换热过程及设备

1、第二节第二节 传热过程及设备传热过程及设备一、传热过程一、传热过程化工生产中的传热过程削弱传热传热规律：高温低温传热方式热传导热对流热辐射换热过程及设备（一）热传导（一）热传导 系统内部的两部分连续存在温差，热就会自发地从高温部分向低温部分传递，直到各个部分的温度相等为止。换热过程及设备 热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，是流体所特有的一种传热的方式。（二）热对流（二）热对流热对流自然对流强制对流换热过程及设备 工业生产中大量遇到的是流体在流过固体表面时与该表面所发生的热量交换，常将其称为对流给热。 对流给热是流体流动载热与热传导的联合作用的结果。 流体的宏观流动使传热速率加

2、快。换热过程及设备 热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任何传递介质。（三）热辐射（三）热辐射换热过程及设备 如果生产中有一冷流体需要加热，又有一热流体需要冷却，只要两者温度变化的要求能够达到，就应当尽可能让这两种流体进行换热，而不必分别进行加热和冷却。二、常用的加热和冷却方法二、常用的加热和冷却方法换热过程及设备 水蒸汽：指特定空间的水存在形态是气水蒸汽：指特定空间的水存在形态是气-液二相液二相（一）常用加热剂和加热方法（一）常用加热剂和加热方法1. 饱和水蒸汽加热饱和水蒸汽加热饱和状态：在同一时间内，如逸出与返回水中的分子数量相同，达到动平衡，水和

3、水蒸汽便处于饱和状态，并分别称为饱和水与饱和水蒸汽，饱和温度越高，饱和压力也越高 换热过程及设备优点：可以通过调节蒸汽压力，准确地调节温度； 蒸汽冷凝时的膜系数大； 蒸汽的汽化潜热大，且加热均匀。缺点：加热温度不高，通常不超过180，相应压 力约1003kPa。加热方法直接加热间接加热换热过程及设备如机油、汽缸油等。一般温度不超过250。2. 矿物油加热矿物油加热优点来源丰富加热均匀不需加压缺点黏度大膜系数越来越小易着火换热过程及设备导生油 ： 26.5联苯 + 73.5二苯醚沸点：258 3. 有机载热体加热有机载热体加热蒸汽压200 时25.3kPa，水的1/60350 时537kPa，水

4、的1/30优点：化学稳定性；加温范围大，一般不超过380 缺点：易渗透软填料，管道连接处需用金属垫片换热过程及设备4. 熔盐加热熔盐加热7NaNO3+40NaNO2+53KNO3熔点：142 优点：最高加热温度可达530 缺点：比热容小换热过程及设备5. 烟道气加热烟道气加热 加热温度超过500时，大多采用烟道气，温度可高达1000或更高。 使用烟道气加热应防止局部过热，当用气体或液体燃料时，可采用自控系统调节和控制温度。换热过程及设备6. 电加热电加热电加热电阻加热电感加热最高加温达1100防火防爆环境下不安全500以下可用较电阻加热安全能量利用率低换热过程及设备（二）常用冷却剂和冷却方法（

5、二）常用冷却剂和冷却方法冷却剂水空气冷却剂温度1530以上的场合30 以上场合零下十几度甚至零下几十度常温水水或低温水冷却无机盐水溶液载冷低沸点液体蒸发换热过程及设备（三）载热体的选用原则（三）载热体的选用原则定义：参与传热的流体载热体热载热体：高温放热冷载热体：低温吸热选用原则：温度必须满足工艺要求； 温度容易调节； 具有化学稳定性； 价格低廉，来源广泛。 换热过程及设备三、换热设备三、换热设备换热器直接接触式蓄热式间壁式列管式套管式蛇管式夹套式平板式螺旋板式翘片式流化床式换热过程及设备（一）列管式换热器（一）列管式换热器列管式换热器也叫管壳式换热器，主要由壳体、管束、管板、折流板、封头等组

6、成。特点：结构简单、坚固，制造容易，传热面积大、效果好，操作弹性大，适用性强。分类：固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、填料函式换热器1. 分类及特点分类及特点换热过程及设备换热过程及设备换热过程及设备 由于冷热流体温度不同，壳体和管束受热不同，其膨胀程度也不同，如两者温差较大，管子会扭弯，从管板上脱落，甚至毁坏换热器。所以，列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力。换热过程及设备（1）有补偿圈固定管板式换热器）有补偿圈固定管板式换热器换热过程及设备 若壳体与传热管壁温度之差大于50，要加补偿圈(也称膨胀节)，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿

7、圈的弹性变形来适应它们之间不同的热膨胀。特点：结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。换热过程及设备（2）浮头换热器）浮头换热器两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，全消除热应力。换热过程及设备换热过程及设备特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力。是应用较多的一种结构形式。换热过程及设备（3）U型管换热器型管换热器换热过程及设备把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高

8、压气体的换热。换热过程及设备（4）填料函式换热器）填料函式换热器1.活动管板2.填料压盖3.填料4.填料函壳换热过程及设备在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，消除热应力 特点：其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。 换热过程及设备2. 列管式换热器结构列管式换热器结构（1）流体的流程）流体的流程流程管程：走管内壳程：走管外流体从管内一端流到另一端为一程，U型管为两程换热过程及设备（2）换热管在管板上的排列）换热管在管板上的排列换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正

9、三角形、正方形和转角正方形等换热过程及设备（3）管板和管子的连接）管板和管子的连接连接方式压力4MPa、温度300 焊接高温高压胀、焊并用换热过程及设备胀接方式胀接方式换热过程及设备焊接方式焊接方式换热过程及设备（4）壳体及其与管板的连接）壳体及其与管板的连接在壳程进口接管处常装有防冲板或称缓冲板换热过程及设备在固定式管板中，两端管板均与壳体采用焊接连接、且管板兼作法兰用，在浮头式、U形管式及填料函式换热器中采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰和管箱法兰之间换热过程及设备（5）折流板）折流板作用增加湍流度，提高换热效率支撑管束分类弓形圆环-圆盘形单弓形双弓形螺旋形折流板换热过程及设备换热过程及设

10、备圆环-圆盘形折流板换热过程及设备螺旋折流板换热过程及设备折流板的固定折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的换热过程及设备定距管定距管拉杆拉杆换热过程及设备（二）套管式换热器（二）套管式换热器换热过程及设备根据换热要求，将几段由不同直径组成的同心套管用U形管连接。优点：结构简单，加工方便，耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流，应用方便。缺点：结构不紧凑，材料消耗量大，接头多而易漏，占地较大。用于流量及传热面积不大的场合，广泛用于超高压生产过程。换热过程及设备（三）蛇管式换热器（三）蛇管式换热器分类喷淋式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器换热过程及设备喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器换热过程及设备热流体

11、从最下到上经蛇管流出，途中与喷淋下来的冷却水进行热交换。优点：结构简单、造价便宜，耐高压，便于检修、清洗，传热效果好。缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外用于冷却或冷凝管内液体各种换热器flash讲解喷淋式换热器.swf换热过程及设备沉浸式蛇管换热器换热过程及设备各种换热器flash讲解沉浸蛇管换热.swf蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。特点：结构简单，便于防腐，能承受高压。传热面积不大，蛇管外对流传热系数小。为了强化传热，容器内一般加搅拌器。换热过程及设备（四）夹套式换热器（四）夹套式换热器1.冷流体2.夹套换热过

12、程及设备夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。各种换热器flash讲解夹套换热器.swf特点：结构简单，加工方便。传热面积小，传热效率低。为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。广泛用于反应器的加热和冷却。换热过程及设备（五）平板式换热器（五）平板式换热器紧固螺栓传热板片压力板导向栓携带栓固定框架板支撑、固定框架换热过程及设备将方形金属板片压紧，四角上的圆孔形成流道，冷、热流体通过金属板片换热。特点：传热效率高、系数大，检修方便；耐温、耐压差，易渗漏。换热过程及设备（六）螺旋板式换热器（六）螺旋板式换热器换热过程及设备换热过程及设备由两张平行的薄钢板卷

13、制而成，在换热器中心设有中心隔板，构成一对互相隔开的螺旋形流道，冷热两流体以螺旋板为传热面相间流动各种换热器flash讲解螺旋板式换热器.swf特点：传热效率高，不易堵塞，成本较低；但该换热器的操作压力、温度不能太高，螺旋板难以维修，流体阻力较大。换热过程及设备（七）管翅式换热器（七）管翅式换热器换热过程及设备换热过程及设备在换热管的内表面或外表面安装各种翅片，从而增大传热面积，增加空气湍流度，从而提高换热效率。工业上常用翅片换热器作为空气冷却器，经济又实用。换热过程及设备（八）板翅式换热器（八）板翅式换热器换热过程及设备换热过程及设备换热过程及设备换热过程及设备由隔板、翅片和侧条组成单元体，多个单元体逆流或错流组装为组装件，再将带有集流出口的集流箱焊接到组装件上；冷、热流体从隔板两侧流道流过，通过隔板换热。特点：传热效率高，比表面积大，轻巧紧凑，适应性强；工艺复杂，易堵塞，耐蚀性差。换热过程及设备换热过程及设备换热过程及设备管程内的流体由下往上流动，使固体颗粒保持稳定的流化状态，固体颗粒在换热器上部与流体分离，并随着