设备管理_传热设备--过程设备设计

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 轻工企业 约占总投资的10 20 化工石化 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 过程设备设计 传热设备换热器是工业生产中重要的单元操作设备之一 类型很多 特点不一 可根据生产工艺要求进行选择 依据传热原理和实现热交换的方法 换热器可分为间壁式 混合式及蓄热式三类 其中以间壁式换热器应用最普通 一 间壁式换热器1 夹套式换热器主要应用于反应过程的加热或冷却 该种换热器的传热系数较小 传热面又受容器的限制 因此适用于传热量不太大的场合 为了提高其传热性能 可在容器内安装搅拌器 使器内液体作强制对流 为了弥补传热面的不足 还可在器内安装蛇管等 在食品加工中可作液料储存罐 混料罐 暂存罐 搅拌罐 调配罐 加热罐 发酵罐 菌种罐 老化罐 冷热缸 夹层锅等 2 蛇管式换热器 1 沉浸式蛇管换热器优点 结构简单 价格低廉 便于防腐蚀 能承受高压缺点 由于容器的体积较蛇管的体积大得多 故管外流体的a较小 因而总传热系数K值也较小 2 喷淋式换热器和沉浸式蛇管换热器相比 具有便于检修和清洗 传热效果较好等优点 缺点是喷淋不易均匀 蛇管换热器 第二节列管式换热器的基本型式和设计计算列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备 与前述的各种换热器相比 主要优点是单位体积所具有的传热面积大以及传热效果好 此外 结构简单 制造的材料范围较广 操作弹性也较大等 因此 在高温 高压和大型装置上多采用列管式换热器 一 列管式换热器的基本型式1 固定管板式 固定管板式 2 U型管换热器 3 浮头式换热器 例如FA600 130 16 2的换热器 FA表示浮头式A型 其换热管为正三角形排列 FB表示浮头式B型 其换热管为正方形排列 壳体公称直径为600mm 公称传热面积为130m 公称压强为16kg cm管程数为2 二 列管式换热器设计时应考虑的问题流体流径的选择流体流速的选择流体两端温度的确定管子的规格和排列方法管程和壳程数的确实折流挡板主要构件封头缓冲挡板导流筒流体流动阻力 压强降 的计算 第三节新型的换热器一 翅片式换热器 二 螺旋板式换热器螺旋板换热器的优点 总传热系数高不易堵塞能利用低温热源结构紧凑 螺旋板式换热器的缺点 操作压强和温度不宜太高不易检修 螺旋板式换热器 三 板式换热器优点 结构紧凑 单位体积设备提供的传热面积大 总传热系数高 如对低粘度液体的传热 K值可高达7000W m 可根据需要增减板数以调节传热面积 检修和清洗都较方便等 缺点 处理量不大 操作压强比较低 一般低于15atm 最高也不超过20atm 因受垫片耐热性能的限制 操作温度不能太高 一般对合成橡胶垫圈不超过130 压缩石棉垫圈也低于250 四 板翅式换热器主要优点 总传热系数高结构紧凑单位体积设备提供的传热面积一般能达到2500m2 最高可达4300m2 而列管式换热器只有160m2 m3 适应性强 操作范围广板翅式换热器的缺点 由于设备流道很小 故易堵塞而增大压强降 第四节各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径一 各种间壁式换热器的比较选择换热器时要考虑的因素很多 如材料 压强 温度 压强降 结垢腐蚀情况 流动状态 传热效果 检修和操作等 二 传热的强化途径所谓强化传热过程 就是指提高冷 热流体间的传热速率 换热器的设计和生产操作中 或换热器的改进中 大多从这三方面来考虑强化传热过程 增大传热面积A增大平均温度差增大总传热系数K 用套管换热器加热空气 管隙用饱和水蒸汽加热作热源 空气在管内作湍流流动 现因生产需要将空气流量提高为原来的2倍 若要保持空气进 出口温度不变 则此时的传热温差应为原来的 A 不变 B 2倍 C 1 74倍 D 1 149倍 在套管换热器中 已知热流体进 出口温度分别为 1 100 60 冷流体进口温度为t1 30 且知 mCp 2 mCp 1 下标 代表冷流体 下标 代表热流体 则 tm等于 A 30 B 0 C 70 D 不确定 翅片管换热器一般用于 的场合A 两侧均为液体B 两侧均为气体C 一侧为气体 一侧为蒸汽冷凝 D 一侧沸腾 一侧冷凝 某一热流体流经一段直管后 再流入同一内径的弯管段 则弯管段的传热系数比直管段的 因为 如下图 流量为0 5kg s 温度为20 的水 CP 4 18kJ kg K 流过串联的两台列管换热器 以冷却流量为0 8kg s 温度为120 的某溶液 CP 2kJ kg K 测得该溶液的出口温度为65 现因故使进口水温降到6 问 若保持其它进口条件不变 则溶液的出口温度变为多少 第四节各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径一 各种间壁式换热器的比较选择换热器时要考虑的因素很多 如材料 压强 温度 压强降 结垢腐蚀情况 流动状态 传热效果 检修和操作等 二 传热的强化途径所谓强化传热过程 就是指提高冷 热流体间