1、生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回任务一任务一 了解传热过程及其应用了解传热过程及其应用任务四任务四 列管换热器的操作列管换热器的操作传传 热热任务二任务二 认知传热设备认知传热设备任务三任务三 获取传热知识获取传热知识生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 课前复习： 判断正确与否，并说明原因。判断正确与否，并说明原因。（ ）1、只要有温度差就会有热量传递、只要有温度差就会有热量传递 。（ ）2、削弱传热时要求传热速率快，传热效果好。、削弱传热时要求传热速率快，传热效果好。（ ）3、如果需要加热温度范围为、如果需要加热温度范围为180540
2、时，时，最好采用饱和水蒸汽。最好采用饱和水蒸汽。（ ）4、采用空气作为冷却剂比水要好、采用空气作为冷却剂比水要好 。（ ）5、固体中的传热方式只有热传导。、固体中的传热方式只有热传导。生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 课前复习：（ ）6、饱和水蒸汽作为加热剂使用时，主要是放、饱和水蒸汽作为加热剂使用时，主要是放出潜热。出潜热。（ ）7、热量只能从高温处向低温处传热，不能从、热量只能从高温处向低温处传热，不能从低温向高温处传热。低温向高温处传热。 （ ）8、流体中只有对流传热，没有热传导、流体中只有对流传热，没有热传导。（ ）9、辐射传热不能在真空中进行。、辐射传热
3、不能在真空中进行。（ ）10、在流体发生强制对流时，往往伴随着自、在流体发生强制对流时，往往伴随着自然对流，一般强制对流的强度比自然对流的强度大得然对流，一般强制对流的强度比自然对流的强度大得多多 。生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 一、换热器的分类一、换热器的分类 在工业生产中，要实现热在工业生产中，要实现热量的交换，需要用到一定的设量的交换，需要用到一定的设备，这种用于交换热量的设备备，这种用于交换热量的设备称为热量交换器，简称为称为热量交换器，简称为换热换热器器（如图（如图2-1）。由于载热体）。由于载热体的性质、传热的要求各不相同，的性质、传热的要求各不相
4、同，因此换热器种类很多，它们的因此换热器种类很多，它们的特点不一，操作使用方法有所特点不一，操作使用方法有所不同。不同。模块二模块二 传热传热任务二任务二 认知传热设备认知传热设备生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 1. 直接接触式换热器直接接触式换热器 两流体直接混合进行的换热。使用的设备两流体直接混合进行的换热。使用的设备称直接接触式换热器，又称混合式换热器。称直接接触式换热器，又称混合式换热器。 此类换热器的此类换热器的特点特点：结构简单，传热效率：结构简单，传热效率高，适用于两流体允许混合的场合。比如，用高，适用于两流体允许混合的场合。比如，用冷水冷却热水，
5、或用冷水冷凝冷却低压蒸汽。冷水冷却热水，或用冷水冷凝冷却低压蒸汽。混合式蒸汽冷凝器（图混合式蒸汽冷凝器（图2-2）、凉水塔、洗涤）、凉水塔、洗涤塔、喷射冷凝器等设备中进行的换热均属于直塔、喷射冷凝器等设备中进行的换热均属于直接接触式换热。接接触式换热。 (一一) 按作用原理分类按作用原理分类生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回热流体冷流体（a）直接接触式换热器（a）凉水塔 （b）并流低位冷凝器 （c）干式逆流高位冷凝器1外壳；2淋水板；3、8气压管；4蒸汽进口；5进水口；6不凝气出口；7分离罐（b）冷凝水水蒸汽不凝气水蒸汽24316785（c）生化单元操作生化单元操作
6、2022-6-10化工原理上页下页返回凉水塔生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 需要进行热量交换的两流体被固体壁面分开，互需要进行热量交换的两流体被固体壁面分开，互不接触，热量由热流体（放出热量）通过壁面传给冷不接触，热量由热流体（放出热量）通过壁面传给冷流体（吸收热量）。间壁式换热使用的换热器称为流体（吸收热量）。间壁式换热使用的换热器称为间间壁式换热器壁式换热器，又称表面式换热器或间接式换热器。，又称表面式换热器或间接式换热器。 这类换热的这类换热的特点特点是是两流体在换热过程中不发生混两流体在换热过程中不发生混合，从而避免了因换热带来的污染合，从而避免了因换热
7、带来的污染，因此，间壁式换，因此，间壁式换热工业应用最广，各种管式和板式结构的换热器中所热工业应用最广，各种管式和板式结构的换热器中所进行的换热均属于间壁式换热。其中，最常用的是进行的换热均属于间壁式换热。其中，最常用的是列列管式换热管式换热。 （2）间壁式换热）间壁式换热生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 图图2-1为一为一固定管板式列管换热器固定管板式列管换热器，主要由，主要由壳体、封头、管束、管板等部件构成。操作时一壳体、封头、管束、管板等部件构成。操作时一种流体由封头上的接管种流体由封头上的接管3进入器内，经封头与管板进入器内，经封头与管板间的空间（分配室）
8、分配至各管内，流过管束后，间的空间（分配室）分配至各管内，流过管束后，从另一端封头上的接管从另一端封头上的接管4流出换热器。流出换热器。 另一种流体由壳体上的接管另一种流体由壳体上的接管3流入，壳体内流入，壳体内装有若干块折流挡板装有若干块折流挡板7，流体在壳体内沿折流挡板，流体在壳体内沿折流挡板作折流流动，从壳体上的接管作折流流动，从壳体上的接管4流出换热器。两流流出换热器。两流体借体借管壁管壁的导热作用交换热量。的导热作用交换热量。 通常将流经管内的流体称为通常将流经管内的流体称为管程（管方）流管程（管方）流体体；将流经管外的流体称为；将流经管外的流体称为壳程（壳方）流体壳程（壳方）流体。
9、 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回间壁式换热器间壁式换热器 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体的换热方法。使用的设备称蓄热式换热体传给冷流体的换热方法。使用的设备称蓄热式换热器，又称器，又称回流式换热器或蓄热器回流式换热器或蓄热器。操作时，让热、冷。操作时，让热、冷流体交替进入换热器，热流体将热量储存在蓄热体中，流体交
10、替进入换热器，热流体将热量储存在蓄热体中，然后由冷流体取走，从而达到换热的目的，见图然后由冷流体取走，从而达到换热的目的，见图2-3。 （3）蓄热式换热）蓄热式换热生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 此类换热具有设备结此类换热具有设备结构简单，可耐高温等构简单，可耐高温等优点优点，常用于高温气体热量的回常用于高温气体热量的回收或冷却。其收或冷却。其缺点缺点是设备是设备体积庞大，热效率低，且体积庞大，热效率低，且不能完全避免两流体的混不能完全避免两流体的混合，石油化工中，蓄热式合，石油化工中，蓄热式裂解炉中所进行的换热就裂解炉中所进行的换热就属于蓄热式换热。属于蓄热式
11、换热。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回蒸汽蓄热器蒸汽蓄热器 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 2、按换热器的用途分类、按换热器的用途分类（1）加热器）加热器 用于把流体加热到所需的温度，被加热流用于把流体加热到所需的温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。体在加热过程中不发生相变。（2）预热器）预热器 用于流体的预热，以提高整套工艺装置的用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。效率。（3）过热器）过热器 用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。（4）蒸发器）蒸发器 用于加热液体，使之蒸发汽化。用于加
12、热液体，使之蒸发汽化。（5）再沸器）再沸器 是蒸馏过程的专用设备，用于加热已冷凝是蒸馏过程的专用设备，用于加热已冷凝的液体，使之再受热汽化。的液体，使之再受热汽化。（6）冷却器）冷却器 用于冷却流体，使之达到所需的温度。用于冷却流体，使之达到所需的温度。（7）冷凝器）冷凝器 用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。液化。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 3、 按换热器传热面的形状和结构分类按换热器传热面的形状和结构分类 （1）管式换热器）管式换热器 管式换热器通过管子壁面进行传管式换热器通过管子壁面进行传热。按传热管的结构不
13、同，可分为列管式换热器、套热。按传热管的结构不同，可分为列管式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器和翅片管式换热器等几种。管式换热器、蛇管式换热器和翅片管式换热器等几种。管式换热器应用最广。管式换热器应用最广。 （2）板式换热器）板式换热器 板式换热器通过板面进行传热。板式换热器通过板面进行传热。按传热板的结构形式，可分为平板式换热器、螺旋板按传热板的结构形式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器等几种。式换热器、板翅式换热器和热板式换热器等几种。 （3）特殊形式换热器）特殊形式换热器 这类换热器是指根据工艺特这类换热器是指根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。
14、如回转式换殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式换热器、热管换热器、同流式换热器等。热器、热管换热器、同流式换热器等。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 4、按换热器所用材料分类、按换热器所用材料分类 （1）金属材料换热器）金属材料换热器 金属材料换热器是由金属金属材料换热器是由金属材料制成，常用金属材料有碳钢、合金钢、铜及铜合材料制成，常用金属材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。由于金属材料的导金、铝及铝合金、钛及钛合金等。由于金属材料的导热系数较大，故该类换热器的传热效率较高，生产中热系数较大，故该类换热器的传热效率较高，生产中用到
15、的主要是金属材料换热器。用到的主要是金属材料换热器。 （2）非金属材料换热器）非金属材料换热器 非金属材料换热器由非非金属材料换热器由非金属材料制成，常用非金属材料有石墨、玻璃、塑料金属材料制成，常用非金属材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷等。该类换热器主要用于具有腐蚀性的物料。以及陶瓷等。该类换热器主要用于具有腐蚀性的物料。由于非金属材料的导热系数较小，所以其传热效率较由于非金属材料的导热系数较小，所以其传热效率较低。低。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 套管换热器套管换热器是由两种是由两种直径不同的标准管套在直径不同的标准管套在一起组成同心圆套管，一起组成同心圆
16、套管，然后将若干段这样的套然后将若干段这样的套管用管用U形肘管连接而成，形肘管连接而成，其结构如右图所示。每其结构如右图所示。每一段套管称为一段套管称为一程一程，程，程数可根据所需传热面积数可根据所需传热面积的多少而增减。的多少而增减。 1、套管式换热器、套管式换热器图1-12 套管式换热器（一）管式换热器（一）管式换热器二、间壁换热器的结构与性能特点二、间壁换热器的结构与性能特点 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 优点：优点：结构简单；能耐
17、高压；传热面积结构简单；能耐高压；传热面积可根据需要增减，适当选择内管和外管的直可根据需要增减，适当选择内管和外管的直径，可使流体的流速增大，而且冷、热流体径，可使流体的流速增大，而且冷、热流体可作严格逆流，传热效果较好。可作严格逆流，传热效果较好。 缺点：缺点：单位传热面积的金属耗量大；管单位传热面积的金属耗量大；管子接头多，易泄漏，占地面积大，检修清洗子接头多，易泄漏，占地面积大，检修清洗不方便。不方便。 此类换热器此类换热器适用于适用于高温、高压及流量较高温、高压及流量较小的场合。小的场合。 套管换热器的特点套管换热器的特点生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回
18、蛇管换热器根据操作方式不同，分为蛇管换热器根据操作方式不同，分为沉沉浸式浸式和和喷淋式喷淋式两类。两类。 （1）沉浸式蛇管换热器）沉浸式蛇管换热器 沉浸式蛇管换热器的结构如图沉浸式蛇管换热器的结构如图2-5（a)所所示。此种换热器通常以金属管自弯绕而成，示。此种换热器通常以金属管自弯绕而成，制成适应容器的形状沉浸在容器内的液体中。制成适应容器的形状沉浸在容器内的液体中。管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热。管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热。几种常用的蛇管形状如图几种常用的蛇管形状如图2-5(b)所示。所示。 2、蛇管换热器、蛇管换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下
19、页返回（b）图2-5 沉浸式蛇管换热器（a）沉浸式；（b）蛇管的形状（a）生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 优点：优点：结构简单、造价低廉、便于防腐、结构简单、造价低廉、便于防腐、能承受高压。能承受高压。 缺点：缺点：管外对流传热系数小，常需加搅拌管外对流传热系数小，常需加搅拌装置，以提高传热系数。装置，以提高传热系数。 沉浸式蛇管换热器的特点沉浸式蛇管换热器的特点生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 喷淋式蛇管换热器的喷淋式蛇管换热器的结构结构
20、如图如图2-6所示。所示。此类换热器常用作冷却器冷却管内热流体，且此类换热器常用作冷却器冷却管内热流体，且常用水作为喷淋冷却剂，故常称为常用水作为喷淋冷却剂，故常称为水冷器水冷器。 它是将若干排蛇管垂直地固定在支架上，它是将若干排蛇管垂直地固定在支架上，蛇管的排数根据所需传热面积的多少而定。热蛇管的排数根据所需传热面积的多少而定。热流体自下部总管流人各排蛇管，从上部流出再流体自下部总管流人各排蛇管，从上部流出再汇入总管。冷却水由蛇管上方的喷淋装置均匀汇入总管。冷却水由蛇管上方的喷淋装置均匀地喷洒在各排蛇管上，并沿着管外表面淋下。地喷洒在各排蛇管上，并沿着管外表面淋下。 （2）喷淋式蛇管换热器）
21、喷淋式蛇管换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回支架换热管檐板喷淋管装置冷却水排水图图2-6 喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器液体出口液体入口生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 该装置通常置于室外通风处，冷却水在空该装置通常置于室外通风处，冷却水在空气中汽化时，可以带走部分热量，以提高冷却气中汽化时，可以带走部分热量，以提高冷却效果。与沉浸式蛇管换热器相比，效果。与沉浸式蛇管换热器相比，喷淋式蛇管喷淋式蛇管换热器换热器具有检修清洗方便、传热效果好等具有检修清洗方便、传热效果好等优点优点。缺点缺点是体积庞大，占地面积多；冷却水耗用量是体积
22、庞大，占地面积多；冷却水耗用量较大，喷淋不均匀等。较大，喷淋不均匀等。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器，是目前又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最为广泛的一种通用标准换热化工生产中应用最为广泛的一种通用标准换热设备。设备。 主要优点：主要优点：单位体积具有的传热面积较大单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好，结构简单、坚固、制造较以及传热效果较好，结构简单、坚固、制造较容易，操作弹性较大，适应性强等。因此在高容易，操作弹性较大，适应性强等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器，温、高压和大型装置上多采用
23、列管式换热器，在生产中使用的换热设备中占主导地位。在生产中使用的换热设备中占主导地位。3、列管式换热器、列管式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 固定管板式换热器结构如图固定管板式换热器结构如图2-7所示，主要所示，主要由壳体、管束、管板、折流档板和封头等部件组由壳体、管束、管板、折流档板和封头等部件组成。成。 壳体内装有管束，管束两端固定在管板上。壳体内装有管束，管束两端固定在管板上。管子在管板上的固定方法可采用胀接、焊接或胀管子在管板上的固定方法可采用胀接、焊接或胀焊结合法。焊结合法。 固定管板式换热器中，一种流体在管内流动，固定管板式换热器中，一种流体在
24、管内流动，其行程称为其行程称为管程管程；另一种流体在管外流动，其行；另一种流体在管外流动，其行程称为程称为壳程壳程。管束的壁面即为。管束的壁面即为传热面传热面。（1）固定管板式换热器的结构）固定管板式换热器的结构生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回固定管板式换热器固定管板式换热器1折流档板；折流档板；2管束；管束；3壳体；壳体；4封头；封头；5接管；接管；6管板管板生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 在管壳式换热器中，在管壳式换热器中，通常在其壳体内均安装通常在其壳体内均安装一定数量与管束相互垂一定数量与管束相互垂直的直的折流挡板折流挡板。
25、 作用：作用：以防止流体以防止流体短路，迫使流体按规定短路，迫使流体按规定路径多次错流通过管束；路径多次错流通过管束；增加流体流速；增大流增加流体流速；增大流体的湍动程度。体的湍动程度。 折流挡板的形式较折流挡板的形式较多，其中以圆缺形（弓多，其中以圆缺形（弓形）挡板为最常用。形）挡板为最常用。 折流档板的型式生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 固定管板式换热器的热补偿装置固定管板式换热器的热补偿装置 管壳式换热器操作时，由于冷热流体温度不管壳式换热器操作时，由于冷热流体温度不同，使壳体和管束受热程度不同，其膨胀程度也同，使壳体和管束受热程度不同，其膨胀程度也不同，
26、若冷热流体温差较大不同，若冷热流体温差较大（50以上）以上）时，时，就可能由于热应力而引起设备变形，或使管子弯就可能由于热应力而引起设备变形，或使管子弯曲、从管板上松脱，甚至造成管子破裂或设备毁曲、从管板上松脱，甚至造成管子破裂或设备毁坏。因此必须从结构上考虑这种热膨胀的影响，坏。因此必须从结构上考虑这种热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力。采取各种补偿的办法，消除或减小热应力。 常见的温差补偿措施有：常见的温差补偿措施有：补偿圈补偿、浮头补偿圈补偿、浮头补偿和补偿和U形管补偿等。形管补偿等。生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 优点：优点： 结构简单、
27、紧凑，管内便于清洗。结构简单、紧凑，管内便于清洗。 缺点：缺点： 壳程不能进行机械清洗，且因壳程压力受壳程不能进行机械清洗，且因壳程压力受膨胀节强度限制不能太高。膨胀节强度限制不能太高。 固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。不高的场合。 固定管板式换热器的特点固定管板式换热器的特点生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 此类换热器的结构特点：两端管板和壳体此类换热器的结构特点：两端管板和壳体连接成一体，管束两端固定在两管板上。当换连接成一体
28、，管束两端固定在两管板上。当换热器的壳体与传热管壁之间的温差大于热器的壳体与传热管壁之间的温差大于50 C时，时，则需加则需加补偿圈（也称膨胀节）。补偿圈（也称膨胀节）。 图为具有补偿圈的固定板式换热器，即在图为具有补偿圈的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束不同的热膨胀程或压缩），以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。度。 固定管板式换热器固定管板式换热器补偿圈补偿补偿圈补偿生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页
29、下页返回图1-7 具有补偿圈的固定管板式换热器1档板；2补偿圈；3放气嘴生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 浮头式换热器的结构如图浮头式换热器的结构如图2-8所示。其两端所示。其两端管板之一不与壳体固定连接，可以在壳体内沿管板之一不与壳体固定连接，可以在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为轴向自由伸缩，该端称为浮头浮头。 此类换热器的此类换热器的优点是优点是当壳体与管束因温度当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，不会产生温差应力；且管内沿轴向自由伸缩，不会产生温差应力；且管束可以从壳内抽出，便于
30、管内和管间的清洗。束可以从壳内抽出，便于管内和管间的清洗。其缺点其缺点是结构复杂，用材量大，造价高。浮头是结构复杂，用材量大，造价高。浮头式换热器适用于壳体与管束温差较大或壳程流式换热器适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合。体容易结垢的场合。 （2）浮头式换热器）浮头式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 浮头式换热器1管程隔板；2壳程隔板；3浮头生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回浮头式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 把每根管子都弯成把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，形，两端
31、固定在同一管板上，因此，每根管子皆可自由伸缩，从而解决了热补偿因此，每根管子皆可自由伸缩，从而解决了热补偿问题。问题。U形管式换热器的形管式换热器的优点优点是结构简单，运行可靠，是结构简单，运行可靠，造价低，重量轻；管间清洗较方便。其造价低，重量轻；管间清洗较方便。其缺点缺点是管内是管内清洗较困难；可排管子数目较少；管束最内层管间清洗较困难；可排管子数目较少；管束最内层管间距大，壳程易短路，且因管子需一定的弯曲半径，距大，壳程易短路，且因管子需一定的弯曲半径，故管板利用率较差。故管板利用率较差。U形管式换热器形管式换热器适用于适用于管、壳程管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的温
32、差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场合，尤其适用于高温高压气体的换热。场合，尤其适用于高温高压气体的换热。 （3）U型管式换热器型管式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 U形管式换热器1U形管；2壳程隔板；3管程隔板生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回U形管式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 其其结构特点结构特点是管板只有一端与壳体固定，是管板只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生温差应力。该换热器的不会产生温差应力。该换
33、热器的优点优点是结构较是结构较浮头式换热器简单，造价低；管束可以从壳体浮头式换热器简单，造价低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗。其内抽出，管、壳程均能进行清洗。其缺点缺点是填是填料函耐压不高，一般小于料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可；壳程介质可能通过填料函向外泄漏。填料函式换热器能通过填料函向外泄漏。填料函式换热器适用适用于于管、壳程温差较大或介质易结垢需要经常清管、壳程温差较大或介质易结垢需要经常清洗且壳程压力不高的场合。洗且壳程压力不高的场合。 （4）填料函式换热器）填料函式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 填料函式换热器1活动
34、管板；2填料压盖；3填料；4填料函；5纵向隔板生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 如图如图2-11所示。其结构所示。其结构特点是特点是在壳体上部在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头式或式或U型管式。釜式换热器清洗方便，并能承受型管式。釜式换热器清洗方便，并能承受高温、高压。它适用于液汽（气）式换热高温、高压。它适用于液汽（气）式换热（其中液体沸腾汽化），可作为简单的废热锅（其中液体沸腾汽化），可作为简单的废热锅炉。炉。 （5）釜式换热器）釜式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回生化
35、单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 翅片管换热器又称管翅式换热器，如图翅片管换热器又称管翅式换热器，如图1-15所示。其结构特点是在换热管的外表面或内所示。其结构特点是在换热管的外表面或内表面（或同时）装有许多翅片，表面（或同时）装有许多翅片， 4、翅片管换热器、翅片管换热器(a)(b)图图1-15 翅片式换热器翅片式换热器（a）翅片式换热器）翅片式换热器 （b）翅片管断面）翅片管断面生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回常用翅片有常用翅片有纵向纵向和和横向横向两类，如图两类，如图1-16所示。所示。 常见的几种翅片(a) 轴向翅片生化单元操作生
36、化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回翅片管换热器翅片管换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 化工生产中常遇到气体的加热或冷却，因化工生产中常遇到气体的加热或冷却，因气体气体的对流传热系数较小，所以当换热的另一的对流传热系数较小，所以当换热的另一方为液体或发生相变时，换热器的传热热阻主方为液体或发生相变时，换热器的传热热阻主要集中在要集中在气体气体一侧。此时，在气体一侧设置翅一侧。此时，在气体一侧设置翅片，既可增大传热面积，又可增加气体的湍动片，既可增大传热面积，又可增加气体的湍动程度，减少了气体侧的热阻，提高了传热效率。程度，减少了气体侧的热阻，提高
37、了传热效率。一般来说，当两种流体的对流传热系数之比超一般来说，当两种流体的对流传热系数之比超过过3：1时，可采用时，可采用翅片换热器翅片换热器。生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 工业上常用工业上常用翅翅片换热器片换热器作为空气作为空气冷却器，用空气代冷却器，用空气代替水，不仅可在缺替水，不仅可在缺水地区使用，即使水地区使用，即使在水源充足的地方在水源充足的地方也较经济。空冷器也较经济。空冷器主要由翅片管束、主要由翅片管束、风机和构架组成。风机和构架组成。 空气冷却器空气冷却器图1-17 空气冷却器的结构生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回
38、 1、夹套换热器、夹套换热器 这种换热器结构简单，其结构如图这种换热器结构简单，其结构如图1-18所所示。它由一个装在容器外部的夹套构成，夹套示。它由一个装在容器外部的夹套构成，夹套与器壁间形成的密封空间为载热体之通道。容与器壁间形成的密封空间为载热体之通道。容器内的物料和夹套内的加热剂或冷却剂隔着器器内的物料和夹套内的加热剂或冷却剂隔着器壁进行换热，壁进行换热，器壁器壁就是换热器的传热面。就是换热器的传热面。 （二）板式换热器（二）板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 优点：优点：结构简单，结构简单，容易制造；可与反应容易制造；可与反应器或容器构成一个整器
39、或容器构成一个整体，主要应用于反应体，主要应用于反应过程的加热或冷却。过程的加热或冷却。 缺点：缺点：传热面积传热面积小；器内流体处于自小；器内流体处于自然对流状态，传热效然对流状态，传热效率低；夹套内部清洗率低；夹套内部清洗困难。困难。 夹套换热器1反应器；2夹套生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 夹套内的加热剂和冷却剂一般只能使用不夹套内的加热剂和冷却剂一般只能使用不易结垢的水蒸气、冷却水和氨等。夹套内用蒸易结垢的水蒸气、冷却水和氨等。夹套内用蒸汽加热时，应从上部进入，冷凝水从底部排出；汽加热时，应从上部进入，冷凝水从底部排出；当夹套用作冷却时，冷却剂应从底部进
40、入，从当夹套用作冷却时，冷却剂应从底部进入，从上部排出。为了提高其传热性能，可在容器内上部排出。为了提高其传热性能，可在容器内安装安装搅拌器搅拌器，使器内液体作，使器内液体作强制对流强制对流；为了弥；为了弥补传热面的不足，还可在器内安装蛇管等。补传热面的不足，还可在器内安装蛇管等。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回夹套换热器夹套换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 平板式换热器简称平板式换热器简称板式换热器板式换热器，是一种新型的，是一种新型的高效换热器高效换热器，其结构和板框压滤机相似。主要由，其结构和板框压滤机相似。主要由传热板
41、片、垫片和压紧装置三部分组成。板片为传热板片、垫片和压紧装置三部分组成。板片为1-2mm厚的金属簿板，并冲压成凹凸不平的规则厚的金属簿板，并冲压成凹凸不平的规则波纹。若干板片叠加排列，夹紧组装于支架上，波纹。若干板片叠加排列，夹紧组装于支架上，两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体通道。每块板的四个角上各开一个孔，借助于垫通道。每块板的四个角上各开一个孔，借助于垫片的配合，使两个对角方向的孔与板面一侧的流片的配合，使两个对角方向的孔与板面一侧的流道相通，另两个对角方向的孔则与板面另一侧的道相通，另两个对角方向的孔则与板面另一侧的流道相通。这样，使两
42、流体分别在同一块板的两流道相通。这样，使两流体分别在同一块板的两侧流过，通过板面进行换热。侧流过，通过板面进行换热。 2、平板式换热器、平板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 波纹平板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回波纹平板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 图图1-20表示了板式换热器中冷、热流体的表示了板式换热器中冷、热流体的流动状况。流动状况。板式换热器板式换热器中除了两端的两个板面中除了两端的两个板面外，每一块板面都是传热面，可根据所需传热外，每一块板面都是传热面，可根据所需传
43、热面积的变化，增减板的数量。板片是板式换热面积的变化，增减板的数量。板片是板式换热器的核心部件。波纹状的板面使流体流动均匀，器的核心部件。波纹状的板面使流体流动均匀，传热面积增大，促使流体湍动。传热面积增大，促使流体湍动。 常见的波纹形状有水平波纹、人字形波纹常见的波纹形状有水平波纹、人字形波纹和圆弧形波纹等，如图和圆弧形波纹等，如图1-21所示。所示。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回图1-20 板式换热器中冷热流体的流向示意图1-21 常见板片的形状生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 结构紧凑，板面很簿，两块板面之间的流结构紧凑，板
44、面很簿，两块板面之间的流道空隙只有道空隙只有46mm，因而单位体积设备提供，因而单位体积设备提供的传热面积很大；每立方米体积可具有的传热面积很大；每立方米体积可具有250m2以上，甚至高达以上，甚至高达1000m2，而列管式换热器每，而列管式换热器每立方米体积只能达到立方米体积只能达到40150m2左右；此外，左右；此外，它的板面加工容易，组装灵活，可随时增减板它的板面加工容易，组装灵活，可随时增减板数；板面波纹使流体湍动程度增强，从而具有数；板面波纹使流体湍动程度增强，从而具有较高的传热效率；拆装方便，有利于清洗和维较高的传热效率；拆装方便，有利于清洗和维修。修。板式换热器的优点板式换热器的
45、优点生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 缺点：缺点：处理量小；受垫片材料性能的限制，处理量小；受垫片材料性能的限制，操作压力和温度不能过高。操作压力和温度不能过高。 适用场所：适用场所：此类换热器适用于需要经常清此类换热器适用于需要经常清洗、工作环境要求十分紧凑，操作压力较低洗、工作环境要求十分紧凑，操作压力较低（一般低于（一般低于1.5MPa），温度在），温度在35200的场合。的场合。 板式换热器的缺点板式换热器的缺点生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 螺旋板式换热器螺旋板式换热器是由两块薄金属板焊接在是由两块薄金属板焊接在一块分隔挡
46、板（图中心的短板）上并卷成螺旋一块分隔挡板（图中心的短板）上并卷成螺旋形而成的，如图形而成的，如图1-22所示。它由螺旋形传热板、所示。它由螺旋形传热板、中心隔板、顶底部盖板（或封头）、定距柱和中心隔板、顶底部盖板（或封头）、定距柱和连接管等部件构成。连接管等部件构成。 3、螺旋板式换热器、螺旋板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回（a）（c）（b）图图1-22 1-22 螺旋板式换热器螺旋板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回螺旋板式换热器螺旋板式换热器生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回生化单元操
47、作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 操作时操作时两流体分别在两通道内流动，隔着两流体分别在两通道内流动，隔着薄板进行换热。其中一种流体由外层的一个通薄板进行换热。其中一种流体由外层的一个通道流入，顺着螺旋通道流向中心，最后由中心道流入，顺着螺旋通道流向中心，最后由中心的接管流出；另一种流体则由中心的另一个通的接管流出；另一种流体则由中心的另一个通道流入，沿螺旋通道反方向向外流动，最后由道流入，沿螺旋通道反方向向外流动，最后由外层接管流出。两流体在换热器内作外层接管流出。两流体在换热器内作逆流逆流流动。流动。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 按流
48、体在流道内的流动方式和使用条件的按流体在流道内的流动方式和使用条件的不同，螺旋板式换热器可分为不同，螺旋板式换热器可分为、和和G四种结构型式。四种结构型式。 （1）I型结构型结构 两个螺旋流道的两侧完全为焊接密封的不两个螺旋流道的两侧完全为焊接密封的不可拆结构，如图可拆结构，如图1-22（a）所示。传热操作时）所示。传热操作时两流体均作螺旋流动，通常冷流体由外周流向两流体均作螺旋流动，通常冷流体由外周流向中心，热流体从中心流向外周，即完全逆流流中心，热流体从中心流向外周，即完全逆流流动。这种形式主要应用于液体与液体间传热。动。这种形式主要应用于液体与液体间传热。 生化单元操作生化单元操作202
49、2-6-10化工原理上页下页返回 （2）型结构型结构 一个螺旋流道的两侧为焊接密封，另一流一个螺旋流道的两侧为焊接密封，另一流道的两侧是敞开的，如图道的两侧是敞开的，如图1-22（b）所示。可）所示。可对敞开通道进行清洗，因而一流体在螺旋流道对敞开通道进行清洗，因而一流体在螺旋流道中作螺旋流动，另一流体则在另一流道中作轴中作螺旋流动，另一流体则在另一流道中作轴向流动。这种形式适用于两流体流量差别很大向流动。这种形式适用于两流体流量差别很大的场合，常用作冷凝器、气体冷却器等。的场合，常用作冷凝器、气体冷却器等。 （3）型结构型结构 此型结构如图此型结构如图1-22（c）所示。在这种型）所示。在这
50、种型式中，一种流体在螺旋形流道中作螺旋流动，式中，一种流体在螺旋形流道中作螺旋流动，另一流体是轴向流动和螺旋流动的组合。适用另一流体是轴向流动和螺旋流动的组合。适用于蒸气的冷凝冷却。于蒸气的冷凝冷却。 生化单元操作生化单元操作2022-6-10化工原理上页下页返回 G型螺旋板式换热器型螺旋板式换热器的结构如图的结构如图1-23所示。所示。该结构又称该结构又称塔上型塔上型，常，常被安装在塔顶作为冷凝被安装在塔顶作为冷凝器，采用立式安装，下器，采用立式安装，下部有法兰与塔顶法兰相部有法兰与塔顶法兰相连接。蒸气由下部进入连接。蒸气由下部进入中心管上升至顶盖折回，中心管上升至顶盖折回，然后沿轴向从上至
