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分类分类:按用途按用途-加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等。按传热特征按传热特征 直接接触式：直接接触式：冷、热直接混合。蓄热式：蓄热式：4.7 换热器换热器间壁式：间壁式：冷、热两流体由金属壁隔开，不直接接触，热流体冷流体thtcth,wtc,w流体通过间壁的热交换冷流体热流体热流体冷流体 蓄热式换热器示意图 4.7.1 间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型(1)夹套式换热器夹套式换热器 结构结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。优点：优点：结构简单。缺点：缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安 装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。加热蒸汽釜冷凝水物料物料搅拌器 夹 套 式 换 热 器(2)沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器 结构：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。优点：优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。缺点：缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。蛇 管 的 形 状(3)喷淋式换热器喷淋式换热器 结构：结构：多用于冷却管内的热流体。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。优点优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗。缺点：缺点：喷淋不易均匀。直管水槽 喷 淋 式 冷 却 器（4）套管式换热器）套管式换热器 结构：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。优点：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，表面传热系数大，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（5）列管式换热器）列管式换热器列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。优点：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。结构：结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。重点介绍：重点介绍：固定管板式 浮头式 U型管式。列管式换热器的结构列管式换热器的结构 结构：结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流动，其行程称为管程管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程壳程。管束的壁面即为传热面。管束结构结构示意 单程：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：多程：多管程：多管程：封头内设置分程隔板 单管程多管程。多壳程：多壳程：相当于单壳程串联，传热面积。单管程固定管板换热器tc1tc2th1th2双管程固定管板换热器流通截面积：流通截面积：传热面积：传热面积：说明：说明：管程数，流通截面积，管内流速，hi，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安装：安装：上下安装，常用；左右安装，排液不畅时采用。常用形式常用形式：弓形，圆盘形。折流挡板折流挡板作用：作用：提高壳程流体湍动程度(Re100 湍流),h0，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：代价：壳体阻力，系统动力消耗。弓形弓形圆盘形圆盘形管板折流板单壳程水平圆缺形折流板管壳式换热器结构示意图单壳程圆盘形折流板管壳式换热器结构示意图管板折流板 分类及特点分类及特点 原因：原因：管、壳温度不同，产生热应力，结果：结果：t50时，管弯曲、断裂或管板变形固定管板式固定管板式 安装膨胀节；浮头式浮头式 本身具有补偿能力；U形管式形管式 本身具有补偿能力。分类：分类：根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为：为此，采用各种补偿办法，消除或减小热应力。a）固定管板式换热器）固定管板式换热器特点：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：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的固定管板换热器 b）浮头式换热器）浮头式换热器 结构结构:浮头式换热器特点：特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、成本高；适用：适用：应用广泛。c）U形管式换热器形管式换热器特点：特点：具有温度补偿作用；管程不易清清洗。适用：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。结构结构:U型管换热器内的流体流动4.7.2 列管式换热器的设计和选用列管式换热器的设计和选用 要求：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）列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (a)选择流程选择流程 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 管程管程饱和蒸汽流量小而粘度大的流体表面传热系数大的流体需要冷却的流体壳程壳程(b)流速的选择流速的选择 流速影响表面传热系数和污垢的大小。流速 流体中颗粒沉积，甚至堵塞管路；流速 流体阻力增大。(c)流动方式的选择流动方式的选择 对于同样的进、出口条件，传热量相同，A逆A并；管程 或壳程，表面传热系数，但同时流动阻力，tm，应权衡确定。(d)换热管规格和排列的选择 换热管规格：管子长度：1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m(e)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0.21.0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）流体通过换热器时阻力的计算 管程阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力计算式求得。壳程阻力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：埃索法：（3）管壳式换热器的设计和选用的计算步骤）管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 初选换热器的规格尺寸初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。计算热流量及平均传热温差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。计算管、壳程阻力计算管、壳程阻力 计算管、壳程流速和阻力，判断是否合理。核算总传热系数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。计算传热面积并求裕度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A0 20%左右为宜，即裕度为20%左右。裕度的计算式为：计算示例4.7.3 换热器的传热强化途径换热器的传热强化途径强化方法：强化方法：提高K、A或tm 目的：目的：传热面积，使设备费用降低。（1）提高）提高K值值降低污垢热阻；提高表面传热系数 *若hih0，提高h小(hi)的一侧；*两侧h相近，应同时提高两侧流体的h。提高表面传热系数提高表面传热系数h的方法的方法 无相变传热无相变传热 a）提高管内流速提高管内流速代价代价：流动阻力，动力消耗，操作费用。经济优化经济优化：选择适宜流速，使总费用最低。优点：优点：总传热系数，传热面积，设备投资费流速流速非工艺物流：非工艺物流：流量工艺物流：工艺物流：流通截面积 壳程：壳程：折流挡板数目管程：管程：单管程双(多)管程 b）制造人工粗造表面）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）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。有相变传热有相变传热 冷凝冷凝：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）。沸腾沸腾：1）保持核状沸腾，2）制造人工表面，增加汽化核心数。（2）提高传热推动力）提高传热推动力 限制：限制：两侧均为工艺物流时，温度不能任意改动。适用适用：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：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）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4.7.4 其他类型换热器其他类型换热器（1）各种板式换热器）各种板式换热器 板式换热器板式换热器优点：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：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 螺旋板式换热器螺旋板式换热器 板壳式换热器板壳式换热器与列管式换热器的区别：板束管束 板壳式换热器结构示意图优点：优点：传热系数大、结构紧凑、坚固，能承受很高的温度和压力。缺点：缺点：制造工艺复杂、焊接要求高。（2）空气冷却器）空气冷却器适用：适用：适用于缺水地区。缺点：缺点：装置比较庞大、占空间多、动力消耗大。卧 式 空 冷 器物料入口物料出口空气空气翅片（3）热管换热器）热管换热器一种新型传热元件。热 管优点：优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠；适用：适用：尤其适用于某些等温性要求较高的场合。（4）流化床换热器）流化床换热器优点优点：固体颗粒对换热器管壁有冲刷、洗垢作用。较低流速下能保持湍流，强化了传热。流化床换热器结构4.7.5 换热器网络综合换热器网络综合 要确定具有最小的设备投资费用和操作费用的换热网络，并满足把每一过程物流由初始温度达到指定的目标温度。换热网络综合方法：换热网络综合方法：夹点技术 Linnhoff 调优方法 Motard 数学规划法 Grossmann