《化工原理传热设备》PPT课件.ppt

使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备定义定义应用应用它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用设备多工业部门广泛使用的一种通用设备投资比重投资比重轻工企业，约占总投资的轻工企业，约占总投资的10%10%20%20%；化工石化，约占总投资的化工石化，约占总投资的35%35%40%40%。工业使用工业使用使流体温度达到工艺流程规定的指标，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。以满足工艺流程上的需要。换热设备也是回收利用余热、废热特别是低换热设备也是回收利用余热、废热特别是低位热能的有效装置。位热能的有效装置。过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计 第七节第七节 传热设备传热设备 换热器是工业生产中重要的单元操作设备之一。类型很多，特点换热器是工业生产中重要的单元操作设备之一。类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选择。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普通。蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最普通。一、间壁式换热器一、间壁式换热器 1 1夹套式换热器夹套式换热器 主要应用于反应过程主要应用于反应过程的加热或冷却。该种换热器的加热或冷却。该种换热器的传热系数较小，传热面又的传热系数较小，传热面又受容器的限制，因此适用于受容器的限制，因此适用于传热量不太大的场合。为了传热量不太大的场合。为了提高其传热性能，可在容器提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使器内液体内安装搅拌器，使器内液体作强制对流；为了弥补传热作强制对流；为了弥补传热面的不足，还可在器内安装面的不足，还可在器内安装蛇管等。蛇管等。在食品加工中可作液料储存罐、混料罐、暂存罐、搅拌罐、调配罐、在食品加工中可作液料储存罐、混料罐、暂存罐、搅拌罐、调配罐、加热罐、发酵罐、菌种罐、老化罐、冷热缸、夹层锅等加热罐、发酵罐、菌种罐、老化罐、冷热缸、夹层锅等 2 2蛇管式换热器蛇管式换热器（1 1）沉浸式蛇管换热器）沉浸式蛇管换热器n优点：结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压优点：结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压n缺缺点点：由由于于容容器器的的体体积积较较蛇蛇管管的的体体积积大大得得多多，故故管管外外流流体体的的a a较较小小，因而总传热系数因而总传热系数K K值也较小。值也较小。（2 2）喷淋式换热器）喷淋式换热器 和和沉沉浸浸式式蛇蛇管管换换热热器器相相比比，具具有有便便于于检检修修和和清清洗洗、传传热热效效果果较较好好等等优点，缺点是喷淋不易均匀。优点，缺点是喷淋不易均匀。蛇管换热器蛇管换热器n第二节第二节 列管式换热器的基本型式和设计计算列管式换热器的基本型式和设计计算 列列管管式式换换热热器器是是目目前前化化工工生生产产中中应应用用最最广广泛泛的的传传热热设设备备，与与前前述述的的各各种种换换热热器器相相比比，主主要要优优点点是是单单位位体体积积所所具具有有的的传传热热面面积积大大以以及及传传热热效效果果好好。此此外外，结结构构简简单单，制制造造的的材材料料范范围围较较广广，操操作作弹弹性性也也较较大大等等，因因此此，在在高高温温、高高压压和和大大型型装装置置上上多多采采用用列列管管式式换换热热器。器。一、列管式换热器的基本型式一、列管式换热器的基本型式 1 1固定管板式固定管板式 固定管板式固定管板式2 2U U型管换热器型管换热器3 3浮头式换热器浮头式换热器 例例如如F FA A600-130-16-2600-130-16-2的的换换热热器器，F FA A表表示示浮浮头头式式A A型型，其其换换热热管管为为正正三三角角形形排排列列（F FB B表表示示浮浮头头式式B B型型，其其换换热热管管为为正正方方形形排排列列），壳壳体体公公称称直直径径为为600mm600mm，公称传热面积为，公称传热面积为130m130m，公称压强为，公称压强为16kg/cm16kg/cm管程数为管程数为2 2。二、列管式换热器设计时应考虑的问题二、列管式换热器设计时应考虑的问题n流体流径的选择流体流径的选择n流体流速的选择流体流速的选择n流体两端温度的确定流体两端温度的确定n管子的规格和排列方法管子的规格和排列方法n管程和壳程数的确实管程和壳程数的确实n折流挡板折流挡板n主要构件主要构件 封头封头 缓冲挡板缓冲挡板 导流筒导流筒n流体流动阻力（压强降）的计算流体流动阻力（压强降）的计算n第三节第三节 新型的换热器新型的换热器一、翅片式换热器一、翅片式换热器二、螺旋板式换热器二、螺旋板式换热器 螺旋板换热器的优点：螺旋板换热器的优点：n总传热系数高总传热系数高n不易堵塞不易堵塞n能利用低温热源能利用低温热源n结构紧凑结构紧凑 螺旋板式换热器的缺点：螺旋板式换热器的缺点：操作压强和温度不宜太高操作压强和温度不宜太高 不易检修不易检修螺旋板式换热器螺旋板式换热器 三、板式换热器三、板式换热器n优点：结构紧凑、单位体积设备优点：结构紧凑、单位体积设备提供的传热面积大；总传热系数提供的传热面积大；总传热系数高，如对低粘度液体的传热，高，如对低粘度液体的传热，K K值可高达值可高达7000W/7000W/（m.m.）；可根）；可根据需要增减板数以调节传热面积；据需要增减板数以调节传热面积；检修和清洗都较方便等。检修和清洗都较方便等。n缺点：处理量不大；操作压强比较低，一般低于缺点：处理量不大；操作压强比较低，一般低于15atm15atm，最高也不超，最高也不超过过20atm20atm；因受垫片耐热性能的限制，操作温度不能太高，一般对合；因受垫片耐热性能的限制，操作温度不能太高，一般对合成橡胶垫圈不超过成橡胶垫圈不超过130130，压缩石棉垫圈也低于，压缩石棉垫圈也低于250250四、板翅式换热器四、板翅式换热器主要优点：主要优点：n总传热系数高总传热系数高n结构紧凑结构紧凑 单位体积设备提供的传热面积一般能达到单位体积设备提供的传热面积一般能达到2500m2500m2 2，最高，最高可达可达4300m4300m2 2，而列管式换热器只有，而列管式换热器只有160m160m2 2/m/m3 3。n适应性强、操作范围广适应性强、操作范围广板翅式换热器的缺点：板翅式换热器的缺点：n由于设备流道很小，故易堵塞而增大压强降；由于设备流道很小，故易堵塞而增大压强降；第四节第四节 各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径一、各种间壁式换热器的比较一、各种间壁式换热器的比较 选选择择换换热热器器时时要要考考虑虑的的因因素素很很多多，如如材材料料、压压强强、温温度度、压压强强降降、结结垢垢腐腐蚀蚀情情况况、流流动动状状态态、传传热热效效果果、检检修修和和操操作作等。等。二、传热的强化途径二、传热的强化途径 所所谓谓强强化化传传热热过过程程，就就是是指指提提高高冷冷、热热流流体体间间的的传传热热速速率率。换换热热器器的的设设计计和和生生产产操操作作中中，或或换换热热器器的的改改进进中中，大大多多从这三方面来考虑强化传热过程。从这三方面来考虑强化传热过程。n增大传热面积增大传热面积A An增大平均温度差增大平均温度差n增大总传热系数增大总传热系数K K*)*)用用套套管管换换热热器器加加热热空空气气，管管隙隙用用饱饱和和水水蒸蒸汽汽加加热热作作热热源源，空空气气在在管管内内作作湍湍流流流流动动，现现因因生生产产需需要要将将空空气气流流量量提提高高为为原原来来的的2 2倍倍，若若要要保持空气进、出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的保持空气进、出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 。(A)(A)不变不变(B)2(B)2倍倍 倍倍 倍倍*)*)在套管换热器中，已知热流体进、出口温度分别为在套管换热器中，已知热流体进、出口温度分别为1 1100100、=60=60，冷流体进口温度为，冷流体进口温度为t t1 1=30,=30,且知（且知（mCp)mCp)2 2/（mCpmCp）1 1（下标代表冷流体，下标代表热流体），则（下标代表冷流体，下标代表热流体），则ttm m 等于等于_ _。A.30 B.0 C.70 D.A.30 B.0 C.70 D.不确定不确定*)*)翅片管换热器一般用于翅片管换热器一般用于_的场合的场合A.A.两侧均为液体两侧均为液体 B.B.两侧均为气体两侧均为气体 C.C.一侧为气体，一侧为蒸汽冷凝一侧为气体，一侧为蒸汽冷凝,D.D.一侧沸腾，一侧冷凝一侧沸腾，一侧冷凝*)*)某一热流体流经一段直管后，再流入同一内径的弯管段，则弯管段某一热流体流经一段直管后，再流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段的的传热系数比直管段的_，因为，因为 _。*)*)如下图如下图,流量为、温度为流量为、温度为2020的水的水(CP=4.18kJ/kgK)(CP=4.18kJ/kgK)流过串联的两流过串联的两台列管换热器台列管换热器,以冷却流量为、温度为以冷却流量为、温度为120120的某溶液的某溶液(CP=2kJ/kgK),(CP=2kJ/kgK),测得该溶液的出口温度为测得该溶液的出口温度为6565。现因故使进口水。现因故使进口水温降到温降到6,6,问问:若保持其它进口条件不变若保持其它进口条件不变,则溶液的出口温度变为多少则溶液的出口温度变为多少?第四节第四节 各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径一、各种间壁式换热器的比较一、各种间壁式换热器的比较 选选择择换换热热器器时时要要考考虑虑的的因因素素很很多多，如如材材料料、压压强强、温温度度、压压强强降降、结结垢垢腐腐蚀蚀情情况况、流流动动状状态态、传传热热效效果果、检检修修和和操操作作等。等。二、传热的强化途径二、传热的强化途径 所所谓谓强强化化传传热热过过程程，就就是是指指提提高高冷冷、热热流流体体间间的的传传热热速速率率。换换热热器器的的设设计计和和生生产产操操作作中中，或或换换热热器器的的改改进进中中，大大多多从这三方面来考虑强化传热过程。从这三方面来考虑强化传热过程。n增大传热面积增大传热面积A An增大平均温度差增大平均温度差n增大总传热系数增大总传热系数K K