化工原理少课时版第六节换热器

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1、第四章传热第六节换热器换热器的外形换热器的管束典型的换热设备直接混合式传热：冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。不常用，如凉水塔。间壁式换热：参与传热的两种流体被隔开在固体间壁的两侧，冷、热两流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量的交换。套管式换热器冷溶液进冷溶液出热溶液进热溶液出传热过程的基本问题⑴载热体用量的确定；⑵设计新的换热器；⑶核算现有换热器的传热性能；⑷强化或削弱传热的方法。解决这些问题需要两个基本关系式热量恒算式若忽略过程热损失传热速率关系传热速率(热流量)Q：单位时间内所交换的热量(W)——传热基本方程式传热通量(热流密度)q：

2、单位时间单位传热面积上传递的热量(W/m2)K——总传热系数，W/(m2·K)一、换热器的分类按传热特征分：间壁式：冷、热流体由固体间壁隔开，传热面积固定，热量传递为-导热-对流的串联过程。混合式：通过冷、热两流体的直接混合来进行热量交换。蓄热式(蓄热器)：由热容量较大的蓄热室构成，使冷、热流体交替通过换热器的同一蓄热室。按用途分：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。按结构分：夹套式、浸没式、喷淋式、套管式和管壳式等。选取换热器时，应根据工艺要求选用合适的类型，还应按传热基本原理选定合理的换热流程，确定换热器的传热面积、结构尺寸以及校核流体阻力等。对系列

3、化标准换热器，需通过必要的计算(A，p)来选用。二、间壁式换热器（一）夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却，将反应器的筒体制成夹套，将加热剂或冷却剂通入夹套内，通过夹套的间壁与反应器内的物料进行换热。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部连接管通入夹套内，冷凝水由下部连接管排出，当冷却时，冷却水从下部进入，而由上部流出。为提高器内物料一侧的给热系数，可在器内设置搅拌器，使容器内的流体作强制对流。间壁式换热器的类型和结构型式（二）浸没式蛇管换热器结构：由肘管连接的直管，或由盘成螺旋状的弯管所组成。蛇管形状主要决定于容器形状。将蛇管浸没于容器中，即构成蛇管式换热器。当

4、管内通入液体载热体时，应从蛇管的下部通入，当管内通入蒸汽加热时，应从蛇管的顶部通入，冷凝水经蛇管下部的疏水器排出。优点：结构简单，能承受高压；缺点：管外流体给热系数小，为强化传热，可在器内安装搅拌器。间壁式换热器的类型和结构型式（三）喷淋式蛇管换热器通常用作冷却器。将蛇管成排地固定在钢架上，被冷却流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置通过齿型堰板均匀喷洒在蛇管表面而流下，最后收集于排管的底盘内。喷淋式换热器的最大优点是便于检修和清洗，对冷却水水质可以适当降低。间壁式换热器的类型和结构型式（四）套管式换热器间壁式换热器的类型和结构型式套管式换热器结构：直径不同

5、的金属管装配成的同心套管。可根据换热要求串联使用。程数可依传热面积的大小而增减，并可数排并列。冷、热流体一般呈逆流流动，平均传热温差大，并可达到较高的流速，形成湍流，具有较高的传热系数。优点：构简单，能承受较高压力，应用灵活；缺点：耗材多，占地面积大，难以构成很大的传热面积，故一般适合于流体流量不大、传热负荷较小的场合。螺旋套管换热器（五）螺旋板式换热器螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互隔开的螺旋形通道，在顶、底部分则焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出口接管是设在园周边上，而另一对进出口则设

6、在园鼓的轴心上。换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。螺旋板式换热器按流道布置和封头形式可分为：I型结构：两个螺旋通道两侧完全焊接封闭，不可拆。两流体均作螺旋运动，通常冷流体由外周流入，热流体从中心流入，形成完全逆流流动。主要用于液体与液体之间的传热。II型结构：一个螺旋通道焊接封闭，另一通道的两侧敞开。一流体作螺旋形流动，另一流体则作轴向流动。适合于两流体的流量相差很大的场合。常做蒸汽冷凝器、气体冷却器使用。III型结构：一流体作螺旋形流动，另一流体则是轴向流动和螺旋流动的组合，适用于蒸汽的冷凝和冷却。螺旋板式换热器螺旋板式换热器的特点

7、传热系数高由于离心力的作用，可在较低Re数下出现湍流(Re=1400-1800)，允许流速可达2m/s，故传热系数较高，如水对水的换热，传热系数可达2000-3000W/（m2·K）。不易堵塞由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发挥流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。由于流道长，可为完全逆流，便于控制温度和利用低温热源，操作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用螺旋板换热器比较合适。结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换热器的3倍。操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作压力只能在20

8、atm以下，操作温度约在300-400