过程装备基础第17章 传热与传质设备

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1、1第5篇过程设备概论过程设备概论工作原理、结构特点、应用场合、技术规范、选用和设计常用设备类型、结构常用设备原理、应用2过程设备在各种过程工业生产中应用十分广泛，是化工、炼油、轻工、食品、制药、冶金、纺织、动力、交通、海洋工程等传统工业部门的关键设备，也是航空航天、核能等高新技术领域不可缺少的设备。工业生产从原材料到产品，需要经过一系列的物理、化学或生物的加工处理步骤，而这些加工处理步骤都是由过程设备来完成的。3本篇将着重介绍过程工业生产中常用的传热与传质设备、化学过程设备、机械过程设备三类过程设备的类型、结构、原理、设计及应用。通过学习，可以掌握这些常用过程设备的基本结构、工作原

2、理和工程应用，根据生产实际需要进行合理选型或结构设计，并能进一步借助有关的技术资料进行必要的工程计算，以培养解决工程实际问题的能力。4第17章传热与传质设备基本结构与工作原理合理选型或结构设计方法相关的标准和规范简介517.1换热设备17.2塔设备第17章传热与传质设备目录6传热与传质设备，通常指换热设备和塔设备，是化工、炼油、食品、轻工、制药等部门应用最广、使用较多的两种通用设备，因此，下面就逐一进行介绍。7(1)换热设备的作用在过程工业生产中，为了合理而有效地利用热(冷)量，常需采用各种换热设备进行不同的换热过程，使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺规

3、定的指标，以满足生产过程的需要。换热设备也是余热、废热特别是低品位热能回收的有效装置。17.1换热设备17.1.1概述8(2)换热设备的类型在过程工业生产中，由于使用场合、操作条件和物料特性的不同，换热设备有多种类型和结构，并可按不同的方法进行分类。1)按作用原理和实现传热的方式，可分为如下三种类型：9①混合式换热设备它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量交换的，其结构如图所示。化工生产中所用的冷却塔、气压冷凝器等都属于这一类换热设备。这类换热设备的结构简单、价格便宜，为使两流体达到充分换热，常采用塔状结构。10②蓄热式换热设备它是让两种不同温度的流体交替通过同一种载热体表

4、面，从而实现冷、热流体之间的热量传递，其结构如图所示。蓄热式换热设备具有结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大等优点，故较适合用于气-气热交换的场合。11③间壁式换热设备它是利用一固体壁面将冷、热流体隔开，并通过壁面进行热量交换的。这类换热设备在工业生产中应用最为广泛。2)按作用目的，可分为以下几种类型：①冷却器用于冷却工艺物料的换热设备。②加热器用于加热工艺物料的换热设备。③再沸器用于蒸馏塔底汽化物料的换热设备。12④冷凝器用于使气态物料冷凝成液态物料的换热设备。⑤过热器用于对饱和蒸汽再加热升温的换热设备。⑥废热锅炉用于回收高温物流或废气热量的换热设备。133)按传热面的形状和结构

5、，可分为如下几种主要类型：①管壳式换热设备它是通过管子壁面进行传热的换热设备，在各种工业生产中应用最为广泛。这种换热设备的结构坚固、可靠性高、选材范围广、适应性强、处理量大，管内清洗方便，高温高压条件下也能应用。但其传热效率、结构的紧凑性和单位传热面的金属消耗量等方面不及其它类型换热设备。14②板面式换热设备它是通过板面进行传热的换热设备。有板翘式、螺旋板式、板式、板壳式等多种结构形式，其主要特点是传热效率高、结构紧凑。③新材料换热设备这类换热设备主要是指一些为满足工艺特殊要求而设计的采用特殊材料结的换热设备，例如，为了使换热设备能用于耐压、耐热和介质强腐蚀性的场合，可以采用玻璃、

6、石墨、聚四氟乙烯等非金属材料或稀有金属材料——钛等来制作换热设备。15④热管式换热设备它是一种以热管作为主要传热元件的新型热换热设备，其特点是：结构简单、重量轻、经济耐用；在极小的温差下具有极高的传热能力；适用温度范围大；一般没有运动部件，不需要维护，使用寿命长等。目前已经在石油、化工、冶金、建材、电力、电子等多领域中得到广泛的应用。16(3)换热设备设计或选型的基本要求换热设备的种类、结构形式很多，但每种结构形式的换热设备都有其本身的结构特点和工作特性，因此，对换热设备进行合理的选型和正确的设计，其基本要求是：1)满足工艺要求过程工业生产的工艺要求通常包括流体的物理化学性质(如密

7、度、黏度、腐蚀性等)和流体的各种工艺参数(如温度、压力、流量、相态等)，无论换热设备的设计或选型，首先都必须满足这些工艺要求，实现热量传递的目的。172)使用安全可靠由于换热设备也是压力容器，为了确保其使用安全可靠，其设计、制造、安装、维护都必须遵守GB150《压力容器》和GB151《管壳式换热器》的有关规定。3)便于换热设备的安装、操作、维修和清洗在换热设备的设计或选型时，就能够充分考虑到这些因素，必定会有利于换热设备在整个使用期间更为经济地运行。184)经济合理换