2.7换热器解析

t 2 t1 T1 T2 P ,R T1 t1 t 2 t1 t m t m逆
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
管壳式换热器的选用和设计计算步骤
明确换热任务，计算需要换热面积及其它参数。以 热流体冷却为例说明。
2.7 换热器 2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
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2.7.3 换热器的强化和其它类型
⑴ 各种板式换热器
螺旋板式换热器
优点：
传热效率高，不易堵塞，冷
热流体可作纯逆流，结构紧 凑，成本较低。 缺点： 操作压力、温度不能太高，
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螺旋板难以维修。
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2.7.3 换热器的强化和其它类型
折流挡板的选择
安装它的目的是提高管外的给热系数。需要考虑折
流挡板的切除高度和折流挡板的间距。
弓形缺口高10% ~ 40%壳体内径 最常见 弓形缺口高 20% ~ 25%壳体内径
挡板间距一般为壳体内径的0.2~1.0倍，并符合国家 标准规定的值。
2.7 换热器 2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
板式换热器
优点：
传热效率高，传热系数 K
大，结构紧凑，操作灵活
，安装检修方便。
缺点：
耐温、耐压性较差，易渗 录像
漏，处理量小 。
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2.7.3 换热器的强化和其它类型
板翅式换热器
优点：
结构高度紧凑，传热效率
高，操作压力较高。
缺点： 制造工艺复杂，检修清洗 困难。
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主要性能 操作性能 换热器 的形式 管内 清洗 是否 容易 × ○ × 管外 清洗 是否 容易 √ √ × 检查 是否 方便 √ √ × 效率 管内获 管外获 实现严 高流速 高流速 格逆流 的可能 的可能 的可能 性 性 性 √ √ √ ○ ○ √ × × √ 紧凑性 单位体 积传热 面 (m2/m3) 15 16 20 加工性能 用钢或 塑料制 造可能 性 √ √ √ 用铸铁及 脆性材料 制造的可 能性 √ √ × 金属 耗量 (kg/m 2) 100 60 150
除纯逆流、纯并流外，还有多管程、多壳程的复杂流
动，流动折返次数越多，对传热越有利，但同时增加
过程的阻力，增加动力费用。
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2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
换热管规格和排列的选择
换热管直径越小，其单位容积的换热面积越大。洁 净流体可选用小一些的。反之选大一些的。 从国家标准规定中的管径中选。管长要从1.5、2、 3、4.5、6、9m六种规格中选。 管子排列方式既要考虑有利传热、又要考虑清理。 正三角形有利传热，正方形的有利于清理，正方形 错列居于二者之间。
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对数平均温度差的修正
前面推导的对数平均温差是纯逆流或并流。实际上 情况复杂，为了简化引入修正系数 Ψ。修正系数可 根据冷、热流体的进、出口温度、换热器流体流动 方式从线图上查找。教材图2-25只给出部分流动形 式的修正系数。如果图中查不到，说明该流动形式 满足不了换热要求，需要从其它手册上查找。
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
套管式换热器 1-内管；2-外管；3-U形管
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
管壳式换热器（又称：列管式换热器）
主要由壳体、管束、管 板和封头等部分组成。 （多管程、壳程）
根据所采取的温差补偿 措施， 换热器可分为以 下几种型式：固定管板 式、浮头式、U形管式
任务与条件：流量 qm1, 进出口温度 T 1 、 T 2 ，冷却剂 温度t1,出口温度选定为t2,传热基本方程变为：
qm1cP1 Q KAtm KAtm KAtm逆
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当Q和Δtm逆已知时，要求A，必须先知道K和Ψ，而 这两个数又由 A和换热器结构形式决定。所以要用 试差的方法求解。其步骤如下：
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
换热管规格和排列的选择(续)
管子排列方式
(a)有利传热，(b)有利清理，(c)居于二者之间
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
折流挡板的选择
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
管壳式换热器的选用和设计计算步骤（续）
4）计算传热系数、校核传热面积
根据液体的性质选择适当的污垢层热阻R,由R、αi、αo 计算给热系数K计，再由传热基本方程2-10计算所需传 热面积A计。当A计<A实际，则原则上计算结果可行。另 外还要留有15%~25%的裕度(类似可靠系数)，使 A实际/A计=1.15~1.25。否则应重复计算。 教材省略了许多参数的计算过程，要进行完整的计 算还要参阅其它资料，如《化工原理课程设计》。
2.7 换热器
各行各业都在使用各式各样的换热器，分成间壁式、混 合式和蓄热式三种，而间壁式使用最广泛。
2.7.1 间壁式换热器的类型
包括夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热 器、套管式换热器、管壳式换热器等。
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
夹套式换热器
结构简单，但传热面积小，
蛇管形状
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
喷淋式换热器 1-直管；2-U形管；3-水槽
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
喷淋式特点：
管外湍动程度较高，给热系数比沉浸式增大很多， 因放置于空气流通之处，冷却水的蒸发也可带走部 分热量，可起到降低冷却水温度、增大传热推动力
的作用。
喷淋式换热器换热效果比沉浸式大有改善。
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
套管式换热器。
优点： 结构简单，能承受高压，传 热系数大，应用方便。 缺点： 结构不紧凑，金属消耗大。
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广泛应用于超高压生产过程，适用于换热量不大的情 况。如聚乙烯生产过程压力达到3000大气压。
②计算管内 αi,如 αi<K估 则应改变管程数重新计算。 如果改变管程数不能满足 Δp t < Δp 允 、 α i > K 估 的要求， 则应重新估计 K 估 值，另选一换热器型号进行计试 算。
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2.7 换热器
2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
管壳式换热器的选用和设计计算步骤（续） 3）计算壳程的压降和给热系数（两项工作） ①参考表 2-6 的流速范围选定挡板间距，计算壳程 压降Δps。若Δps>Δp允可增大挡板间距重新计算。 ②计算管外（壳程）αo,如αo太小可适当减小挡板间 距。
传热效率低。
为提高传热效果，可在釜
内安装搅拌器、蛇管。
广泛用于反应过程的加热、冷却 。
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
夹套式换热器
夹套式换热器
1-釜；2-夹套；3-蒸汽进口；
4-冷凝水出口；5-冷凝水排除器
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
沉浸式蛇管换热器、喷淋式(蛇管)换热器
2.7.4 各类换热器的性能比较及其日常维护 换热器选型需要考虑：
物料的压强、温度、化学腐蚀性等，同时参考换热器 的性能。常见换热器的主要性能见表2-8。
表2-8中，√代表完全满足要求；○代表部分满足要求；
×代表不满足要求。
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2.7 换热器
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2.7.4 换热器的性能比较及日常维护
表2-8 常见间壁式换热器的主要性能比较
折流挡板用途：防止短路，增加流速、迫使其按规
定路径多次错流通过管束，增大湍动程度。
管程：流体在管内流动折返的次数。
壳程：液体在管外流动折返的次数。
图2-21 是两壳程四管程的换热器，叫做2-4 型换热器。
问：该图中的折流挡板是什么形的？
2.7 换热器 2.7.1 间壁式换热器的类型
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两壳程四管程的浮头式换热器 （2-4型换热器）
U形管式换热器
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2.7 换热器
2.7.1 间壁式换热器的类型
2.7.2 管壳式换热器的设计与选用
管壳式换热器计算和选用时应考虑的问题
换热器 A 的计算包括一系列的选择，选择依据在前 面已经有叙述同时应考虑以下问题。
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2.7.2 管壳式换热器的设计和使用
冷、热流体通道的选择 遵循以下原则
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2.7.3 换热器的强化和其它类型
⑵ 其他类型换热器 翅片管式换热器
特点：
管外安装翅片增加了传热
面积、传热系数。
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2.7 换热器
2.7.3 换热器的强化和其它类型
热管式换热器
特点： 有相变α 大，结构简单， 壁温均匀。
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2.7 换热器
2.7.3 换热器的强化和其它类型
蛇管换热器是将金属管弯绕成一定形状放入容器的 液体中。
蛇管换热器特点：能承受高压，可做成各种形状以 适应容器；但管外给热系数低，为此一般需要加搅 拌装置。