高职高专化工原理教学ppt课件传热47换热器.ppt

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1、复习,1、热传导2、热对流3、间壁式传热过程4、传热总速率方程,分类: 按用途：加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器 按传热特征 直接接触式：冷、热流体直接混合 蓄热式：,4.6 换热器,间壁式：冷、热两流体由金属壁隔开，不直接接触,1、夹套式换热器, 结构及用途：在容器外壁安装夹套制成。主要用于反应过程的加热或冷却。 优点：结构简单 缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。 为提高传热系数，可在釜内安装搅拌器。,一、间壁式换热器的类型,2、沉浸式蛇管换热器, 结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。, 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。

2、缺点：由于容器体积比管子的体积大得多，因此管外流体的对流传热系数较小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。,3、喷淋式换热器, 结构：将蛇管成排地固定于钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器。, 优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗 缺点：喷淋不易均匀,4、套管式换热器, 优点：进行热交换时使一种流体在内管流过，另一种则在套管间的环隙中通过。流速高，传热系数大，逆流流动，平均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便。, 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。, 缺点：介质流量较小，

3、热负荷不大。,5、列管式换热器,列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，应用广泛。 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 常见的类型有：固定板式换热器、U形管换热器、浮头式换热器。,（1）列管式换热器的结构,结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。,管束结构,结构示意,单程： 流体在管内每通过管束一次 一管程 流体在管外每通过壳体一次 一壳程 多程： 多管程：封头内设置分程隔板，单管程多管

4、程, 多壳程： 相当于单壳程串联，传热面积增大,流通截面积：,传热面积：,管程数，流通截面积，管内流速，i，可强化传热,单管程换热器管、壳程流体流动,双管程换热器内的流体流动,常用形式：弓形、圆盘形,折流挡板,作用：提高壳程流体湍动程度(Re100 湍流),增大0，强化传热。冲刷沉积物，减小污垢热阻；对壳体起支撑作用。,代价：壳体阻力，系统动力消耗,弓形,圆盘形,（2） 分类及特点,管、壳温度不同，产生热应力，当t50时，管弯曲、断裂或管板变形，为此，采用各种补偿办法消除或减小热应力。,固定管板式 安装膨胀节U形管式 本身具有补偿能力浮头式 本身具有补偿能力,根据所采取的温差补偿措施，列管式换

5、热器可分为：,a）固定管板式换热器,特点： 结构简单，成本低，可能产生较大的热应力，壳程不易机械清洗；适用： 壳程流体不易结垢或容易化学清洗，壳体与传 热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。,b）U形管换热器,特点：具有温度补偿作用，管程不易清洗。适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。,结构:,U型管换热器内的流体流动,c）浮头式换热器,结构:,特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、 成本高，但应用广泛。,6、其他类型换热器,（1）各种板式换热器,优点：传热系数大、结构紧凑、操作灵活性大、金属材料消耗量低、加工容易、检修清洗方便。缺点：允许操作压力比较低、操作温度

6、不能太高、处理量不大。,板式换热器流向示意图,螺旋板式换热器,（2）热管换热器,新型传热元件,热 管,优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠适用：尤其适用于某些等温性要求较高的场合,二、 列管式换热器的设计和选用 要求：根据生产任务设计或选择合适的换热器 (计算传热面积，确定管、壳程数，管规格、管排布等） 1、列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (1)选择流程 一般原则：不洁净或易结垢的液体、腐蚀性流体 压力高的流体,走管程,饱和蒸汽、流量小而粘度大的流体、对流传热系数大的流体、需要冷却的流体,走壳程,(2) 流速的选择 流速影响对流传热系数和污垢热阻的大小。 流速减小，流体中颗粒沉

7、积，甚至堵塞管路 流速增大，流体阻力增大。 （表4-12、4-13） (3) 流动方式的选择 对于同样的进、出口条件，传热量相同， A逆A并 管程或壳程，对流传热系数，但同时流动阻力，tm ，应权衡确定 (4) 换热管规格和排列的选择 换热管规格：,管子长度：1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m,(5) 折流挡板,管子在管板上的排列：,挡板间距：一般取壳体内径的0.21.0倍,挡板切除对流动的影响,2、流体通过换热器时阻力的计算,（1）管程阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力计算式求得。,（2）壳程阻力 对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，计算结果相差较大。,埃索法：,表4-

8、14 列管式换热器允许的压降范围,3、管壳式换热器设计和选用的计算步骤,（1）初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差校正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。 计算热流量Q及平均传热温差tm，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A估。 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。,（2）计算管、壳程阻力,计算管、壳程流速和阻力，判断是否合理。,（4）计算传热面积并求裕度,一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于需要的传热面积A0 20%左右为宜， 即裕度为20%左右。裕度的计算式为：,（3）核算总传热系数,求出总传系数K计，并与估

9、算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。,三、换热器的传热强化途径,强化方法：提高K、A或tm 目 的：传热面积 ，使设备费用降低1、提高K值,（1）降低污垢热阻（2）提高对流传热系数 若i 0，提高小( i)的一侧 两侧相近，应同时提高两侧流体的,提高对流传热系数的方法 无相变传热 a）提高管内流速,缺点：流动阻力，动力消耗，操作费用,经济优化：选择适宜流速，使总费用最低,优点：总传热系数，传热面积，设备投资费,流速,非工艺物流：流量,工艺物流：流通截面积,壳程：折流挡板数,管程：单管程 双(多)管程,b）制造人工粗造表面促进边界层分离，减薄层流底层，强化传热c）加设扰流

10、元件 管内装入麻花铁、螺旋圈或金属丝片；增强湍动，破坏层流底层。, 有相变传热 冷凝 ：1）采用滴状冷凝 2）及时排放不凝气体 3）气、液流向一致 4）合理布置冷凝面 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝） 沸腾： 1）保持核状沸腾 2）制造人工表面，增加汽化核心数,2、提高传热推动力,限制：两侧均为工艺物流时，温度不能任意改动,适用：一侧为公用工程物流(加热蒸汽、冷凝水)时， 其进口温度可调。,例：提高冷却水用量 tc2， tm 提高加热蒸气压力 P ，ts ， tm 蒸发、闪蒸P ，ts ， tm,3、增加传热面积 改善传热表面，增加单位体积设备的传热面积 如采用：,不同异形管 开槽及加翅片折流形式多孔、高效传热面,纵向翅片管,横向翅片管,螺旋槽纹管,缩放管,小结,1、理解列管式换热器的结构、特点、工艺计算及选型2、了解其他类型换热器的结构和特点3、理解强化传热的途径,