间壁式换热器chap6_6
第5章-间壁式换热器计算
Φ = hi Ai (t fi − t wi )
Φ = ho A1 ( two − t fo ) + hoη f A2 ( two − t fo )
λ Φ = Ai (t wi − t wo ) δ
= hoηo Ao ( two − t fo )
式中， 式中，η
o
为肋面总效率。 为肋面总效率。
Φ=
dΦ = kdA ∆ t
对于热流体: 对于热流体:
1 dΦ = −qm1c1dt 1 ⇒ dt1 = − dΦ qm1c1
对于冷流体: 对于冷流体:
1 dΦ = qm 2 c2 dt 2 ⇒ dt2 = dΦ qm 2 c2
1 1 d∆t = dt1 − dt2 = − + dΦ = − µ dΦ qm1c1 qm 2c2 1 1 µ= + dΦ = kdA ∆t qm1c1 qm 2 c2 d∆t d∆t = − µdΦ = − µkdA∆t = − µkdA ∆t
∆t m = ψ (∆t m )ctf
• 对于其它的叉流式换热器，其传热公式中的平 对于其它的叉流式换热器， 均温度的计算关系式较为复杂， 均温度的计算关系式较为复杂，工程上常常采 用修正图表来完成其对数平均温差的计算。 用修正图表来完成其对数平均温差的计算。具 体的做法是： 体的做法是： • （ a ） 由换热器冷热流体的进出口温度 ， 按照 由换热器冷热流体的进出口温度， 逆流方式计算出相应的对数平均温差； 逆流方式计算出相应的对数平均温差； t ′′ − t ′ t ′ − t ′′ P= 、R = • （b）从修正图表由两个无量纲数 t ′ −′ t ′′ − t ′ • 查出修正系数； 查出修正系数； （ • (c) 最后得出叉流方式的对数平均温差∆t = ψ ∆t ） •
传热操作技术—间壁式换热器(化工原理课件)
U形管式
U型管式换热器
U形管式
➢ 优点：不会产生热应力，结 构较简单，造价低
➢ 缺点：U形管内不易清洗，因 此要求管内流体要清洁、不 易结垢
➢ 适用场所：高温、高压
列 管 换 热 器
换热器 结构的 设计
列管换热 器的结构 和分类
换热器 的选型
壳体 管束
管板 封头
列管15换.5 热 器
带补偿圈的 固定管板式
管式换热器结构不紧凑
在管式换热 器的基础上 加以改进
1
高效紧 凑的换
热器
采用各种板 状换热表面
2
1.螺旋板式换热器
1，2—金属片；3—隔板；4，5—冷流体连接管；6，7—热流体连接管
04 01 03 02
优点 1 2 3 4
传热系数大
结构紧凑，单位体积的传热面约 为列管式的3倍 冷、热流体间为纯逆流流动,，传 热平均推动力大
冷、热流体温度不同，则壳体和管束受热 不同，其膨胀程度也不同。两者温差大于50℃， 管子会扭弯、断裂或从管板上脱落，毁坏换热 器。
从结构上考虑热膨胀的影响
按消除热应力的方式
固定管板式
浮头式
U形管式
固定管板式 固定管板换热器(∆t<50℃)
➢ 优点:结构简单，成本低。 ➢ 缺点:壳程检修和清洗困难 ➢ 适用场所：壳程必须是清
由于流速较高以及离心力的作用,在 较低的Re下即可达湍流,使流体对器 壁有冲刷作用而不易结垢和堵塞
缺点
操作压强和温度不能太高，目 前操作压强不大于2MPa,温度不 超过300~~400℃
流体在换热器内做螺旋式流动， 加上定距片对流体流动的干扰作 用，其流动阻力较大
检修困难
2.板式换热器
《间壁式换热器》课件
保养措施
根据换热器的使用情况和 制造商的推荐，定期进行 润滑、紧固等保养工作。
常见问题的处理与预防
堵塞与腐蚀
定期检查并清洗换热器表面，保持水质和介质的 清洁度，以预防堵塞和腐蚀问题。
泄漏与密封失效
检查密封件和连接件是否完好，及时更换损坏的 密封件，确保密封性能。
过热与效率下降
监控换热器的运行温度和压力，防止过热和效率 下降，及时调整操作参数。
延长使用寿命
适当的维护可以防止换热 器因腐蚀、磨损等问题而 过早损坏，延长其使用寿 命。
保障生产安全
换热器故障可能导致生产 流程中断，甚至引发安全 事故，因此维护保养至关 重要。
清洗与保养的方法
定期检查
定期对换热器进行检查， 包括外观、密封件、连接 件等，以便及时发现潜在 问题。
清洗过程
根据换热器的材质和污垢 程度选择合适的清洗方法 ，如化学清洗、物理清洗 等。
对流传热原理
总结词
通过流体流动使热量从一处传递到另一处。
详细描述
对流传热是流体在运动过程中，由于流体的密度和温度梯度产生的热量传递现象。在间壁式换热器中，对流传热 发生在流体与间壁表面以及不同流速的流体之间，热量通过流体的流动传递。
辐射传热原理
总结词
通过电磁波传递能量的方式。
详细描述
辐射传热是物体以电磁波的形式发射和吸收能量，从而实现热量传递的过程。在间壁式换热器中，辐 射传热可能发生在间壁表面或流体中，但通常在高温环境下更为显著。
表面处理工艺
采用喷涂、电镀等表面处理技术，提 高换热器的抗腐蚀、抗磨损性能，延 长使用寿命。
智能化技术的应用
温度控制系统
采用智能温度传感器和控制器，实现 换热器的温度自动控制和调节，提高 换热器的稳定性和可靠性。
间壁式换热器的类型
第六节换热器一、间壁式换热器的类型按照换热面的形式，间壁式换热器主要有管式、板式和特殊形式三种类型。
1．管式换热器（1）蛇管式换热器蛇管换热器又可分为沉浸式和喷淋式两种。
①沉浸式换热器如图5-16a所示，是将蛇管沉浸在容器内，盘管内通入热流体，管外通过冷却水进行冷却或冷凝；或者用于加热或蒸发容器内的流体。
优点：结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造，适用于传热量不太大的场合。
缺点：管外对流传热系数小。
为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使器内液体作强制对流。
②喷淋式换热器 5-17所示，主要用作冷却器。
优点：便于检修和清洗；缺点：喷洒不易均匀，体积庞大，占地面积大。
（2）套管式换热器如图5-18所示（3）列管式换热器图5-20、图5-21、图5-2所示①固定管板式一般来说，传热管与壳体的材质不同，在换热过程中由于两流体的温度不同，使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。
若两流体的温度差较大，就可能由于过大的热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂。
因此，当两流体的温度差超过50℃时，就应采取热补偿的措施。
②具有补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器这种补偿方法简单，但不宜应用于两流体温度差较大和壳程压力较高的场合。
③U型管式换热器如图5-21所示④浮头式换热器如图5-22所示列管换热器中，一般管内空间容易清洗，故不清洁和易结垢的流体走管内，还有腐蚀性流体、高压流体和高温等流体走管内。
但是，蒸汽、沸腾液体走壳方，对于这种场合壳方不需要挡板。
2．板式换热器这类换热器一般不能承受高压和高温，但对于压力较低、温度不高或腐蚀性强而须用贵重材料的场合，各种板式换热器都显示出更大的优越性。
（1）夹套式换热器如图5-25所示。
（2）螺旋板式换热器图5-26所示，3．特殊形式的换热器（1）翅片式换热器在传热面上加装翅片的措施不仅增大了传热面积，而且增强了流体的扰动程度，从而使传热过程强化。
翅片式换热器有翅片管式换热器和板翅式换热器两类。
《间壁式换热器》PPT课件
第七节：间壁式换热器
第七节：间壁式换热器
教学内容： 间壁式换热器、板式换热器和麦汁充氧设备。 知识目标： 1 了解板式换热器的作用和麦汁充氧设备； 2 掌握板式换热器的结构和板式换热器的板片数计算。
1 间壁式换热器
1间壁式换热器的特点 间壁式换热器的特点是冷、热两流体被一层固体壁面（管或板）隔开，不相
2 板式换热器
六、板式换热器的流程组合 板式换热器的流程组合形式很多，
都是采用不同的换向板片和不同组 装来实现的，流程组合形式可分为 单流程，多流程和汽液交换流程， 混合流程形式，要根据工艺条件来 选择换热器的流程组合。
2 板式换热器
六、板式换热器的流程组合 板式换热器中的换热板可以做成并联、
任务2 板式换热器
三、板式换热器的结构和主要部件 板片四周及角孔周围压有密封垫圈槽，粘贴密封垫片。 垫片的作用： 密封作用，防止流体的泄漏； 在两板片之间形成间隙，即流体通道，调节垫圈厚度即可改变两片间隙流体
的通道大小。
2 板式换热器
板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定 的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热 设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间 用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止 流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换 热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和 刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达 到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流 体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各 自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量 的交换。
力为1.6Mpa，换热面积为15㎡，用丁腈垫片密封的双支撑框架结构的板式换 热器。
2 板式换热器
七、板式换热器的计算 1 传热计算 传热面积A A = Q / K △t均 2 传热板片数n n = A / f f —— 单片的传热面积 总板片数 = n + 2 3 压力损失△P
chap6-1
t1 t4 3
总推动力 总热阻
bi i Ami
i 1
t t1 t2 t3 t4
r1
r2
t2
0
r
b1 b2 b3
一维稳态导热-----薄壳衡算法
思索1：
气温下降，应添加衣服，应把保暖性好旳衣服穿在 里面好，还是穿在外面好？
Q
Q
bb 1 2
1 2
对数平均、算术平均、几何平均旳比较：
算术平均 几何平均 对数平均
平
x=5时
均
值
绿线----对数平均 黄线----几何平均 红线----算术平均
一维稳态导热-----薄壳衡算法
四、无限长多层圆筒壁一维稳态导热（无内热源）
Q=常数，但 q常数
推动力
Q qA 热阻
t1 t2 t2 t3 t3 t4
物体旳低温部分、或者从一种高温物体向一种与它直接接 触旳低温物体传热旳过程。导热是静止物体旳一种传热方 式，不依托物质旳宏观位移。
热传导在气、液、固中均能够进行，但传导旳机理不 同。金属--自由电子旳扩散运动；非金属和大部分液体 （除水银等）——晶格振动和分子碰撞；气体———分子 不规则热运动。
如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会经过铁棒传 递到另一侧，但无物质旳宏观位移。
非稳态传热：传热系统中各点旳温度既随位置又随时间而 变旳传热过程。 2.传热速率Q（w） 和热通量q(w/m2) 3.换热器热负荷:
生产上要求流体温度变化吸收或放出旳热量
对于间壁式换热器，假设换热器绝热良好，热损失忽视不 计，则单位时间内换热器中热流体放出旳热量等于冷流体 吸收旳热量。 无相变时 显热 Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)
间壁式换热器的类型夹套式换热器
间壁式换热器的类型夹套式换热器发布: 2010-3-17 18:59 | 作者: zhm | 来源: 承压设备博客一、夹套式换热器如图所示，为一夹套式换热器。
这种换热器结构简单，即在反应器(或容和的外部筒体部分焊接或安装一夹套层，在夹套与器壁之间形成密闭的空间，成为一种流体的通道。
夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。
当蒸气进行加热时，蒸气由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管排出。
如用冷却水进行冷却时，则由夹套下部接管进入，而由上部接管流出。
由于夹套内部清洗比较困难，故一般用不易产生垢层的水蒸气、冷却水等作为载热体。
这种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器冷凝液的限制，因此适用于传热量不大的场合。
为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流。
为了弥补传热面积的不足，还可在容器内加设蛇管等。
当夹套内通冷却水时，可在夹套内加设挡板，这样既可使冷却水流向一定，又可使流速增大，以提高对流传热系数。
二、蛇管式换热器1.沉浸式蛇管换热器如图所示，为一沉浸式蛇管换热器。
蛇管多以金属管弯绕成窗口器的形状，沉浸在容器中的液体内。
两种流体分别在管内、外流动进行热交换。
沉浸式蛇管换热器这种换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。
其主要缺点是管外对流传热系数较小，因而传热系数K值也较小如在容器内加设搅拌器，则可提高传热系数。
2.喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器如图所示，它是用水作为喷淋冷却剂，以冷却管内的热流体，故常称为水冷器。
冷却水从上面的水槽(或分布管)中淋下，沿蛇管表面下流，与管内的热流体进行热交换。
这种设备通常放置在室外空气流通处，冷却水在外部汽化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。
它与沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修、清洗和传热效果较好等优点；其缺点是占地较大，喷淋不易均匀，耗水量大。
三、套管式换热器如图所示，为一套管式换热器。
这种换热器是由两种不同直径的管子装成同心套管，每一段直出口-管称为一程，程数根据换热任务和要求确定。
间壁式换热器及其热工计算方法
do di
1
doho
(2-7-3)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/6/11
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
单位管长内外表面积分别为和。此时传热系数具有如下形
式： 对外表面
Ko
do di
1 hi
do
2
1
ln
do di
1 ho
对内表面：
Ki
di do
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/6/11
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
3 平均温差
一、顺流和逆流情况下的平均温差 在《传热学》里，为了得到顺流和逆流情况下的平均
温差，我们作出以下假定：
（1）两种流体的质量流量和比热在整个传热面上保持定 值；
（2）传热系数在整个传热面上不变；
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/6/11
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
二、其它流动方式时的平均温差
除顺流、逆流外，根据流体在换热器中的安排，还有 交叉流、混合流等。对于这些复杂情况下的平均温差，理 论上可在附加一些假设条件后，用解析解法求出，但这些 解析结果均过于繁琐，在工程计算中常采用先按逆流计算
1 ho
1
di
2
ln
do di
1 hi
其中
Ko Ao Ki Ai
(2-7-4) (2-7-5)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/6/11
2.7.1 间壁式换热器的
《间壁式换热器》课件
应用案例
1
化工生产
在炼油、氨纶生产、制药等多种领域有着广泛的应用，提高了生产效率，降低了 成本。
2
食品行业
用于生产乳制品、汽水、啤酒等多种食品饮料，提高了食品的生产质量。
3
暖通空调
广泛应用于暖通空调领域，能够更好地满足人们对舒适环境的需求。
总结
高效节能
间壁式换热器传热效率高，能 够有效利用热能，达到能源节 约的目的。
广泛应用
适用于多个领域，如化工、制 药、电力等工业生产中。
易安装维护
设备结构简单，操作方便，易 于维护保养，能够降低生产成 本。
未来，间壁式换热器将继续创新发展，开发出更为高效、智能化的产品，为工业生产提供更全面、高效的换热 解决方案。
优点和适用范围
高效节能
与传统换热器相比，间壁式 换热器具有高传热效率，能 够充分利用热能，达到节能 目的。
操作简便
设备结构简单，维护方便， 使用者无需过多的技术知识 即可进行操作和维护。
应用广泛
间壁式换热器适用于多个领 域， 如化工、制药、电力等 工业生产中，都有着广泛的 应用。
间壁式换热器的分类
板式
结构简单，传热效率高且易清洗 维护，被广泛应用于多种工业生 产过程中。
管式
传热范围广，管子数量多。多应 用于化工类生产工艺中。
螺旋式
结构新颖，紧凑，容易清洗和维 护，适用于小面积换热的场所。
间壁式换热器的维护和保养
1 定期清洗
清理内部沉积物和杂质，维持换热器的换热效率。
2 换热媒介必须清洗
为了保证传热效率，所有通过此设备流过的介质必须清洗干净。
《间壁式换热器》PPT课 件
间壁式换热器的分类和应用分析
间壁式换热器的分类和应用分析换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
文对几种主要的间壁式换热器的工作原理进行了分析，并指出了其适用范围，为工作人员对各种间壁式换热器正确选型和使用提供参考意见。
2. 间壁式换热器的主要类型及其特征2.1板式换热器板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，最初用于食品工业，50年代逐渐推广到化工等其它工业部门，现已发展成为高效紧凑的换热设备。
板式换热器是由一组金属薄板、相邻薄板之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。
如图2.1为板式换热器矩形板片结构示意图，其四角开有圆孔，形成流体通道。
冷热流体交替地在板片两侧流过，通过板片进行换热。
具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。
2.2板翅式换热器板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的新型换热器。
板翅式换热器的结构型式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体。
将带有流体进、出口的集流箱焊到板束上，就成为板翅式换热器。
板翅式换热器的主要优点是：传热性能好。
由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界层的发展，故传热系数很大。
冷、热流体间的传热不仅仅以隔板为传热面，大部分热量是通过翅片传递的，结构高度紧凑，单位体积的传热面积可达2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。
通常板翅式换热器采用铝合金制造，因此换热器的重量轻。
同时由于翅片对隔板的支撑作用，其允许的操作压力也较高，可达5MPa。
间壁式换热器及其热工计算方法精选全文
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2024/8/27
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
温tt差 的1用.误7对时数，平用均算温术差平计均算温虽差然较tm精确t， 2但t稍 显代麻替烦对。数当平均
差不超过2.3%，一般当
t 2 t
时，即可用算术平均
温差代替对数平均温差，其误差不超过4%，这是工程计算
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
1 总传热系数与总传热热阻
对于换热器的分析与计算来说，决定总传热系数是最 基本但也是最不容易的。在传热学中，对于第三类边界条 件下的传热问题，总传热系数可以用一个类似于牛顿冷却 定律的表达式来定义，
Q KAt t 1 KA
(2-7-1)
上一内容 下一内容 回主目录
线，顺流与逆流相比，顺流时温差变化较显著，而逆流时 温差变化较平缓，故在相同的进出口温度下，逆流比顺流 平均温差大。因此，工程上换热器一般都尽可能采用逆流 布置。逆流换热器的缺点是高温部分集中在换热器的一端。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2024/8/27
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
式中 Q ——热负荷（即传热量），W k ——换热器整个传热面上的平均传热系数，W/m2.0C F ——传热面积，m2 tm ——传热面上两种流体之间的平均温差，0C
由上可知，要算出传热面积F，必须先知道换热器的热 负荷Q，平均温差 tm以及平均传热系数k等值，这些数值的 计算就成了热计算的基本内容。
do di
1
doho
(2-7-3)
上一内容 下一内容 回主目录
间壁式换热器(正式版)
一.概念
间壁式换热器是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）隔开， 不相混合，通过间壁进行热交换的换热器。
Hale Waihona Puke 二.主要类型套管式换热器
间壁式
列管式换热器
板式换热器
固定板式换热器
浮头换热器
U型管式换热器
空气冷却器
热管换热器
（1）套管式换热器：直径不同的管子连成同心套管。
（2）列管式换热器
①固定管板式换热器：两端管板固定。
②浮头式换热器：一端不与壳体相连，该端称浮头
③U型管式换热器：
④空气冷却器：
（3）板式换热器：由传热板片、密封垫片和压紧装置组成。
（4）热管换热器
间壁式换热器的操作方法
间壁式换热器的操作方法
1.首先将间壁式换热器放置在水平平稳的位置。
根据需要连接进出口管道。
2.打开进出口阀门，将待处理的物质输送至换热器中，同时启动电机。
3.当物质通过换热器时，热量从高温的流体传递到低温的流体中。
在传热的过程中，需要控制流量和温度以便满足特定的需求，通常使用温度和压力传感器进行监测和控制。
4.待处理物质在换热器内部经过多次循环和传热，最终通过出口管道输出，并结束整个换热过程。
5.当结束操作后，将进出口阀门关闭，并停止电机运行。
清洗和维修时，需要先拆卸换热器，并根据不同的情况进行清洗或维修操作。
间壁式换热器的类型
间壁式换热器的类型间壁式换热器的特点是冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。
此类换热器中，以列管式应用最广，本节将作重点介绍。
其它常用的间壁式换热器简介如下：一、管式换热器(一)蛇管式换热器蛇管式换热器可分为两类。
1)沉浸式蛇管换热器蛇管多用金属管子弯制而成，或制成适应容器要求的形状，沉浸在容器中。
两种流体分别在蛇管内、外流动而进行热量交换。
几种常用的蛇管形式如图4—40所示。
这种蛇管换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压。
主要缺点是由于容器的体积较蛇管的体积大得多，故管外流体的 较小，因而总传热系数K值也较小。
若在容器内增设搅拌器或减小管外空间，则可提高传热系数。
2）喷淋式换热器喷淋式换热器如图4-41所示。
它多用作冷却器。
固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，热流体在管内流动，自下部的管进入，由上部的管流出。
冷水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下，分布在蛇管上，并沿其两侧下降至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。
冷水在各管表面上流过时，与管内流体进行热交换。
这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时可带走部分热量，以提高冷却效果。
它和沉浸式蛇管换热器相比，还具有便于检修和清洗、传热效果也较好等优点，其缺点是喷淋不易均匀。
图4-40 蛇管的形状图4-41 喷淋式换热器1-弯管 2-循环泵 3-控制阀在沉浸式换热器的容器内，流体常处于不流动的动态，因此在某瞬间容器内各处的温度基本相同，而经过一段时间后，流体的温度由初温t1变为终温t2，故属于非定态传热过程。
(二)套管式换热器套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，如图4-42所示。
每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。
每程的有效长度为4～6m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中的流体分布不均匀。
套管换热器的优点为：构造简单；能耐高压；传热面积可根据需要而增减；适当地选择管内、外径，可使流体的流速较大；且双方的流体作严格的逆流，都有利于传热。
6第六章 间壁式换热设备(定稿)
第六章间壁式换热设备学习目标①掌握常用的换热设备结构、原理。
②熟悉的热交换方式。
③熟悉换热器特点。
换热设备是进行各种热量交换的设备，通常称做热交换器或简称换热器。
在制药生产中，许多过程都与热量传递有关。
例如，生产药品过程中的磺化、硝化、卤化、缩合等许多化学反应，均需要在适宜的温度下，才能按所希望的反应方向进行，并减少或避免不良的副反应；在反应器的夹套或蛇管中，通入蒸汽或冷水，进行热量的输入或取出；对原料提纯或反应后产物的分离、精制的各种操作。
如蒸发、结晶、干燥、蒸馏、冷冻等，也都离不开热量的输入或取出；此外，生产中的加热炉、设备和各种管路，常包以绝热层，来防止热量的损失或导入，也都属于热量传递问题。
由于使用条件的不同，换热设备有多种形式与结构。
如根据换热目的不同，换热设备可分为加热器、冷却器、冷凝器和再沸器。
若按冷、热流体传热方法的不同可分为直接接触式换热器（又称混合换热器，冷热流体在器内直接接触传热）、间壁式换热器（冷热流体被换热器器壁隔开传热）和蓄热式换热器（热流体和冷流体交替进入同一换热器进行传热，制药上应用极少）。
制药工业生产中最常用的换热设备是间壁式换热器，按换热面的形状的不同，可分为管式换热器（换热面为管状的）和板式换热器（换热面为板状的）。
一般板式换热器单位体积的传热面积及传热系数比管式换热器大得多，故又被称做高效换热器。
第一节管壳式换热器管式换热器通常有蛇管换热器、套管换热器。
一、蛇管换热器蛇管换热器是最早出现的换热器，（如图6-1）为几种常见的蛇管形状。
它又可分为沉浸式和喷淋式两种。
图6-1 常见的蛇管形状1. 沉浸式蛇管换热器：蛇管多用金属管按容器形状或生产要求弯绕成各种形状，沉浸在容器中，两种流体分别在管内、外通过管壁进行热交换。
优点：①结构简单。
②操作方便。
③材料面广。
④价格低廉。
缺点：①传热系数小。
②所占体积大。
2. 喷淋式蛇管换热器：图6-2 喷淋式换热器（如图6-2所示）冷却水由位于上方的管子向下均匀喷出，淋在竖直固定的蛇管的外壁上，与管内的流体进行热交换。
间壁式换热器
间壁式换热器间壁式换热器产品特点间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。
间壁式换热器类型间壁式换热器板式换热器板式换热器是由一系列具有肯定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。
各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。
板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。
它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑灵巧、占地面积小、安装清洗便利、应用广泛、使用寿命长等特点。
在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3—5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。
间壁式换热器夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单；但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它加添湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为增补传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管.夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
间壁式换热器沉浸式蛇管型这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能经受高压,可用耐腐蚀料子制造；其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。
间壁式换热器喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。
间壁式换热器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形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）传热管数目加倍，则传热面积A加倍，但流通截面积 也增大一倍，所以流速相应减小1倍，导致管内对流传热 系数减至原来的0.5 0.8 = 0.574倍。 ∴（Q/△tm）2 /（Q/△tm）1=α2A2/α1A1=0.574×2= 1.15 故管数加倍后，Q /△tm增加15% 。
4.在列管式换热器中，用饱和水蒸汽将空气由10℃加热到 90℃，该换热器由38根φ25×2.5ｍｍ、长1.5ｍ的铜管构 成，空气在管内作湍流流动，其流量为740Kg/h，比热为 1.005×103J/Kg.℃，饱和水蒸汽在管间冷凝。 已知操作 条件下的空气对流传热系数为70W/m2℃，水蒸汽的冷凝 传热系数为8000W/m2.℃,管壁及垢层热阻可忽略不计。A) 试确定所需饱和水蒸汽的温度； B)若将空气量增大25％通过原换热器，在饱和水蒸汽温度 及空气进口温度均不变的情况下，空气能加热到多少度？ （设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数 可视为不变）
Q At w t
0.8
Nu 0.023Re
适用条件
n 0.4 被 加 热 Pr n 0.3 被 冷 却
n
u 0 .8 0 .2 d
辐射 概念：黑体、灰体、吸收率、黑度、角系数 公式：
E Eb
T E b 0T 5.669 100
Q
总推动力 总热阻
t1 t 4
Q
t1 t 4
b
i 1
3
i
i A
b
i 1
3
i
i Ami
总推动力 总热阻
Am 2rm L
rm
r2 r1 ln r2 r1
对流 概念：热边界层、
各种对流传热情况下的影响因素、数量级 几个准数：Nu、Pr
公式
1、牛顿冷却定律 2、管内湍流时：
2. 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果 蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时 （１）传热系数Ｋ应 Ａ 增大 Ｂ 减小 Ｃ基本不变 （２）空气出口温度 Ａ增大 （３）壁温 Ａ增大 Ｂ 减小 Ｃ 基本不变 Ｂ 略有减小 Ｃ基本不变
3.列管式换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走壳程，空气走 管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：（1）空气 的压强加倍；（2）传热管的数目增加试估算：Q /△tm将 如何变化？
温度补偿问题：
浮头补偿------浮头式换热器
一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由 伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。
适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的 场合。 U型管补偿------U型管式换热器
用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。
§6.8.1列管式换热器（管壳式换热器） 二、选用、设计原则
4
4
-------斯蒂芬—玻尔兹曼定律
a------可希霍夫定律
Q1 2 E b1 E b 2 ----两灰体组成的封闭体系 1 1 1 2 1 A1 F1 2 1 A1 2 A2
换热器 概念：传热的三个环节、传热单元 公式： LMTD法：
设计型、操作型问题计算、分析
10.在一列管式加热器中，壳程为饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的 空气。若空气流量大10%,为保证空气出口温度不变，可采用的办法 是______。 A)壳程加折流挡板, 增大壳程α 值 B)将原先的并流改为逆流流动以增大△tm C)开大蒸汽进口阀门以便增大水蒸汽流量 D)开大蒸汽进口阀门以便提高加热蒸汽压力 11.列管换热器的管程设计成多程是为了__________；在壳程设置 折流挡板是为了_________________。
第六章 传热
§6.8 间壁式换热器 §6.8.1列管式换热器（管壳式换热器） §6.8.2其它类型的换热器 §6.8.3传热过程的强化
§6.8 间壁式换热器
管壳式换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。 由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强， 尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。
横 向 壳体、管板、管束、顶盖（封头） 、挡板 纵 向
§6.8.1列管式换热器（管壳式换热器）
温度补偿问题：
温差在50℃以上时，要考虑温度补偿问题
思考： 如何判断壁温tw 、Tw 接近 哪一个温度？T、t or t0？
T1 Tw T t0（环境）
Tw t 0 T Tw Q损 1 1 0 A 1 A T tw tw t Q 1 1 1 A 2 A
ε-NTU法 ： 设备：列管式换热器的结构、热补偿方法、
流程选择原则、强化传热措施
传导内容
导热
薄壳法求一维导热温度分布、Q或q （三类边界条件） 导热微分方程及其化简
例题：
1.有一套管换热器，环隙有119.6℃ 蒸汽冷凝，管内空气 从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近______， （119.6℃）总传热系数Ｋ接近于__________侧的对流传 热系数。
5.冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为 50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同， 则热损失占传热量的＿％。（5%） 6.用饱和蒸汽加热冷流体（冷流体无相变）,若保持加热蒸汽压力 和冷流体进口温度t1不变，而增加冷流体流量qm2,则t2＿,Q＿,K＿， Δ tm＿。 7.冷热流体在换热器无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在 同样的操作条件下，与无垢层时相比，结垢后换热器的K＿，Δ tm ＿，t2＿,Q＿（上升,不变,下降,不确定） 8. 通过一换热器用一定温度的饱和蒸汽加热某油品。经过一段时 间后发现油品出口温度降低。究其原因可能是（A、B、C、D）。 A.油的流量变大； B.油的初温下降； C.管内壁有污垢积存； D.蒸汽侧有不凝气体产生 9.关于传热系数K下述说发中错误的是（C）。 A.K实际是个平均值； B.K随所取的传热面不同而异； C.K可用来表示传热过程的强弱,与冷热流体的物性无关；
13．拟在单程逆流列管换热器中用35℃的冷水将流量为１ kg/s、温度为150℃的热油冷却至65℃，油走管内，软水 走壳程，水的出口温度为75℃，已知油与水均处在湍流， 并知此条件下对流传热系数分别为水：2000w/m2℃，油 1000w/m2℃, 油的平均比热为４kJ/kg℃，若换热器传热面 积为11ｍ2，热损失、垢层及管壁热阻均可不计，试求：1. 该换热器是否可用？2.若油的流量增至1.2kg/s，其他条件 均不变，仅将流程改为双程并知双程时温差校正系数εΔt为 0.86，该换热器能否用？
tw
t1
t
t2
T2
列管式
温度补偿问题： 补偿圈补偿-----固定管板式换热器 换热器两端管板和壳体是连为一体的。 其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温 差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。 当壳体和管子之间的温差较大(60~70℃ )且壳体承受 压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。
板式换热器
板式换热器
强化管式换热器
折流杆换热器
螺旋板换热器： ▲传热效率高 传热效率为列管式换热器的 1~3倍 ▲阻力小 以较低的压力损失，处理大容 量蒸气或气体；有自清刷能力，因 其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉 积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲 洗，简单易行，适合安装清洗装置； 介质走单通道，允许流速比其它换 热器高。
有相变化传热： 蒸气冷凝 ： 1）滴状冷凝， 2）不凝气体排放， 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） 液体沸腾： 1）保持核状沸腾， 2） 制造人工表面，增加汽化核心数。 ◎ 提高传热推动力 加热蒸汽P ， ◎ 改变传热面积A 关于传热面积A的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的 尺寸来加大传热面积A，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅 片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热 过程。
已知：换热任务（一种流体的进、出口温度、流量） 设计内容： 冷却剂或加热剂的选定：
常用的冷却剂有：水、空气、液氨等 常用的加热剂有：水蒸汽、热空气、烟道气、热油、联苯混合物等
冷、热流体的走向：
一般原则： ①不洁净的或易结垢的流体----- 易于清洗侧 ②腐蚀性流体------管程 ③压力高的---- 管程 ④温度远高于环境的或远低于环境的流体----- 管程 ⑤蒸汽---（便于排放冷凝液及不凝性气体） 壳程 ⑥粘度大的或流量较小的流体---- 壳程
[解](1) Ｑ＝qm2cp2 (t2 -t1 ) =740/3600×1.005×103×(90-10)=16527 W ko=1/[1/α o+do/(di.α i)]=1/[1/8000+25/(20×70)]=55.6W/m2℃ ∴ Q=Ko.Ao.△tm=Ko.π .do.L.n.△tm
将已知值代入,得: 16527=55.6×π ×0.025×1.5×38△tm 解得 △tm=66.3℃ 而 △tm=(t1-t2)/ln[(T-t1)/(T-t2)] =(90-10)/ln[(T-10)/(T-90)]=66.3℃ ∴ln[(T-10)/(T-90)]=1.207 解得：T=124.2℃ （2）α i'/α i =(Re2/Re1)0.8=(u2/u1)0.8=1.250.8 α i ' =1.250.8×70= 83.678W/m2.℃ Ｋo'＝1/[1/α o+do/(di.α i’)] =1/[(1/8000)+25/(20×83.7)]=66.4W/m2.℃ △tm'=(t2'-t1)/ln[(T-t1)/(T-t2')] Ｑ'＝1.25qm2cp2 (t2'-t1 ) =Ｋo'.π .do.L.(t2'-t1)/ln[(T-t1)/(T-t2')] 整理得 ln[(T-t1)/(T-t2')]=Ko'.π .do.L.n/(1.25.qm2cp2) 即 ln[(124.2-10)/(124.2-t2')]=66.4×π × 0.025× 1.5×38/(1.25×740×1.005×103/3600) =1.13 解得 t2'=88℃