过程原理与装备.pptx
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1、6.2热量交换过程的基本设备 1)三大类别:直接接触式、蓄热式和间壁式。(2)蓄热式换热器 蓄热式换热器主要由热容较大的蓄热室构成,室中可充填耐火砖等填料。当冷热两流体交替地通过同一蓄热室外时,蓄热室即可将得自热流体的热量,传递给冷流体,达到换热的目的。这种换热器的结构较为简单,且可耐高温,常用于高温气体热量的利用或冷却,但设备体积较大,也难免两种流体在一定程度上相互混和。蓄热器可分为回转式蓄热器和固定式蓄热器第1页/共46页6.2热量交换过程的基本设备 1)三大类别:直接接触式、蓄热式和间壁式。(3)间壁式换热器是冷热两流体间用一固体图7.9 夹套式换热器壁(金属、石墨或塑料等材料)隔开,以
2、使两流体进行热量传递而不相互混合。这类换热器的型式有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、板翅式等等,在过程生产中应用最为广泛。第2页/共46页6.3设备之间壁式换热器 1)夹套式换热器(1)用途:釜式设备的加热或冷却。特点:环室内部清洗困难,一般选用不易结垢的水蒸气、冷却水、导热油等作为载热体。(2)夹套式换热器的传热面积受到一定限制,传热系数也不高。(3)强化方法:当环室内通冷却水时,为提高其对流传热系数可在夹套内加设挡板,这样既可使冷却水流向一定又可提高流速,从而提高总传热系数。第3页/共46页6.3设备之间壁式换热器 2)套管式换热器(1)优点:结构简单,能耐高压,传热面积可根据需要增
3、减,适当地选择管内、外径,可使流体的流速增大,且两种流体呈逆流流动,有利于传热。(2)缺点:单位传热面积的金属耗量大,管子接头多,检修清洗不方便。此类换热器适用于高温、高压及小流量流体间的换热。第4页/共46页6.3设备之间壁式换热器 3)沉浸式蛇管换热器(1)优点是结构简单、价格低廉、便于防腐、能承受高压。(2)缺点是由于容器的体积较蛇管的体积大得多,管外流体的传热膜系数较小,故常需加搅拌装置,以提高其传热效率。第5页/共46页6.3设备之间壁式换热器 4)喷淋式冷却器(1 1)用途:这种设备常放置在室外空气流通处,当冷却水在空气中汽化时,可带走部)用途:这种设备常放置在室外空气流通处,当冷
4、却水在空气中汽化时,可带走部分热量而提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比,具有便于检修和清洗、传热效果分热量而提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比,具有便于检修和清洗、传热效果较好等优点,其缺点是喷淋不易均匀。较好等优点,其缺点是喷淋不易均匀。第6页/共46页5)翅片管换热器(1)用途:两种流体的对流传热系数之比超过3:1用。(2)换热管的间壁上安装径向或轴向的翅片。连接方法有热套、镶嵌、张力缠绕和焊接等,翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造。第7页/共46页5)翅片管换热器图7.13a 空气冷却器的结构第8页/共46页6)管壳式换热器 固定管板式换热器(1 1)它由壳体、
5、管束、封头、管板、折流挡板、)它由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。接管等部件组成。(2 2)结构特点是两块管板分别焊于壳体的两端,)结构特点是两块管板分别焊于壳体的两端,管束两端固定在管板上。管束两端固定在管板上。(3 3)整个换热器分为两部分:换热管内的通道及)整个换热器分为两部分:换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程;换热管外的通道及与其两端相贯通处称为管程;换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。与其相贯通处称为壳程。第9页/共46页6)管壳式换热器 固定管板式换热器(1 1)优点是结构简单紧凑,在相同的壳体直径内,排管数最多,旁路最少,每根换热管)优点是结构简单紧凑
6、,在相同的壳体直径内,排管数最多,旁路最少,每根换热管都可以进行更换,且管内清洗方便;都可以进行更换,且管内清洗方便;(2 2)其缺点是壳程不能进行机械清洗,当换热管与壳体的温差较大时产生温差应力,需)其缺点是壳程不能进行机械清洗,当换热管与壳体的温差较大时产生温差应力,需在壳体上设置膨胀节,因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。在壳体上设置膨胀节,因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。(3 3)固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢,流体温差不大或温差较大但壳)固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢,流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。程压力不高的场合。第10页/共4
7、6页6)管壳式换热器 浮头式换热器(1 1)结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接,可在壳体内沿轴)结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接,可在壳体内沿轴向自由伸缩,该端称为浮头。向自由伸缩,该端称为浮头。(2 2)优点是当换热管与壳体有温差存在,壳体或换热管膨胀时互)优点是当换热管与壳体有温差存在,壳体或换热管膨胀时互不约束,不会产生温差应力;管束可从壳体内抽出,便于管内和管不约束,不会产生温差应力;管束可从壳体内抽出,便于管内和管间的清洗。间的清洗。(3 3)缺点是结构较复杂,用材量大,造价高,浮头盖与浮动管板)缺点是结构较复杂,用材量大,造价高,浮头盖与浮动管板之间若密封不严,易发生内漏
8、,造成两种介质的混合。浮头式换热之间若密封不严,易发生内漏,造成两种介质的混合。浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。第11页/共46页6)管壳式换热器 U形管式换热器(1 1)结构简单,运行可靠,造价低,管束可以抽出,管间清洗方)结构简单,运行可靠,造价低,管束可以抽出,管间清洗方便。缺点是管内清洗比较困难,管板的利用率较低,壳程易短路,便。缺点是管内清洗比较困难,管板的利用率较低,壳程易短路,内层管子坏了不能更换,因而报废率较高。内层管子坏了不能更换,因而报废率较高。(2 2)适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢,
9、而管程介质清)适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢,而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。一般高温、高压、洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内,可使高压空间减小,密封易解决,并可节腐蚀性强的介质走管内,可使高压空间减小,密封易解决,并可节约材料和减少热损失。约材料和减少热损失。图7.17 U型管式换热器123第12页/共46页6)管壳式换热器 填料函式换热器 (1 1)特点是管板只有一端与壳体固定连接,另一端采用填料函密)特点是管板只有一端与壳体固定连接,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。封,管束可以自由伸缩,
10、不会产生温差应力。(2 2)优点:结构简单,制造方便,耗材少,造价低,管束可从壳)优点:结构简单,制造方便,耗材少,造价低,管束可从壳体内抽出,管内、管间均能进行清洗,维修方便。体内抽出,管内、管间均能进行清洗,维修方便。(3 3)缺点:填料函耐压小于)缺点:填料函耐压小于4.0MPa4.0MPa,壳程介质可能通过填料函外,壳程介质可能通过填料函外漏,对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器适漏,对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢,需经常清理且压力不高的场用于管、壳壁温差较大或介质易结垢,需经常清理且压力不高的场合。合。第13页/
11、共46页6)管壳式换热器 釜式换热器 (1 1)其结构特点是在壳体上部设置适当的蒸发空间,同时兼有蒸汽室的作用,管束可以其结构特点是在壳体上部设置适当的蒸发空间,同时兼有蒸汽室的作用,管束可以为固定管板式、浮头式或为固定管板式、浮头式或U U型管式。型管式。(2 2)釜式换热器清洗维修方便,可处理不清洁、易结垢的介质,并能承受高温、高压。)釜式换热器清洗维修方便,可处理不清洁、易结垢的介质,并能承受高温、高压。它适用于液它适用于液-汽式换热,可作为最简结构的废热锅炉。汽式换热,可作为最简结构的废热锅炉。偏心锥壳堰板第14页/共46页7)板式换热器之1 板片式换热器(1 1)板片是板式换热器的核
12、心部件,为使流体均匀通过板面,增加)板片是板式换热器的核心部件,为使流体均匀通过板面,增加传热面积,并促使流体湍动,常将板面冲压成凹凸的波纹状。常用传热面积,并促使流体湍动,常将板面冲压成凹凸的波纹状。常用的波纹形状有水平波纹、人字形波纹和圆弧形波纹等。的波纹形状有水平波纹、人字形波纹和圆弧形波纹等。(2 2)优点:结构紧凑,单位体积设备所提供的换热面积大;安装)优点:结构紧凑,单位体积设备所提供的换热面积大;安装灵活,可根据需要增减板数以调节传热面积;板面波纹使截面变化灵活,可根据需要增减板数以调节传热面积;板面波纹使截面变化复杂,流体的扰动作用增强,具有较高的传热效率;拆装方便,有复杂,流
13、体的扰动作用增强,具有较高的传热效率;拆装方便,有利于维护和清洗。(利于维护和清洗。(3 3)缺点:处理量小,操作压力和温度受密封)缺点:处理量小,操作压力和温度受密封垫片材料性能限制而不宜过高。适用于经常需要清洗,工作环境要垫片材料性能限制而不宜过高。适用于经常需要清洗,工作环境要求十分紧凑,工作压力在求十分紧凑,工作压力在2.5MPa2.5MPa以下,温度在以下,温度在-35200-35200的场合。的场合。第15页/共46页7)板式换热器之2 板翅式换热器(1 1)板翅式换热器由许多单元体组成,所谓单元体是在两块平行的金属薄板之间安放波板翅式换热器由许多单元体组成,所谓单元体是在两块平行
14、的金属薄板之间安放波纹状或其他形状的金属翅片,其侧壁是密封的。纹状或其他形状的金属翅片,其侧壁是密封的。(2 2)将各单元体进行适当的排列并焊接固定,即可得到逆流、并流和错流的板翅式换热)将各单元体进行适当的排列并焊接固定,即可得到逆流、并流和错流的板翅式换热器的组装件,称芯部或板束,最后将带有流体进、出口的集流箱焊接到板束上,就成为板器的组装件,称芯部或板束,最后将带有流体进、出口的集流箱焊接到板束上,就成为板翅式换热器。翅式换热器。第16页/共46页7)板式换热器之(2)板翅式换热器的翅片(1 1)板翅式换热器结构紧凑,板翅式换热器结构紧凑,1m31m3的体积可提供的体积可提供250040
15、00m225004000m2的换热面积,由于加入的换热面积,由于加入了翅片,促进了流体的湍动,故传热系数高,板翅通常用铝合金制作,可用于低温或超低了翅片,促进了流体的湍动,故传热系数高,板翅通常用铝合金制作,可用于低温或超低温的换热。温的换热。(2 2)缺点是流道窄小,易堵塞且压力降较大,一旦结垢,清洗和检修均很困难,故只能)缺点是流道窄小,易堵塞且压力降较大,一旦结垢,清洗和检修均很困难,故只能用于洁净物料和对金属铝无腐蚀作用的物料进行传热用于洁净物料和对金属铝无腐蚀作用的物料进行传热。第17页/共46页8)板式换热器之 3螺旋板换热器(1 1)优点是流体在较低雷诺数下达到湍流;流体中悬浮物
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