热时，热量从高温流体传给壁面，壁面再传给冷流体这种方法适用于冷，热两种流体不允许直接接触的场合，在制药工业中，冷热两种流体多数不能直接接触，因此间壁式换热是应用最广泛的换热方法间壁式换热器的种类夹套式：容器的外部装有夹套，加热剂和冷却剂在器壁与夹套间流动，容器内壁就是它的传热面积蛇管式：主要部件是盘成螺旋型或者其他形状的直管，它又分为沉浸式和喷淋式套管式：由直径大小不同的直管焊成的同心圆套组成，内管的表面积可视为其传热面积管壳式换热器：是目前制药生产中应用最广泛的一种传热设备夹套式换热器特点：传热面积小，传热系数小适用范围：传热量不大的场合提高传热性能的途径：安装搅拌器，夹套内加设挡板蛇管式换热器（沉浸式和喷淋式）

两种流体分别在蛇管内外流动而进行热交换优点：结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压缺点：管外流体的对流传热系数小主要作为冷却器，以卧式应用较多。优点：便于检修，清洗，传热系数大，传热效果好缺点：喷淋不均匀套管式换热器是用管件将两种直径不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后由很多段这种套管用U型肘管相连接。优点：结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，传热效果较好缺点：管间接头较多，易发生泄露，占地面积较大，单位换热器长度具有的传热面积较小。管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，是目前制药生产中应用最为广泛的一种传热设备主要优点在于：单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构简单，制造材料广泛，适应性强，尤其是在高温，高压和大型装置中采用更为普遍。管壳式换热器的结构：主要由壳体，管束，管板，封头组成一种流体走管内、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.◆折流板●折流板的作用引导壳程流体反复地改变方向作错流流动或其他形式的流动，并可调节折流板间距以获得适宜流速，提高传热效率。另外，折流板还可起到支撑管束的作用。

●折流板的分类常用折流板有弓形和圆盘-圆环形两种

弓形的有单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓形应用最多。

弓形折流板

管壳式换热器外观固定管板式换热器三、换热设备性能对比及选择◆换热器的基本要求

●

热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。

●

换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。

●

价格便宜，维护容易，使用时间长。◆

换热器选型应考虑的因素

●

流体的性质。

●

换热介质的流量、操作温度、压力。

◆

固定管板式换热器

固定管板式换热器1—封头；4—壳体；5—换热管；7—折流板（或支持板）10—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母◆

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；5—支耳

◆

U形管式换热器

U形管式换热器1—中间挡板；2—U形换热管；3—排气口；4—防冲板；5—分程隔板圆盘-圆环形折流板其他类型换热设备简介一、板面式换热器◆螺旋板式换热器螺旋板换热器的结构是由两张平行的钢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。螺旋板换热器结构形式

Ⅲ型螺旋板换热器

◆板式换热器

板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片(各种橡胶或压缩石棉等制成)压紧，板片四角有圆孔，形成流体的通道。

1—上导杆；2—垫片；3—传热板片；4—角孔；5—前支柱；6—固定端板；7—下导杆；8—活动端板◆板翅式换热器

板翅式换热器1，3—侧板；2，5—隔板；4—翅片换热设备的使用与维护一、换热器的日常维护

日常操作应特别注意防止温度、压力的波动，首先应保证压力稳定，绝不允许超压运行。二、换热器的清洗换热设备经长时间运转后，由于介质的腐蚀、冲蚀、积垢、结焦等原因，使管子内外表面都有不同程度的结垢，甚至堵塞。所以在停工检修时必须进行彻底清洗，常用的清洗(扫)方法有风扫、水洗、汽扫、化学洗清和机械清洗等。

◆酸洗法

酸洗法是用盐酸作为清洗剂，酸洗法又分浸泡法和循环法两种。

换热器酸洗法流程

◆机械清洗法对严重的结垢和堵塞，可用钻的方法疏通和清理。

管式冲击钻1—进水管；2—外套管；3—填料；4—压盖螺母；