西北大学：《化工原理》课程教学资源（课件讲稿）换热器

西北大学化工原理课件 第七节换热器 化工生产中所用的换热器很多，分类方法也不一，可按用 途分，也可按热量传递方式分类。 按用途分，换热器可分为：加热器、冷却器、蒸发器、再 沸器、冷凝器、分凝器等。 按冷热流体热量交换的原理和传热方式可分为： 1、间壁式换热器： 2、直接接触式换热器： 3、蓄热式换热器。 在这三类换热器中，间壁式换热器应用最多，因为在大多 数情况下，冷热两种流体在换热过程中不允许混和。以下我们 只讨论这种间壁式换热器

西北大学化工原理课件 第七节 换热器 化工生产中所用的换热器很多，分类方法也不一，可按用 途分，也可按热量传递方式分类。 按冷热流体热量交换的原理和传热方式可分为： 1、间壁式换热器； 2、直接接触式换热器； 3、蓄热式换热器。 按用途分，换热器可分为：加热器、冷却器、蒸发器、再 沸器、冷凝器、分凝器等。 在这三类换热器中，间壁式换热器应用最多，因为在大多 数情况下，冷热两种流体在换热过程中不允许混和。以下我们 只讨论这种间壁式换热器

西北大学化工原理课件 一、间壁式换热器的类型 1、夹套式换热器 (1)优点：结构简单； (2)用途：主要用于反应器的加热和冷却； (3)缺点：加热面受到容器壁面的限制，所 以传热系数不高； (4)改进设备的措施：当需要及时移走较大 热量时，应在容器内部加蛇管（或列管）冷却 Thale Email Gais 器，管内通入冷却水，及时取走热量或在釜内安 装搅拌器，使釜内液体受热均匀。 当夹套内通入的是冷却水或无相变的加热剂 时，可在夹套内加设挡板，这样即可使冷却水流 动画演示 向一定，又可以提高流速，使K增加

西北大学化工原理课件 一、间壁式换热器的类型 （1）优点：结构简单； （2）用途：主要用于反应器的加热和冷却； （3）缺点：加热面受到容器壁面的限制，所 以传热系数不高； （4）改进设备的措施：当需要及时移走较大 热量时，应在容器内部加蛇管（或列管）冷却 器，管内通入冷却水，及时取走热量或在釜内安 装搅拌器，使釜内液体受热均匀。 当夹套内通入的是冷却水或无相变的加热剂 时，可在夹套内加设挡板，这样即可使冷却水流 向一定，又可以提高流速，使K增加。 1、夹套式换热器 动画演示

西北大学化工原理课件 2、沉浸式蛇管换热器 蛇管结构如图6-45所示。 动画演示 蛇管大多是用管子弯曲绕成的，或制成适应容器需要的形状， 沉浸在容器中，两种流体分别在管内、外进行换热。 (1)优点：结构简单，便于制造，便于腐蚀，且能承受高压； (2)缺点：容器内流体湍流程度低； (3)改进措施：在容器内装搅拌器。( 外小、K也小

西北大学化工原理课件 2、沉浸式蛇管换热器 蛇管结构如图6-45所示。 （1）优点：结构简单，便于制造，便于腐蚀，且能承受高压； （2）缺点：容器内流体湍流程度低； （3）改进措施：在容器内装搅拌器。 α 外小、K也小。 动画演示 蛇管大多是用管子弯曲绕成的，或制成适应容器需要的形状， 沉浸在容器中，两种流体分别在管内、外进行换热

西北大学化工原理课件 3、喷淋式换热器 如下图，冷却水从上面管子的喷淋装置均匀淋下，沿管表面 流下，而被冷却的流体自最下面的管子流入，由最上面管子流 出，与外面的冷流体进行换热。所以，传热效果比沉浸式好。 木分配 直管 a 或蒸置 形 江果节 6 水池

西北大学化工原理课件 3、喷淋式换热器 如下图，冷却水从上面管子的喷淋装置均匀淋下，沿管表面 流下，而被冷却的流体自最下面的管子流入，由最上面管子流 出，与外面的冷流体进行换热。所以，传热效果比沉浸式好

西北大学化工原理课件 Ge- 动画演示 (1)优点：便于检修和清洗； (2)缺点：占地面积大，水滴溅洒到周围环境，且喷淋 不宜均匀

西北大学化工原理课件 （1）优点：便于检修和清洗； （2）缺点：占地面积大，水滴溅洒到周围环境，且喷淋 不宜均匀。 动画演示

西北大学化工原理课件 4、套管式换热器(P300图6-47) 将两种直径大小的标准管装成同心套管，并由U型弯头连接 而成。换热时一种流体在内管流动，另一种流体在套管的环隙 中流动，两种流体可始终保持逆流流动，对数平均推动力较 大，由于两管径都可以适当选择，使内管与环隙间的流动呈湍 流状态，所以K较大，同时也可以减少垢层的形成。 优点：结构简单、能耐高压、制 造方便、传热面积易于增减。 缺点：单位面积的金属消耗量很 大，占地面积较大。 用途：一般适用于流量不大，所 动画演示 需传热面也不大及高压的场合

西北大学化工原理课件 4、套管式换热器（P300 图6-47） 将两种直径大小的标准管装成同心套管，并由U型弯头连接 而成。换热时一种流体在内管流动，另一种流体在套管的环隙 中流动，两种流体可始终保持逆流流动，对数平均推动力较 大，由于两管径都可以适当选择，使内管与环隙间的流动呈湍 流状态，所以K较大，同时也可以减少垢层的形成。 优点：结构简单、能耐高压、制 造方便、传热面积易于增减。 缺点：单位面积的金属消耗量很 大，占地面积较大。 用途：一般适用于流量不大，所 需传热面也不大及高压的场合。 动画演示

西北大学化工原理课件 5、管壳式换热器（又称列管式换热器 管壳式换热器在化工生产中被广泛使用，它的结构简单、 坚固、制造容易，处理量大，适应性强，操作弹性较大，尤其 在高压、高温和大型装置中适用更为普遍。 (1)结构：壳体、管束、管板、封头等组成（图6-48） 动画演示 3

西北大学化工原理课件 5、管壳式换热器（又称列管式换热器） 管壳式换热器在化工生产中被广泛使用，它的结构简单、 坚固、制造容易，处理量大，适应性强，操作弹性较大，尤其 在高压、高温和大型装置中适用更为普遍。 （1）结构：壳体、管束、管板、封头等组成（图6-48） 动画演示

西北大学化工原理课件 G0- 横向 壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板 纵向 冷热流体在列管换热器中进行换热时，一种流体通过管 内，它的行程称为管程，另一种流体在管外流动，它的行程称 为壳程，管束的表面为传热面。 为提高a外， 在管内安装一定量的横向折流挡板

西北大学化工原理课件 冷热流体在列管换热器中进行换热时，一种流体通过管 内，它的行程称为管程，另一种流体在管外流动，它的行程称 为壳程，管束的表面为传热面。 为提高α 外，在管内安装一定量的 横向折流挡板。 壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板 ⎩⎨⎧纵向横向

西北大学化工原理课件 挡板：圆缺形和圆盘形（图6-50） 圆缺形挡板动画 壳体 单缺口折流板 圆盘形挡板动画 环板圆板壳体 换热器内通过管内的流体每通过一次管束称为一个管束。 当换热器的传热面积较大时，就需要的管子数目较多，为了提 高管程的流速，可在两端封头内设置适当隔板将管子分成若干 组，使流体依次通过每组管子往返多次通过，称为多管程 流体每通过一次壳体称为一个壳程。为提高壳程流体流速可 在壳体内安装纵向挡板使流体多次通过壳体空间，称为多壳程

西北大学化工原理课件 挡板：圆缺形和圆盘形（图6-50） 流体每通过一次壳体称为一个壳程。为提高壳程流体流速可 在壳体内安装纵向挡板使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。 圆缺形挡板动画 圆盘形挡板动画 换热器内通过管内的流体每通过一次管束称为一个管束。 当换热器的传热面积较大时，就需要的管子数目较多，为了提 高管程的流速，可在两端封头内设置适当隔板将管子分成若干 组，使流体依次通过每组管子往返多次通过，称为多管程

西北大学化工原理课件 (2)列管式换热器的补偿装置 列管式换热器操作时，由于冷热流体温度不同，使壳体和管 束受热不同，它们的热膨胀程度不同，当管束和壳体温度差大于 750℃就可能引起设备变形或管子扭曲，从管板上松脱，甚至毁坏 整个换热器。所以必须从结构上考虑消除或减少热膨胀的影响。 根据所采取的温差补偿措施，换热器可分为以下几种型式： α、固定管板式：结构简单，热补偿小，且检修和清洗困难。 被加热水 汽 管束 外壳 动画演示 前水室 固定管板 后水室 凝结水 被加热水 固定管板式管壳加热器

西北大学化工原理课件 （2）列管式换热器的补偿装置 列管式换热器操作时，由于冷热流体温度不同，使壳体和管 束受热不同，它们的热膨胀程度不同，当管束和壳体温度差大于 750℃就可能引起设备变形或管子扭曲，从管板上松脱，甚至毁坏 整个换热器。所以必须从结构上考虑消除或减少热膨胀的影响。 根据所采取的温差补偿措施，换热器可分为以下几种型式： a、固定管板式：结构简单，热补偿小，且检修和清洗困难。 动画演示