西北大学化工原理课件
第七节 换热器
化工生产中所用的换热器很多,分类方法也不一,可按用 途分,也可按热量传递方式分类. 按用途分,换热器可分为:加热器,冷却器,蒸发器,再 沸器,冷凝器,分凝器等. 按冷热流体热量交换的原理和传热方式可分为: 1,间壁式换热器; 2,直接接触式换热器; 3,蓄热式换热器. 在这三类换热器中,间壁式换热器应用最多,因为在大多 数情况下,冷热两种流体在换热过程中不允许混和.以下我们 只讨论这种间壁式换热器.
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一,间壁式换热器的类型
1,夹套式换热器
(1)优点:结构简单; (2)用途:主要用于反应器的加热和冷却; (3)缺点:加热面受到容器壁面的限制,所 以传热系数不高; (4)改进设备的措施:当需要及时移走较大 热量时,应在容器内部加蛇管(或列管)冷却 器,管内通入冷却水,及时取走热量或在釜内安 装搅拌器,使釜内液体受热均匀. 当夹套内通入的是冷却水或无相变的加热剂 时,可在夹套内加设挡板,这样即可使冷却水流 向一定,又可以提高流速,使K增加.
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2,沉浸式蛇管换热器
蛇管结构如图6-45所示.
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蛇管大多是用管子弯曲绕成的,或制成适应容器需要的形状, 沉浸在容器中,两种流体分别在管内,外进行换热. (1)优点:结构简单,便于制造,便于腐蚀,且能承受高压; (2)缺点:容器内流体湍流程度低; (3)改进措施:在容器内装搅拌器. α 外小,K也小.
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3,喷淋式换热器
如下图,冷却水从上面管子的喷淋装置均匀淋下,沿管表面 流下,而被冷却的流体自最下面的管子流入,由最上面管子流 出,与外面的冷流体进行换热.所以,传热效果比沉浸式好.
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(1)优点:便于检修和清洗; (2)缺点:占地面积大,水滴溅洒到周围环境,且喷淋 不宜均匀.
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4,套管式换热器(P300 图6-47)
将两种直径大小的标准管装成同心套管,并由U型弯头连接 而成.换热时一种流体在内管流动,另一种流体在套管的环隙 中流动,两种流体可始终保持逆流流动,对数平均推动力较 大,由于两管径都可以适当选择,使内管与环隙间的流动呈湍 流状态,所以K较大,同时也可以减少垢层的形成. 优点:结构简单,能耐高压,制 造方便,传热面积易于增减. 缺点:单位面积的金属消耗量很 大,占地面积较大. 用途:一般适用于流量不大,所 需传热面也不大及高压的场合.
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5,管壳式换热器(又称列管式换热器)
管壳式换热器在化工生产中被广泛使用,它的结构简单, 坚固,制造容易,处理量大,适应性强,操作弹性较大,尤其 在高压,高温和大型装置中适用更为普遍. (1)结构:壳体,管束,管板,封头等组成(图6-48)
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横向 壳体,管板,管束,顶盖(封头) ,挡板 纵向
冷热流体在列管换热器中进行换热时,一种流体通过管 内,它的行程称为管程,另一种流体在管外流动,它的行程称 为壳程,管束的表面为传热面. 为提高 α 外,在管内安装一定量的 横向折流挡板.
西北大学化工原理课件 挡板:圆缺形和圆盘形(图6-50)
圆缺形挡板动画 圆盘形挡板动画
换热器内通过管内的流体每通过一次管束称为一个管束. 当换热器的传热面积较大时,就需要的管子数目较多,为了提 高管程的流速,可在两端封头内设置适当隔板将管子分成若干 组,使流体依次通过每组管子往返多次通过,称为多管程. 流体每通过一次壳体称为一个壳程.为提高壳程流体流速可 在壳体内安装纵向挡板使流体多次通过壳体空间,称为多壳程.
西北大学化工原理课件 (2)列管式换热器的补偿装置 列管式换热器操作时,由于冷热流体温度不同,使壳体和管 束受热不同,它们的热膨胀程度不同,当管束和壳体温度差大于 750℃就可能引起设备变形或管子扭曲,从管板上松脱,甚至毁坏 整个换热器.所以必须从结构上考虑消除或减少热膨胀的影响. 根据所采取的温差补偿措施,换热器可分为以下几种型式: a,固定管板式:结构简单,热补偿小,且检修和清洗困难.
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b,浮头式换热器(见图6 51 )
结构动画 工作动画

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