化工机械基础之传热与传质设备.ppt

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1、第五篇过程设备概论第十章传热与传质设备1换热设备的应用使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备定义应用它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用设备投资比重化工厂中，约占总投资的10%～20%；炼油厂中，约占总投资的35%～40%。工业使用使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。换热设备也是回收利用余热、废热特别是低位热能的有效装置。10.1换热设备10.1.1概述（1）按作用原理和传热方式分类一、直接接触式换热器（混合式）二、蓄热式换热器三、间壁式换热器2换热设备分类a、

2、直接接触式换热器——又称混合式换热器，见下图。——利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热。如冷却塔、冷却冷凝器等。为增加两流体接触面积，充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。图17-1直接接触式换热器优点——传热效率高、单位容积传热面积大、设备结构简单、价格便宜等。但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合b、蓄热式换热器原理——又称回热式换热器借助固体（如固体填料或多孔性格子砖等）构成的蓄热体，使热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体。热流体热流体冷流体冷流体载热体图17-2蓄热式换热器优点——结构紧凑、价格便宜

3、、单位体积传热面大，适用于气—气热交换。如回转式空气预热器。局限——若两种流体不允许混合，不能采用蓄热式换热器过程设备设计一、管式换热器二、板面式换热器三、其它型式换热器管壳式换热器蛇管式换热器套管式换热器缠绕管式换热器板壳式换热器螺旋板式换热器板式换热器板翅式换热器伞板式换热器传热管的结构形式不同c间壁式换热器分类3换热器选型换热器选型主要因素：1.满足工艺要求（压力、温度及允许压力降的范围）；2.使用安全可靠；3.便于设备的安装、操作、清洗、维修的要求；4.经济合理（材料；价格、使用寿命等）。10.1.2管壳式换热设备基本类型一、固定管

4、板式二、浮头式三、U形管式四、填料函式五、釜式重沸器（一）固定管板式换热器结构固定管板式换热设备立体图(a)外形图(b)剖面图——适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。优点——结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点——当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。应用为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。（二）浮头式结构浮头端可自由伸缩，无热应力浮

5、头端浮头式换热器优点——管间和管内清洗方便，不会产生热应力；缺点——结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。应用——壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。（三）U形管式换热器结构U形管U形管式换热器优点结构比较简单、价格便宜，承压能力强。受弯管曲率半径限制，布管少；管束最内层管间距大，管板利用率低；缺点壳程流体易短路，传热不利。当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要应

6、用清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。（四）填料函式结构填料函式密封优点结构较浮头式简单，加工制造方便；节省材料，造价比较低廉;管束从壳体内可抽出;管内、管间都能进行清洗，维修方便。缺点填料处易泄漏。应用4MPa以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。注：填料函式换热器现在已很少采用。（五）釜式重沸器蒸发空间结构管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构与浮头式、U形管式换热器一样，清洗维修方便；可处理不清洁、易结垢介质，能承受高温、高压

7、（无温差应力）。特点10.1.3管壳式换热器结构管程——与管束中流体相通的空间壳程——换热管外面流体及相通空间管程壳程管程（一）管程结构一、换热管二、管板三、管箱四、管束分程五、换热管与管板连接1、换热管a.换热管型式光管强化传热管翅片管（在给热系数低侧）螺旋槽管螺纹管b.换热管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等2、管板作用用来排布换热管；将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。换热管

8、排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；正方形及转角正方形较易清洗管桥强度清洗通道P≥1.25d0常用换热管中心距/mm换热管外径do1214192532384557换热管中