[理学]化工原理第四章第五节.ppt

第四章 传热 一、换热器的类型 二、换热器传热过程的强化 一、换热器的类型 二、换热器传热过程的强化 螺旋板式换热器的优点： 1）传热系数高：螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰，在较低的雷诺数下即达到湍流，并且允许选用较高的流速（对液体为2m/s，气体为20m/s），故传热系数较高。如水对水的换热，其传热系数可达2000~3000W/（m2.K），而列管式换热器一般为1000~2000 W/（m2.K）。 2）不易结垢和堵塞：允许选用较高的流速，又有惯性离心力的作用，流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而受到流体本身的冲刷。 3）能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和两流体可进行完全逆流，故可在较小的温差下操作，能充分利用温度较低的热源。 4）结构紧凑：单位体积的传热面积约为列管式的3倍。 螺旋板换热器的主要缺点是： （1）操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过2Mpa，温度不超过400℃。 （2）不易检修：因整个换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难。 （3）流动阻力较大 3）平板式换热器 平板式换热器简称板式换热器，是将一组薄金属板平行排列，两相邻板片的边缘衬有垫片，用框架夹紧，即为板式换热器。垫片和板片相夹紧构成一个个流动通道。 每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有一对圆孔和一组板间流道相通，另外一对圆孔则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通道。这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的以分别形成两流体的通道。冷热流体交错地在板片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度约为0.5~3mm，通常压制成凹凸的波纹状。增加了板的刚度以防止板片受压时变形，同时又使流体分布均匀，增强了流体湍动程度和加大了传热面积，有利于传热。 1.固定压紧板 2.夹紧螺栓 3.前端板 4.换热板片 5.密封垫片 6.后端板7.下导板 8.后支柱 9.活动压紧板10.上导板 平板式换热器的优点是： 1）传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽，可在低雷诺数下即达到湍流。而且板片厚度又小，故传热系数大。例如水对水的传热系数可达1500~4700W/（m2.℃）。 2）结构紧凑：一般板间距为4~6mm，单位体积设备可提供的传热面为250~1000m2/m3（列管式换热器只有40~150 m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。 * * * * 第五节 换热器 根据传热原理和 实现热交换的方法 间壁式 直接混合式 蓄热式 换热面的型式 管式 板式 翅片式 1、管式换热器 1）沉浸式换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。蛇管内、外的两种流体进行热量交换，传热面为蛇管表面。几种常见的蛇管形式如图所示。 优点：结构简单，制造容易；能承受高压；可用耐腐蚀材料制造；管外易清洗。 缺点：管内不易清洗；容器内液体湍动程度低，管外α小。 2）喷淋式换热器 喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。这种换热器是将蛇管固定在支架上，并排列在同一垂直面上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。冷水由最上面的多孔管喷洒而下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。冷却水可在蛇管外表面上部分汽化，因而α较大，传热效果较好。 同时它还便于检修和清洗等优点。其缺点是占地面积大，喷淋不易均匀，并可能造成部分干管。。 3）套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程，总程数由传热面积确定。 在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙。适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。 优点：结构简单，制造容易，能耐高压，传热面积易增减，传热系数大，可实现纯逆流操作。 缺点：耗材多，占地面积大，单位长度所具有的传热面积较小，管间接头多，易泄露，环隙不易清洗。 适用于流量不大，所需传热面积不大而要求压力较高的场合。 4）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构简单坚固，传热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性 较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。 在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管子弯曲，甚至破裂或从管板上脱落。因此，当两流体的温差超过50℃时，就应采用热补偿的措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器