热处理机械与装备课件

第三章热处理机械与装备第一节换热设备一、概述换热器是化工厂、食品厂主要的化工设备之一。换热器的类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选择。依据传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式及蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。

间壁式换热器：是以固体壁面把冷热流体隔开，不相混合，通过间壁进行热量交换（有列管式、螺旋板式、板式、夹套式、蛇管式、套管式换热器）混合式换热器：被冷凝的蒸汽直接与冷水接触进行换热。因此传热效果好；设备结构简单，仅在允许冷热流体互相混合时，才能应用。列管式换热器：列管式换热器是化工生产中应用最为广泛的传热设备。优点是单位体积所具有的传热面积大及传热效果好，结构简单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大。

二、板式换热器1、板式换热器的工作原理与结构

工作原理：它是由许多不锈钢薄片重叠压紧而成的热交换器，加热介质（冷却介质）与料液在相邻两片间流动，通过金属片进行热交换。由于金属片冲压成特殊形状，且板与板的间隙很窄，流动液层很薄，所以换热效果很好。

结构：支架、压紧板、扳手、压紧螺杆、上导杆、下导杆、固定紧板、换热片、橡皮垫圈、管接头等。（与板框过滤机相似）

其流程可根据工艺要求而定，装配时一定要严格按组合流程排列。流程组合可分为并联、串联和混联流程。三种流程如图所示：并联流程：流体分别流入平行的流道，然后汇成一股流至出口，总的流向和单流隙中均为逆流。

串联流程：流体在经过每一垂直流道后，接着就改变方向，冷热两流体的主体流向是逆流，但两种流体在相邻流隙中有逆流也有并流。

2、板片的结构板片是用不锈钢薄板冲压而成。

薄片的加工与安装要求：薄片的厚度一般为1－2mm，片与片之间的流道间隙为2－10mm。这就决定了液层的厚度。若安装时不注意，在垂直方向产生相对位移，这样可能会造成两片接触，或使缝隙变的很窄，则流体无法通过，所以要求在安装时各片在导杆上的垂直位置（上下位置），误差＜±0.2－0.25mm。

薄片波纹形式：1、凸起状板其表面上有球形凸起和平头凸起组合，球形凸起具有使液体呈涡流作用，平头凸起支承压差。2、三角形波纹板3、梯形波纹板4、斜纹板5、人字形板一般人字形板的斜纹板的传热系数比平行板大，另外，由于多点承受压力差，所以板的厚度薄，但当液体中含有固体时易被堵塞。

3、垫片换热片悬挂于导杆上，前端有固定板，旋紧在后支架上。压紧螺杆可使压紧板与各传热片叠合在一起，片与片之间在片的四周用板框橡胶垫圈保证密封，并使两片间有一定的空隙，调节垫圈的厚度即可改变两片间流体通道的大小。在每片的四角上各开一孔口，借圆环垫圈的密封作用，四个孔中只有两个孔口可与金属片一侧的通道相通，另两个孔口则与金属片的另一侧的通道相通。冷热流体在薄片的两边交替流动，进行热交换。拆卸时，只需转动压紧螺杆，使压紧板及换热片沿着导杆滑动松开，清洗、拆装很方便。串联流程板片的四角孔的作用及垫片：波纹金属片的密封垫圈，只是固定在金属片的一边，每片上都有四个角孔，它们构成流体的通道，在布置垫圈时，必须使薄片组合后构成两种互不通连的冷热流体进入通道，其中有一条通道与两个角孔相通，所以这两条通路彼此依次相向。根据流体流过金属片表面的方式不同，波纹金属片可分为单侧直流片和对角斜流片。

②、对角斜流片同一种液体进出口两角孔在对角线的两端点位置上，它们左右片的结构、垫圈都不一样。大垫圈围绕着金属片的对角线上的两个角孔，片间流动的总方向是对角线方向。这种流动方式从流体流速的均匀性、传热效果与流体阻力等方面，与单侧直流布置比较没有显著差别，但是需要有两种冲模压制，备用的金属片相对的也较多，在设备管理及外观上也不及前者。因此较少使用。

角孔部位密封垫圈的结构

（a）正确的（b）不正确的结构（a）：若密封垫圈失效时，流体首先流向设备外部，容易检查，而且两种流体不易相混。结构（b）：角孔垫圈与周边垫圈整体制成的，若垫圈失效引起液体泄漏，造成两种液体渗漏，在外部不易察觉，此结构不正确。4、板式换热器的特点⑴、有较高的传热效率由于两片间的间隙小，形成膜状流动，使两流体都有很高的流速。又因在传热面上冲压成凹凸波纹，则速度大小和方向不断的突然改变，则流体呈湍流状态，减薄边界层，减小热阻，故提高了传热系数K值，可达3500－500w/m2℃。⑵、结构紧凑，占地面积小，在较小的工作体内可容纳较多的传热面积，这是它的最突出的优点之一。如250－1500m2/m3，而管式只有40－150m2/m3。⑶、有较大的适应性。当要求改变工艺条件和生产能力时，只需增减传热片的数目，改变组合即可满足要求。5、板式换热器的计算主要计算出总的传热面积，所需板数z和程数i0。关于总传热面积的计算，仍用传热基本方程式计算。其总的传热量可根据流量、物料比热、温差等工艺条件算出；平均温差的值也可求出；关键是传热系统Ｋ的计算。计算Ｋ值，首先需计算出冷热两流体的给热系数α1与α2的值。例：用薄板换热器冷却鲜奶，每小时处理7吨，鲜奶从25℃冷却到5℃，冰水初温为1℃，计算所需板数。已知：牛奶比热为4.08j／kg.℃；牛奶一边的给热系数为2300w/m2.℃冰水一边的给热系数为8500w/m2.℃冰水为奶量的3倍；水比热4.187kj/kg.℃；采用每块传热面为0.21m2,厚为1mm的不绣钢板，其导热系数为20kcai/m2.h.℃。（1kcai/m.h.℃=1.163w/m2.℃）解：求需传热量：Ｑ＝Ｇ×Ｃ×（t1-t2）＝7000×4.08(25-5)=571200KJ/h求温差：冷却水终温t2：℃Δ℃求传热系