化工原理第四章第七节讲

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1、第四章传热一、换热器的类型二、列管式换热器的基本型式三、新型换热器四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径第七节换热器2021/7/16一、换热器的类型根据传热原理和实现热交换的方法间壁式混合式蓄热式换热面的型式管式板式翅片式2021/7/161、管式换热器1）沉浸式换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。蛇管内、外的两种流体进行热量交换。几种常见的蛇管形式如图所示。优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造缺点：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。2021/7/16

2、2021/7/162021/7/162021/7/162）喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜，因而管外对流传热系数较大。另外，喷淋式换热器常放置在室外空气2021/7/16流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。因此，和沉浸式相比，喷淋式换

3、热器的传热效果要好得多。同时它还便于检修和清洗等优点。其缺点是喷淋不易均匀。3）套管式换热器套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程，每程有效长度约为4~6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙2021/7/162021/7/162021/7/162021/7/16适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。另外，套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗

4、的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。4）列管式换热器优点：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性2021/7/16较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管子弯曲，甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温差超过50℃时，就应采用热补偿的措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器分为以下几种主要形式：（

5、1）固定管板式2021/7/16固定管板式的两端管板和壳体制成一体。因此它具有结构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修困难，要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种补偿方法简单，但不宜应用两流体温差过大（应不大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。2021/7/162021/7/16（2）浮头式换热器浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除

6、了热应力的影响，且由于固定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。（3）U型管式换热器U型管式换热器每根管子都弯成U型，进出口分别安装在同一管板的两侧，封头用隔板分成两室。这样，每根管子2021/7/162021/7/162021/7/16可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单，重量轻，但管程不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的流体，如高压气体的换热。2、板式换热器1）夹套式换热器夹套式换热器式最简单的板式换热器，它是在容器外壁安装夹套制

7、成，夹套与容器之间形成的空间为加热介质或冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热2021/7/162021/7/16或冷却。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。夹套式换热器结构简单，但其加热面受容器的限制，且传热系数也不高。为提高传热系数，可在器内安装搅拌器，为补充传热面的不足，也可在器内安装蛇管。2）螺旋板式换热器螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成，在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央2021/7/162021/7/1

8、6设有隔板，将螺旋形通道隔开，两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体