《化工单元过程及设备的选择与操作》-项目4：传热过程与设备

化工单元过程及设备的选择与操作课程组传热基本方式的认识为什么冷流体升温？冷进92℃冷出145℃热进225℃热出177℃管壳式换热器工程任务工程任务凡是有温差的存在，热量就会自发的从高温处传递到低温处。这一过程就是热量的传递，简称传热。热进225℃温度差冷进92℃传热是怎么发生的？传热方式1、传导2、对流3、辐射传

热1、热传导微观的角度机理：借助物质的分子、原子或自由电子的运动将热量从物体温度较高的部分传递到温度较低部分的过程。特点：在传热方向上，没有物质的宏观位移。场合：1、固体内部；2、静止流体内部；3、在层流流动的流体内部与流动方向垂直方向上的传热。举例：手拿小铁棒放火上烤，时间长后手会有感觉--烫。机理：由于流体内部质点发生宏观相对位移和混合，而将热能由一处传递到另一处。1、热对流对流传热，又称给热对流和导热联合作用的过程。流体主体中主要依靠对流方式传热，壁面以及靠近壁面附近流体层依靠导热方式传热化工生产中，经常遇到流体通过金固属体壁壁面面两进行侧传流热体过怎程样。传热？冷流体热流体3、热辐射机理：具有温度而辐射电磁波的现象特点：以电磁波的形式实现能量的传递。不需要媒介。存在：物体之间辐射和吸收电磁波的总效果，低温不明显例子：太阳照耀大地。辐射传热的特点不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量伴随着能量形式的转换:

物体内能--电磁波能--物体内能方向性：热由高温传到低温。物体的辐射能取决于辐射物体温度的4次方，所以仅当物体间温差很大时

，辐射传热才是主要传热方式

。例如管式加热炉的炉膛（辐射段）传热方式1、传导2、对流3、辐射固体内部，静止流体内部，在层流流动的流体内部与流动方向垂直方向上的传热。发于有生宏观位移的流体不需要媒介，以电磁波的形式实现能量的传递小 结思考任务里用到哪些传热方式？冷热流体怎样接触的？………………化工单元过程及设备的选择与操作课程组工业换热方式的认识工程任务冷热流体怎样接触的？冷进92℃冷进92℃冷出145℃冷出145℃热进225℃热进225℃热出177℃热出177℃管壳式换热器管壳式换热器换热原理不同混合式蓄热式间壁式换热原理不同原理：依靠热流体和冷流体直接接触和

混合过程实现的。优点：传热速度快、效率高，设备简单。设备：混合式冷凝器、凉水塔、喷洒式冷却塔适用范围：无价值的蒸汽冷凝，或其冷凝液不要求是纯净物料等，允许冷热两流体直接接触混合的场合。大型玻璃钢冷却塔大型玻璃钢冷却塔废热锅炉废热锅炉1、混合式高温流体低温流体蓄热体原理：对热容量较大的固体蓄热体的周期性加热和冷却。优点：结构简单、能耐高温适用范围：高低温气体热量的回收或者冷却举例：焦化厂蓄热室插入动画1

2、蓄热式

原理：冷热流体被一固体间壁隔开，在换热过程中两载热体互不接触

、不混合。热流体先将热量传给固体壁面，壁面再将热量传递给冷流体。优点：

两载体互不接触、不混合适用范围：实际生产中应用最为广泛的一种形式热流体冷流体壁3、间壁式换热想一想工程任务中冷热流体之间)。的换热方式是(A、混合式B、间壁式C、蓄热式D、辐射式换热方式1、混合式2、蓄热式3、间壁式冷热流体直接接触和混合冷热流体交替进入换热器冷热流体在固体间壁两侧思考换热器里面结构是什么样子？………………化工单元过程及设备的选择与操作课程组换

热

器

的

类

型常见的换热器的类型及结构结

构1-反应器

2-夹套

3、4-蒸汽或冷却水接管

5-冷凝水或冷却水接管优点：结构简单，加工方便缺点：传热系数较低，传热面又受容器的限制。强化措施：为了提高其传热性能，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用途：应用于反应器的加热和冷却。（1）夹套式换热器（2）蛇管式换热器蛇管式换热器又分沉浸式和喷淋式两种优点：结构简单、价格低廉、能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。缺点：管外容器内的流体湍流程度差，给热系数小，平均温差低。蛇管易堵塞。用途：反应器的传热、高压下传热、强腐蚀性流体的传热。强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。①沉浸式换热器②喷淋式换热器优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外α比沉浸式大；传热面积大而且可以改变，检修和清洗方便。缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。（3）套管式换热器优点：结构简单，易于维修和清洗，适用于高温、高压流体。缺点：流动阻力大，金属耗量多，而且体积较大。应用：所需传热面积小，小容积流量的流体。（4）列管式换热器优点：传热面积大，结构紧凑、坚固、传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大。应用：高温高压以及大型装置中得到普遍应用。（5）其他类型换热器（5）其他类型换热器螺旋板式由焊接在中心隔板上两块金属薄板卷制而成，两薄板间形成螺旋形通道。翅片式换热器翅片式换热器在换热管的外面装有很多翅片若干块长方形的薄金属片叠加排列，夹紧组装与支架上。板面常冲压成各种凹凸的花纹。板式换热器基本单元由翅片、隔板及封条组成。翅片上下放置隔板，两侧边缘由封条密封，即组成一个单元体。将一定数量的单元体组合起来并进行适当排列，然后焊在带有进出口的集流箱上。板翅式换热器思考列管式换热器的内部结构是什么样的？………………化工单元过程及设备的选择与操作课程组换

热

器

的

类

型间壁式换热器类

型工程任务换热器有哪些类型？冷进92℃冷出145℃热进225℃热出177℃管壳式换热器（1）按换热器用途分①加热器

：

用于把流体加热到所需要的温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。②冷却器

：

用于加热流体，使其达到所需要的温度。③预热器

：

用于流体的预热，以提高整个工艺装置的效率。④过热器

：

用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。⑤蒸发器

：

用于加热液体，使其蒸发汽化。⑥再沸器

：

加热冷凝的液体使其再受热汽化。为蒸馏过程的专用设备。⑦冷凝器

：

用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出汽化潜热而凝结液化。分

类（2）按传热面形状和结构分蓄热式混合式换热器间壁式板式：螺旋板式、板式、板翅式夹套式套管式列管式固定管板式换热器U型管式换热器浮头式换热器蛇管式沉浸式喷淋式管式、板式、特殊形式常见的换热器材料有金属、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等。①金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。②非金属材料换热器常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。（3）按制造材料分化工单元过程及设备的选择与操作课程组换

热

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的

类

型列管式传热器的结构和分类换热器有哪些分类？冷进92℃冷出145℃热进225℃热出177℃管壳式换热器工程任务因此当两流体的温度差超过50℃时，就应采取热补偿措施。列管式换热器按热补偿方法可分为以下几种主要型式

①固定管板式换热器

②U形管式换热器

③浮头式换热器热补偿方法①固定管板式换热器工作原理优点：结构简单，管内便于清洗，造价低廉。缺点：壳程清洗和检修困难；当管壁和壳壁的温度相差较大时会产生较大的热应力，甚至将管子从管扳上拉脱。解决方法：采用补偿圈（膨胀节）应用场合：适用于壳程流体清洁不易结垢，两流体温差不大或温差教大但壳程压力不高的场合。②U形管式换热器工作原工作原理优点：

结构简单，管间清洗较易。缺点：

管内清洗较困难，管板的利用率低。解决热应力方法：它是把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，与壳体无关，来解决热补偿问题。应用场合：

适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场所。理③浮头式换热器工作原理优点：可完全消除热应力，在清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。缺点：结构复杂，用材量大，造价高。操作时，如果浮头盖连接处泄漏将无法发现，

解决热应力方法：采用浮头来消除热应力应用场合：应用十分广泛，适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合。可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀的场合。思考换热器有还有哪些类型？………………化工单元过程及设备的选择与操作课程组换

热

器

的

类

型列管式传热器的结构和分类换热器里面是什么样子的？冷进92℃冷进92℃冷出145℃冷出145℃热进225℃热进225℃热出177℃热出177℃管壳式换热器管壳式换热器工程任务由壳体、管束、折流板、管板和封头等部分组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。列管式换热器的结构管

箱流体流入换热管和送出换热器在多管程结构中，起到改变流体流向用来排布换热管将管程和壳程流体分开，避免混合承受管程壳程压力和温度的载荷作用管

板管

束管程：一种流体由进口管进入封头，通过管板上圆孔分配至各管内，流经各管后汇集至另一侧封头，然从此封头的出口管流出。壳程：另一种流体由壳体的接管流入，在壳体与管束间的空隙流动，然后从壳体的另一端接管排出。思考管程流体壳程流体热流体冷流体冷进92℃冷进92℃热进225℃热进22