化工原理 第六章 换热器
化工原理 第六章 传热2
第六章传热一、填空题1. 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，且假定冷热水的物性相同，则热损失占传热量的 ________。
2. 100℃的热水在一钢管内流过，钢管暴露在大气中，大气温度为20℃，则钢管壁的温度大约是℃，产生上述答案的理由说明如下：。
3. 圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1，α2以及间壁导热系数λ的关系为_________。
当间壁管规格为φ108×4，导热系数为45W·m-1·K-1时，管内外两侧的对流传热系数分别为8 000 W·m-2·K-1和1200 W·m-2·K-1时，总传热系数K1=_____ W·m-2·K-1，总传热系数K2=_______ W·m-2·K-1。
4．用常压蒸馏塔的塔底重油加热原油。
重油的初始温度为300℃，最终温度为220℃；原油的初始温度为25℃，最终温度为180℃；若采用并流操作，其平均温差为____，若采用逆流操作，其平均温差为_____。
由上述结果可知：当热交换双方流体无相变，且进出口温度不变时，采用___操作的传热平均温差比___操作的传热平均温差大，对热交换有利。
二、选择题1. 有一套管换热器，在内管中空气从20℃被加热到50℃，环隙内有120℃的水蒸气冷凝，则内管壁的温度接近℃。
(A) 35 (B) 77.5 (C) 120 (D) 1002. 冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的K ，t 。
mA. 变大B. 变小C. 不变D. 不确定3. 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的_____工程上可行。
A. 提高蒸气流速B. 提高空气流速C. 采用过热蒸气以提高蒸气温度D. 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积三、计算题1. 某列管式冷凝器的列管规格为Φ25 mm×2.5 mm。
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器
换热器设计是化工原理课程设计中一个重要的部分。
下面将为您介绍步骤和注意事项。
一、设计步骤：
1. 确定换热器类型：根据工艺要求及介质性质，选择适合的换热器类型，如管壳式、板式、螺旋板式等。
2. 估算传热系数：根据换热器类型、流体类型、流量、温度等因素，估算出传热系数。
3. 计算传热面积：根据所需传热量和传热系数，计算指定温度下需求的传热面积。
4. 选择换热器管径及壳体规格：根据所需传热面积和换热器类型，选择合适的换热器管径及壳体规格。
5. 设计热损失：根据换热器使用环境，计算换热器热损失量，以确保能量转化的高效。
6. 设计流路：结合工艺流程及介质性质，确定换热器内部介质的流路和流速，
以确保传热效率。
二、注意事项：
1. 选用合适的换热器类型，以确保传热效率和占用空间的合理性。
2. 估算传热系数要考虑介质性质、流量、温度等因素，更加科学地估算传热系数。
3. 所需传热面积要根据实际需要，同时结合换热器的大小、材质等因素做出合理的选择。
4. 选择换热器管径及壳体规格要遵循一定的社会标准及安全规范，以确保换热器使用的稳定性和安全性。
5. 设计热损失要考虑换热器使用环境，以确保能量转化的高效。
同时，必须符合国家有关规定。
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器换热器是化工生产中常用的一种设备，其作用是将热量从一个介质传递到另一个介质，以实现物料加热或冷却的目的。
在化工原理课程设计中，学生需要深入了解换热器的工作原理、设计计算方法以及实际应用，以便将理论知识与实际工程实践相结合。
首先，换热器的工作原理是基于热量传递的原理。
当两种介质温度不同时，热量会从温度较高的介质传递到温度较低的介质，直至两者达到热平衡。
换热器通过设计合理的传热面积和传热系数，以及确定良好的介质流动方式，来实现高效的换热效果。
其次，设计换热器需要考虑多方面的因素。
首先是确定换热器的类型，包括管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器等，根据介质性质、温度压力要求、换热效率等因素进行选择。
其次是确定换热器的传热面积和传热系数，这需要根据介质流动性质、传热过程中的温度差、介质流速等因素进行计算。
最后是确定换热器的实际应用场景，包括换热器的安装位置、管道连接方式、维护保养等方面的考虑。
在化工原理课程设计中，学生需要通过理论学习和实际案例分析，掌握换热器的设计计算方法。
这包括传热面积的计算、传热系数的确定、换热器的选型和性能评价等内容。
通过实际案例的分析，学生可以更好地理解换热器设计的关键技术和实际应用中的问题，提高自己的工程设计能力。
除了理论知识的学习，化工原理课程设计还需要学生进行实际操作和实验。
通过实验，学生可以了解不同类型换热器的工作原理，观察不同工况下的换热效果，掌握换热器的实际操作技能。
这对于学生将来从事化工工程实践具有重要的指导意义。
总的来说，化工原理课程设计中的换热器设计是一个重要的环节，它涉及到理论知识与实际工程实践的结合，需要学生具备扎实的理论基础和实际操作能力。
通过深入学习换热器的工作原理、设计计算方法以及实际应用，学生可以更好地理解化工原理课程的重要性，提高自己的专业能力，为将来的工程实践打下坚实的基础。
第6章 化工原理传热1
第六章
传热
第二节 热传导 热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热方式 。热传导的机理相当复杂，目前还了解得很不完全。简而言 之，固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能 的结果。 在流体特别是气体中，除上述原因以外，连续而不规则 的分子运动（这种分子运动不会引起流体的宏观流动）更是 导致热传导的重要原因。 此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。 金属的导热能力很强，其原因就在于此。
T1
T2
t2
套管式
传热（或换热）过程： 是指在冷、热流体之间进 行的热量传递总过程。 给热过程：（对流传热过程） 是指热、冷流体与壁面之 间的热量传递过程。
第六章
传热
3、 蓄热式传热 蓄热式换热器又称蓄热器，是由热容量较大的蓄热室构成，室 内可填充耐火砖等各种填料。 一般说来，这种传热方式只适用于气体介质，对于液体 会有一层液膜粘附在固体表面上，从而造成冷热流体之间的少 量掺混。实际上，即使是气体介质，这种微量掺混也不可能完 全避免。如果这种微量掺混也是不允许的话，便不能采用这种 传热方式。这种传热方式只适用于气体的另一原因，是气体的 体积比热容较填充物小得多，液体则不然。
各种物质的λ可用实验方法测定，P388 附录六给出了常用固体材 料的导热系数。从表中所列数据可以看出，各类固体材料导热系数 的数量级为： O 金属 10—102 W/（m·C） O 建筑材料 10-1 —10 W/（m·C） O 绝热材料 10-2 — 10-1 W/（m·C）
第六章
传热
固体材料的导热系数随温度而变，绝大多数质地均匀的固体，导 热系数与温度近似成线性关系，可用下式表示： 式中：λ—固体在t OC 时的导热系数W/（m OC）； λ0—固体在0 OC 时的导热系数W/（m OC）； α—温度系数 1/OC 对于大多数金属材料和液体：α为负值 α< 0 提高温度 λ略减小。 对于大多数非金属材料和气体：α为正值 α> 0 提高温度 λ增大。 金属材料和非金属材料的λ随温度的不同变化趋势是因为它们的导 热机理不同而引起的。前者主要靠自由电子在晶格之间的定向运动导 热，而后者主要靠原子、分子在其平衡位置附近的振动导热。
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器本文主要介绍化工原理课程设计中涉及到的换热器的相关知识和设计思路。
换热器是化工工业中常用的设备之一，其主要功能是通过传导、对流和辐射的方式实现热量的传递，从而将一个流体的热量传递给另一个流体。
因此，在化工原理课程设计中涉及到换热器的设计，既需要考虑流体的物理性质，也需要考虑热力学参数的影响。
换热器的类型繁多，按照传热方式的不同可分为对流式换热器和辐射式换热器。
常用的对流式换热器包括管壳式换热器、板式换热器和螺旋式换热器等。
在换热器的设计中，需要首先确定换热器所要实现的传热方式和工作条件，如流体流速、进出口温度和压力等。
接下来需要考虑的问题是如何选择合适的材料以满足流体的物理性质和热力学参数的要求。
在化工原理课程设计中，换热器的设计重点之一是热力学计算。
为了实现对流体的热量传递，需要考虑流体的传热系数。
传热系数与流体的物理性质密切相关，包括流体的密度、比热、粘度和导热系数等。
通过对这些参数的测量和分析，可以计算出传热系数，并进而确定换热器的传热效率。
另外，在化工原理课程设计中，换热器的设计还需要考虑到换热器的尺寸、材料和结构等方面的问题。
尺寸的设计需要考虑工作流体的容积和流速等因素，以保证换热器的实现效率和安全性。
材料选择需要考虑到流体的化学性质，以避免流体与材料发生反应和腐蚀。
结构设计需要兼顾容易清洗、拆卸和维护的要求，以方便日常运行和维护。
总之，在化工原理课程设计中，换热器的设计是一个系统性的工程，包括物理学、化学和工程学等多个学科领域的综合运用。
只有充分理解流体的物理性质和热力学参数，才能做出合理的设计并实现高效的换热效果。
同时，还需要考虑到实际工程的应用需求，以满足生产的需要和安全的要求。
化工原理课后答案(中国石化出版社) 第6章 换热器
第六章换热器1.试从表6—2查出F—600—95—16—4型浮头管壳式换热器的壳程数、管长、B管子总数、每程管子数、管程流通面积、流体通过每一对折流板之间管束外的流通面积，折流板总数、折流板缺口拱高、缺口内管子根数及壳中心管排的管子根数(折流板间距：200mm)。
2.在下列各种列管换热器中，每小时将29.4t的有机溶剂从20℃加热至50℃，溶剂在管内流动。
热介质的进出口温度分别为110℃及60℃。
试求下面各种情况下的平均温差：(1)单壳程单管程，逆流流动；(2)单壳程四管程；(3)双壳程四管程。
3.在一流化床反应器内装有一根冷却水管以取走反应器内放出的反应热，使床层温度维持在85℃。
冷却水入口温度10℃，出口温度50℃：若由于反应器处理量加倍，需取走的热量翻番，试问：(1)如果将床层内的冷却水管长度增加一倍，而水流量、进口温度、床层温度与总传热系数均保持不变，是否能完成冷却任务?(2)管长加倍后，冷却水出口温度为多少?此时实际取走的热量为原来的多少倍？型四管程列管换热器中用饱和水表气预热某油品，蒸汽在壳程中冷4.在一FLB凝为同温度的饱和水；油品走管内，不发生相变化。
已知水蒸气：温度120℃，冷凝潜热2236kJ/kg，冷凝给热系数l0000W/(m2·℃)流量45t/h，入口温度42℃，出口温度82℃，平均温度下的比热2.2kJ/(kg·℃)运动粘度1.2×10-6m2/s，密度800kg/m3换热器：以管外表面积为基淮的传热面积65m2，管子总数120低管子规格为Ф25×2.5mm材料为钢，壳体没有保温，外壳表面积12m2，壳壁热阻可忽赂；＝环境温度:15℃，换热器外壳至周围环境的对流辐射综合给热系数T 14.5W/(m2·℃)。
(1)试估计水蒸气的冷凝量；(2)试求开工初期(管子两侧无垢)管内油品的给热系数；(3)由于油品管网压降过大，拟将上述四管程换热器改为二管程(管子总根数不变)，试求油品的出口温度(假定水蒸气温度、管外给热系数、油品流量与入口温度均不变，溶剂物性变化可忽略)。
化工原理课程设计模板-换热器
化工原理课程设计模板-换热器1. 引言换热器是化工过程中常用的设备之一，其主要功能是在流体之间进行热量传递，以实现温度控制、能量回收等目的。
本文将介绍化工原理课程设计中换热器的设计过程和要点。
2. 设计目标在进行换热器设计之前，首先要确定设计的目标。
设计目标包括但不限于以下几点：•确定需要传热的流体的进口温度和出口温度；•确定传热后流体的温度变化范围；•确定换热器的热传导面积；•确定换热器的传热系数。
3. 设计步骤换热器的设计过程可以分为以下几个步骤：3.1 确定流体的性质参数在设计换热器之前，需要明确流体的性质参数，包括流体的密度、比热容以及传热系数等。
这些参数可以通过实验测定或者查阅相关文献获得。
3.2 计算流体的传热量根据热传导定律，可以计算流体的传热量。
传热量的计算公式如下：Q = m * c * ΔT其中，Q表示传热量，m表示流体的质量，c表示流体的比热容，ΔT表示流体的温度变化。
3.3 确定换热器的传热面积根据热传导定律，可以计算换热器的传热面积。
传热面积的计算公式如下：A = Q / (U * ΔTlm)其中，A表示传热面积，U表示换热器的传热系数，ΔTlm表示对数平均温差。
3.4 选择换热器的类型和结构根据设计要求和实际情况，选择合适的换热器类型和结构。
常见的换热器类型包括管壳式换热器、板式换热器等。
3.5 进行换热器的细节设计在确定了换热器的类型和结构之后，进行换热器的细节设计，包括管道的布置、流体的流动方式以及换热器的材料选择等。
3.6 进行换热器的性能评价完成换热器的设计之后，进行性能评价，验证设计结果是否满足设计目标。
性能评价主要包括换热器的传热效率、压降以及经济性等方面。
4. 实例分析下面通过一个实例来说明换热器的设计过程。
实例：管壳式换热器假设需要设计一个管壳式换热器，用于将流体A的温度从40℃降至20℃，同时将流体B的温度从70℃升至90℃。
根据设计要求，我们可以计算出流体A和流体B的传热量，然后根据对数平均温差计算出传热面积，从而确定换热器的尺寸。
化工原理课程设计之换热器
（一）设计任务和设计条件：某生产过程的流程如图所示，出混合器的混合气体经过与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中可溶组分。
已知混合气体的流量为227801kg/h,压力为6.9Mpa,循环冷却水的压力为0.4Mpa ，循环水入口温度29℃，出口温度为39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。
已知混合气体在85℃下的物性数据如下：))3590105.10279.0297.3mkg sPa C m W C kg kJ C o o o po =⋅⨯=︒⋅=︒⋅=-ρηλ（二）确定设计方案：1.选择换热器的类型：该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，进口温度会降低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温与壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
(原因：固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，或者管外侧污垢能用化学处理方法除掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温温差不能太大。
) 浮头式换热器能在较高的压力下工作，适用于壳体壁温与管壁温差较大或壳程流体易结垢的场合。
U 型管式换热器适用于壳程易结垢，或壳体壁温与管壁温差较大的场合，但要求管程流体较为清洁，不易结垢。
) 2.流程安排：从物流操作压力上来看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。
但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使传热器的传热能力下降，从总体上来看，应使循环水走管程，混合气体走壳程。
（三）确定物性参数：定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取进出口温度平均值。
故混合气体的定性温度为C T ︒=+=85260110 管程流体的定性温度为C t ︒=+=3422939 查表确定冷却水在34℃下的物性数据：()()333.99410742.0624.0174.4mkg sPa K m W K kg kJ C i i i pi =⋅⨯=⋅=⋅=-ρηλ（四）估算传热面积：1.热流量：2.平均传热温差：先按纯逆流计算（一般逆流优于并流，在工程上若无特殊需要，均按逆流考虑）()()()())(3.48296039110ln 296039110ln 12211221K t T t T t T t T t m =-----=-----=∆逆3.传热面积：由于壳程气体压力较高，故选取较大的K 值。
华东理工大学化工原理考研资料课后习题第06章传热
第 六 章 习 题热传导1. 某工业炉的炉壁由耐火砖λ1 = 1.3W/(m ・K )、绝热层λ2 = 0.18W/(m ・K )及普通砖λ3 = 0.93W/(m ・K )三层组成。
炉膛壁内壁温度1100℃, 普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2, 绝热材料的耐热温度为900℃。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好, 接触热阻可以忽略。
习题1附图 习题2附图 2. 为测量炉壁内壁的温度, 在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶, 测得t 2=300℃, t 3=50。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发, 单位面积的蒸发速率为0.048kg/(m 2・s), 与液体交界的金属壁的温度为110℃。
时间久后, 液体一侧的壁面上形成一层2mm 厚的污垢, 污垢导热系数λ=0.65W/(m ・K)。
设垢层与液面交界处的温度仍为110℃, 且蒸发速率需维持不变, 求与垢层交界处的金属壁面的温度。
液体的汽化热γ=2000kJ/kg 。
4. 为减少热损失, 在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。
已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(式中t 为℃), 蒸汽管外壁温度为180℃, 要求保温层外壁温度不超过50℃, 每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4kg/(m ・s)以下, 问保温层厚度应为多少?*5. 用定态平壁导热以测定材料的导热系数。
将待测材料制成厚δ、直径120mm 的圆形平板, 置于冷、热两表面之间。
热侧表面用电热器维持表面温度t 1=200℃。
冷侧表面用水夹套冷却, 使表面温度维持在t 2=80℃。
电加热器的功率为40.0W 。
由于安装不当, 待测材料的两边各有一层0.1mm 的静止气层λ气= 0.030W/(m ・K), 使测得的材料导热系数λ’与真实值λ不同。
化工原理换热器设计
化工原理换热器设计换热器是化工流程中常见的设备，用于进行热量传递，将热能从一个流体传递到另一个流体。
换热器的设计需要考虑许多因素，包括换热面积、热负荷、传热系数等。
下面是一些常见的换热器设计步骤和考虑因素。
首先，确定换热器的类型。
常见的换热器类型包括壳管式、板式、螺旋式等。
每种类型的换热器都有其适用的场景，需要根据具体的工艺要求来选择。
其次，确定热负荷，即需传递的热量。
热负荷的计算可以通过流体的温度差和流量来估算。
根据热负荷，可以初步确定所需的换热面积。
接下来，确定传热系数。
传热系数是换热器设计中非常重要的参数，它描述了热量传递的效率。
根据换热器内的流体特性，可以通过经验公式来估算传热系数。
然后，根据换热器的类型和热负荷，计算出换热面积。
换热面积是换热器设计的关键参数，它确定了换热器的大小。
换热面积可以通过热负荷和传热系数来计算。
在计算换热面积之后，需要考虑流体的压降。
压降是指流体通过换热器时产生的阻力。
过大的压降会影响流体的流动，因此需要选择合适的换热器尺寸来控制压降。
在确定换热器尺寸之后，还需要进行结构设计。
结构设计包括换热器的材料、密封结构等。
需要根据工艺要求和流体特性来选择合适的材料，并确保换热器的密封工艺符合要求。
最后，还需要考虑换热器的操作和维护。
换热器是需要定期清洗和维护的设备，需要保证运行的安全性和可靠性。
总结起来，换热器设计需要考虑的因素包括类型选择、热负荷计算、传热系数估算、换热面积计算、压降控制、结构设计等。
这些因素的确定需要基于对流体特性和工艺要求的深入了解和分析，为换热器的安全、高效运行提供保障。
化工原理课程设计——换热器的设计
化工原理课程设计——换热器的设计1000字
该课程设计的目标是设计一个换热器，用于从一种热流体中传递热量到另一种热流体。
设计过程中需要考虑到热传递的效率和换热器的成本。
设计要求：
1.设定两种热流体的流量和进出口温度。
2.根据流量和温差计算出所需的传热量。
3.选择一种合适的换热器类型并计算出尺寸和效率。
4.根据选择的换热器类型确定换热管的材料，并计算出所需的管道长度。
5.确定换热器外壳材料和绝缘材料，并计算出所需的壁厚度。
在设计过程中，需要进行以下计算：
1.计算热传递量：
热传递量 = 流量 x 热容 x 温差
流量：两种热流体的流量
热容：热流体的比热容
温差：两种热流体的进出口温度差
2.选择换热器类型：
常见的换热器类型包括：管式热交换器、板式热交换器和壳管式热交换器。
在选择时需要考虑到传热效率、材料成本以及维护难度等因素。
3.计算换热管尺寸：
换热管的长度和直径需要根据流量和传热效率来计算，同时需要考虑到管壁的热传递系数和管壁的厚度。
4.确定换热器外壳材料和绝缘材料：
外壳的材料需要考虑到其耐腐蚀性和强度，同时需要计算出所需的壁厚度。
绝缘材料需要选用热传导系数较小的材料，以提高传热效率。
5.总体设计方案：
根据上述计算和选择，得到符合要求的换热器总体设计方案，并进行设计图纸和工艺流程图的绘制。
结论：
在设计过程中，需要考虑到换热器的热传递效率、成本、材料选用和维护难度等因素，从而得出符合要求的总体设计方案。
化工原理第六章主要内容
化工原理第六章主要内容第六章传热设备一、换热器的分类及特点按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器按传热特征分类：直接接触式、蓄热式、间壁式二、夹套式换热器夹套式换热器是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。
特点：结构简单，但其传热面积不大，不耐压，且传热系数也不高。
三、蛇管式换热器（一）沉浸式蛇管浸没在容器中的液体中形成优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，便于防腐。
缺点：传热面积有限，容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。
（二）喷淋式蛇管成行地固定在钢架上形成，多用作冷却器。
优点：结构简单，造价便宜，耐腐蚀；管内耐高压；管外α 比沉浸式大。
缺点：冷却水喷淋不易均匀，只能安装在室外，占地面积大，要定期清洗。
四、套管式换热器由大小不同的直管制成的同心套管，并由U 型弯头连接而成；每一段称为一程。
优点：构造较简单，耐高压，传热面积可调，应用方便，两流体均可达到较高的流速，且可完全逆流。
缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。
五、列管换热器优点：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、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。
（一）列管换热器的构造和形式主要部件：壳体、管束、管（花）板、顶盖（封头）管束装在壳体内，固定于管板上1.固定管板式（G ）两端管板和壳体制成一体，结构简单，成本低；壳程清洗和检修困难；不进行热补偿或采用补偿圈进行热补偿；不宜用于两流体温差过大（大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。
2.浮头式换热器(F)一端管板不与外壳连为一体，形成可沿轴向自由浮动的浮头进行热补偿；整个管束可以从壳体中抽出，管、壳程均便于清洗和检修；允许两程温差较大；结构比较复杂，造价较高。
3. U 型管式换热器每根管子都弯成U 型，进出口分别安装在同一管板的两侧，每根管子可以自由伸缩进行热补偿；封头用隔板分成两室，形成双管程；管程不易清洗。
新版化工原理-6章传热-总结学习课件.ppt
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二、传热的基本方式 1、热传导
物体中的分子或质点不发生宏观位移。
2、对流给热
流体中质点的位移和混合而引起的热量传递过程。
特点：
流体中质点有相对的宏观位移 仅发生在液体和气体中
3、热辐射
热辐射是以电磁波的形式发射的一种辐射能，辐射能被 物体全部或部分的吸收而变为热能。
0901
7
第二节 热传导 6.2.1 傅里叶(Fourier)定律和热导率
热Φ 流 体
Tw
Φ
冷 流 体
tW
t
流体通过间壁的热交换
0901
16
二、因次分析法获得的对流给热系数
l
f
(lu
, cp
,
l
3
2 g 2
t
)
可表示成
Nu = ARea PrbGrc 式（6-36）
或 Nu = f(Re,Pr,Gr)
0901
17
6.3.3 无相变的对流给热系数的经验关联式
Q
t
Δt R
=
推动力 阻力
式（6-10）
λA
t1
t2
dx
A
t1 > t2
x
q Q t A
式（6-9）
其中: R 导体的热阻K/W
λA
平壁内温度沿壁厚呈直线关系（λ为常数）
0901
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二、多层平壁的稳态热传导
t δ1 δ2 δ3
1 2 3
t1 t2 t2t3
0901
2. 选择冷却介质的出口温度。
为求得传热系数K, 须计算两侧的给热系数α, 故设计者必须决定：
化工原理换热器
◎提高传热系数K
热阻主要集中于 较小的一侧，提高 小的一侧有效。 ◆ 降低污垢热阻 ◆ 提高表面传热系数 化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
合式换热器
化工原理换热器
列管式冷凝器
化工原理换热器
提高对流传热系数的主要途径是减少层流内 层的厚度，可通过以下达到目的：
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
板式换热器 优点
缺点
结构紧凑、体积小、重量轻。 流体湍动程度大，强化 传热效果好。 便于清洗和维修。
密封周边长，易泄漏。 承压能力低（P<2MPa）。 流动阻力大，处理量小。
化工原理换热器
（2）螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
三 换热器的传热强化
如欲强化现有传热设备，开发新型高效的传热设备，以便在较小的 设备上获得更大的生产能力和效益，成为现代工业发展的一个重要 问题。 所谓强化传热过程：就是力求用较少的传热面积或较少体积的传热 设备完成同样的传热任务以提高经济性，即提高冷、热流体间的传 热速率。
依总传热速率方程：
❖ 优点：结构简单、紧凑、能承受较高的 压力，造价低，管程清洗方便，管子损 坏时易于堵管或更换。
❖ 缺点：当管束与壳体的壁温或材料的线 膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将 产生较大的热应力。
化工原理换热器
化工原理换热器
固定管板式换热器
❖ 应用： ❖ 这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易
结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差 不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 为减少热应力，通常在固定管板式换热 器中设置柔性元件伯膨胀节、挠性管板 等人来吸收热膨胀差。
化工原理-热传
④固体表面的特征尺寸，用L表示。 则用函数形式表示为：
α=f（u、L、ρ、μ、λ、cp、βgΔt）
准数方程式（ 由无量纲量组成的准数关系式，由量纲分析得）
Nu=AReaPrbGrc
Nu=AReaPrbGrc
各准数的意义: Re雷诺数 Re =d uρ/μ 表示流体的运动状态对对流给热的影响。 Nu 努塞尔数 Nu = αL/ λ 表示对流使给热系数增大的倍数（相对于纯导）。 Pr 普朗特数 Pr = cpμ/λ 表示流体物性对对流给热的影响。 Gr格拉斯霍夫数 表示自然对流对对流给热的影响。 以上准数关系式中的A、a、b、c需通过实验确定。 使用实验方程式（经验关联式）时应注意： 1、适用范围 2、定性温度 3、特性尺寸
非金属
(A)对于大多数均质的固体 λ = λ 0(1+αt)
式中 λ -- t 温度下固体的导热系数, W/（m℃）;
λ 0-- 0℃下固体的导热系数, W/（m℃）;
α --温度系数, 1/℃;
t --固体的温度, ℃.（B）t↑ λ金属↓，λ非金属↑； 纯度↓ λ金属及λ非金属↓ （C）绝热材料的λ通常 < 0.2 W/m℃ （D）热传导过程物质的导热系数通常按平均值计算
所得的结果适当加以修正。
（1）对于高粘度液体 α=0.027（λ/d ）Re0.8Pr 0.33 （μ/μw）0.14 式中 μ——液体在定性温度下的粘度； μw——液体在壁温下的粘度。 适用范围是： Re>104； L/d>30—40； Pr=0.5—100的各种液体（不适用于液体金属）。 特性尺寸：管内径d； 定性温度：除μw以外，其余都取液体进出口温度的平均值。 （μ/μw）0.14可以按下式取值： 液体被加热时 （μ/μw）0.14=1.05 液体被冷却时 （μ/μw）0.14=0.95
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器化工工程专业是一门应用学科，其中涉及到很多实际工程应用，而其中最为重要的一项便是换热技术。
在化工原理课程中，学生需要学习换热的原理，同时也需要进行相应的课程设计，以加深对该项工艺的理解。
本文将具体介绍化工原理课程设计中的换热器部分。
一、换热器的定义与应用换热器是指将工作介质中的热量从一种流体（或气体）传到另一种流体（或气体）的装置。
具体来说，它是用于加热或冷却化学、石油、食品、冶金、电力、纺织等行业在生产过程中所使用的流体的设备，是化工生产过程中最为常用的一种装置。
换热器可分为管式换热器、板式换热器、壳式换热器等。
其中，壳式换热器是最常用的一种，也是本文课程设计的重点。
二、化工原理换热器课程设计1. 设计目标作为化工原理课程中的一个重要部分，换热器的课程设计旨在让学生了解换热器的原理和设计方法，培养学生的动手能力和实践能力，为学生未来从事化工工作提供实践基础。
2. 设计内容换热器的课程设计通常包括以下内容：（1）了解壳式换热器的结构和分类，并对不同的壳式换热器进行比较和分析。
（2）了解换热器的传热原理和传热方式，以及热传导、对流传热和辐射传热等基本原理。
（3）了解不同流体的传热性质，如热导率、热容、热透过系数等，并掌握其应用方法。
（4）掌握壳式换热器的设计方法，包括换热面积的计算、流速的估算、流体性质的确定等。
（5）通过计算确定换热器的设计参数，如壳程和管程的流体流量、进出口温度、换热系数等，并绘制换热器的流程图和工艺图。
3. 设计过程换热器的课程设计通常分为理论计算和实践操作两个部分。
理论计算部分包括上述内容中的步骤（1）至（4），而实践操作部分则需要学生使用化工实验室中的相应设备进行实验操作。
在实践部分中，学生需要完成以下操作：（1）拆卸换热器，进行清洗和维修，对设备的状态进行检查和评估。
（2）确定流量计和温度计的安装点，并将它们安装在换热器的管路中，以便后续的流量和温度测量。
化工原理 第六章 换热器
第一节间壁式换热器的类型一、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。
每程的有效长度为4～6m，内管直径在38～89mm范围内选取，外管直径在60～114mm范围内选取，一般均选标准管。
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第一节间壁式换热器的类型一、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。
每程的有效长度为4～6m，内管直径在38～89mm范围内选取，外管直径在60～114mm范围内选取，一般均选标准管。
套管换热器的优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要易于增减，恰当地选择内管和外管的直径，可使流体流速增大，且呈浦流状态，故一般具有较高的传热系数，同时也可减少垢层的形成，两种流体可始终保持逆流流动，传热效果较好。
其缺点是单位传热面积的金属消耗量大，占地较大。
故一般适用于流量不大、所需传热面积较小及高压的场合。
四、列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器，是目前石油化工生产中应用最广泛的一种换热器。
它与其它换热器相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构比较简单，处理能力大，适应性强，操作弹性大，尤其在高温、高压和大型装置中应用更为普遍。
1.列管换热器的结构列管换热器主要由壳体、管束(换热管)、管板(又称花板)、顶盖(又称封头)和连接管等部件组成。
壳体内装有管束，管束是由许多无缝钢管两端固定在管板上组成的，固定的方法可用胀接法，也可用焊接法。
一种流体通过管内流动，其行程称为管程，另一种流体在壳体与管束间的空隙流动，其行程称为壳程。
流体一次通过管程的称为单管程列管换热器。
当换热器的传热面积较大时，管子数目较多，为提高管程的流体流速，常将管子平均分成若干组，使流体在管内依次往返多次通过，称为多管程。
增加管程数虽然可以提高流速使对流传热系数增大，但随着管程数增加，流体流动阻力增大，动力费用增加，结构也变得复杂，故管程数不宜过多，通常多为2、4、6程。
同样，为提高壳程的流体流速，增大壳程侧的对流传热系数。
当常在壳程安装折流挡板，以常见的折流挡板有圆缺形(或称弓形)和圆盘形两种，前者应用较为广泛。
圆缺形折流挡板圆盘形折流挡板2.列管式换热器的基本型式列管式换热器操作时，由于冷、热两流体温度不同，使壳体和管束的温度也不同，其膨胀程度就不同。
如果两流体的温度相差较大(如50℃以上)时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲和断裂、或管子从管板上松脱，因此就必须从结构上采取适当的温差补偿措施，以消除或减小热应力。
根据采取热补偿的措施不同，列管式换热器常有以下三种基本形式。
(1)固定管板式换热器如图所示，为具有补偿圈(或称膨胀节)的固定管板式列管换热器，当壳体与管束间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形，来适应壳体与管束间的不同热膨胀。
这种补偿结构一般适用于壳体与管束间的温度差低于50℃，壳程压力小于6kgf/cm2的情况。
这种换热器具有结构比较简单、造价低廉的优点；但其缺点是因管束不能抽出而使壳程清洗困难，因此要求壳程的流体应是较清洁且不易结垢的物料。
(2)浮头式换热器如图所示，为一浮头式换热器，两端管板中有一端不与壳体固定相连，该端称为浮头。
当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头就可在壳体内自由伸缩，而与壳体无关，从而解决热补偿问题。
另外，由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修，所以浮头式换热器应用较为普遍，其缺点是结构比较复杂，金属消耗量多，造价较高。
(3)U形管式换热器如图所示，为一U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端均固定在同一管板上，因此管子可以自由伸缩，从而解决热补偿问题。
这种型式换热器结构较简单，重量轻，适用于高温和高压的情况。
其主要缺点是管程清洗比较困难，且因管子有一定弯曲半径，管板利用率较低，管程不易清洗，因此管程流体必须清洁。
上述三种型式的列管式换热器，我国已有系列化标准，其规格和系列标准课本P298-303。
五、其它类型换热器除了上述几种在炼油及石油化工生产中普通应用的换热器外，还有其它类型的换热器。
目前应用虽然不太普遍，但由于这些换热器具有设备紧凑句单位体积传热面积大、金属材料耗量少及传热效果好等优点，其使用范围正日益扩大。
下面简单介绍几种。
1.翅片式换热器为了增加传热面，提高传热效果，在换热管表面上加上纵向(轴向)或横向(径向)翅片，称为翅片换热器，常见的几种翅片形式如图5-36所示当相互换热的两流体的对流传热系数相差较大时，如用水蒸气加热空气或粘性大的液体，用空气冷却热的液体时，则空气或粘性大的液体一侧的热阻为控制性热阻。
此时，如在换热管的气体或粘性大的液体一侧增设翅片，既可增大了气体一侧的对流传热面积(翅片的面积为光滑管面积的2～9倍)，又可增强气体流动的湍动程度，从而提高了换热器的传热效果。
一般来说，当两流体的对流传热系数之比等于或大于3时，为强化传热，宜采用翅片式换热器。
翅片的种类很多，按其高度可分为高翅片和低翅片两种。
高翅片适用于冷、热流体的对流传热系数相差大的场合，如气体的加热或冷却。
低翅片多为螺纹管，适用于冷、热流体的对流传热系数相差不太大的场合，如粘度较大流体的加热或冷却等。
目前，在炼油和石油化工中，翅片式换热器较为重要的应用是空气冷却器(简称空冷器)，由翅片管束、风机和支架组成。
热流体进入各管束中，经冷却后汇集于排出管排出。
冷空气由轴流式通风机吹过管束，通风机装在管束下方称为强制式空冷器；通风机装在管束上方称为引风式空冷器。
由于管外增设了翅片，这样既增大了传热面积，同时又增强了管外空气的端流程度，因而就减少了管子内、外对流传热系数过于悬殊的影响，从而提高了换热器的传热效果。
空冷器的优点是不用冷却水，动力消耗较水冷低。
主要缺点是：热介质入口温度较低(例如＜70-80℃)用空冷温差太小；介质凝点太高(例如高于5℃)，用空冷时可能在局部地方易于造成管子堵塞；介质出口温度要求较低，用空冷在夏季难于满足要求。
2.螺旋板式换热器螺旋板式换热器是一种新型换热器，是由两张平行的薄钢板焊接在一块分隔板(中心隔板)上，并卷制成一对互相隔开的螺旋形流道。
两板之间焊有定距柱以维持流道的问距，同时也增强螺旋板的刚度。
螺旋板的两端焊有盖板，两端面及螺旋板上设有冷、热流体进、出口接管。
冷、热流体分别在两个螺旋形流道中流动，通过螺旋板进行热量交换。
如图所示。
螺旋板式热交换器1、2-金属片 3-隔板 4、5-冷流体连接管 6、7热流体连接管螺旋板式换热器的直径一般在1.6m以内，板宽为200～1200mm，极厚为2～4mm，两板间距为5～25mm。
常用材料为碳钢或不锈钢。
螺旋板式换热器的主要优点是结构紧凑，单位体积所提供的传热面积大(约为列管式换热器的三倍)；流体允许有较高的流速(液体可达2m/s，气体可达20m/s)，湍流程度大，传热系数较大(约为列管换热器的1～2倍)；可实现纯逆流操作；不易结垢，不易堵塞。
其主要缺点是操作压力和温度不宜太高，流体流动阻力较大，不易检修，且对焊接质量要求很高。
故一般操作压力低于2Okgf/cm2，温度在300～400℃以下。
3.板式换热器板式换热器是由一组矩形金属薄板平行排列、相邻板之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成。
板片四角开有圆孔，形成流体通道，冷、热流体分别在同一板片两侧流过，通过板片进行换热。
为其组装流。
板片厚度为0.5～3mm，通常压制成各种波纹形状。
流体流向示意图水平波纹板板式换热器的主要优点是:结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大，约为250～1000m2/m3，而列管式换热器只有40～150m2/m3；传热系数高，对低粘度液体传热，传热系数可达1500～4700W/(m2.℃)，最高可达7000W/(m2.℃)，操作灵活，适应性大，可以根据需要增减板数以调整传热面积，加工制造容易、检修清洗方便、热损失少。
其主要缺点是:因受到板片刚度、垫片种类及沟槽结构的限制，允许的操作压力较低；因受垫片材质的限制，操作温度不能太高，对合成橡胶垫片，操作温度不超过130℃，对压缩石棉垫片也应低于250℃；因板间距小，流道截面小，流速不能过大，所以处理量较小，不易密封，易泄漏，易于堵塞。
4.热管换热器热管换热器是一种新型、高效、节能换热器，广泛使用于航天航空业，并逐步用于加热炉对流室烟气余热回收中。
它是由数根热管组成的。
热管外部装有翅片以提高传热效果。
热管管束中间装有隔板，冷、热流体分别在隔板的两侧流动，通过热管进行热量传递。
其工作原理为:当热管的两端分别被加热(与热流体接触)和冷却(与冷流体接触)时，被加热的一端(称为蒸发段)管中的液体吸热蒸发成为蒸气，蒸气沿管中心通道向另一端(称为冷凝段)并在此冷凝放出热量，由于多孔管芯毛细作用，冷凝下来的液体又会自动地沿管芯流回蒸发段。
如此循环往复，通过工作介质的蒸发、冷凝，将热量由热流体传递至冷流体。
热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、操作简单、使用寿命长等优点。
热管的结构及工作原理1-管壳 2-管芯 3-凝液流 4-蒸气流 5-隔板第二节列管式换热器的选用及校核计算一、列管式换热器的选用及设计原则(一)形式与结构的选定1．固定管板式与浮头式的选择固定管板式与浮头式相比，其结构简单，造价低(约相差20%)，所以在工艺条件允许时应优先使用。