第六章传热设备教案.doc

第六章 传热设备 授课时间：2学时 授课方式：板书+幻灯片 授课内容提纲： 教学目的与要求：了解换热器的类型；了解夹套式、套管式换热器的构造和操作原理；列管式换热器的构造、工作原理及基本设计计算；了解的强化途径。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。 根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 主要内容： （1）各种换热器的性能和特点，以便根据工业要求选用适当的类型。 （2）换热器基本尺寸的确定、传热面积计算以及流体阻力的核算等，以便于在以有系列化标准的换热器中，选定合适的规格。 间壁式换热器应用最多，下面重点讨论此类换热器的类型、计算等。 （一）、夹套换热器 结构：夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。 优点：结构简单，加工方便。 缺点：传热面积A小，传热效率低。 用途：广泛用于反应器的加热和冷却。 为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。 夹套换热器动画 （二）、沉浸式蛇管换热器 结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小， 为了强化传热，容器内加搅拌。 沉浸式蛇管换热器动画 （三）、喷淋式换热器 结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。 优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好。 缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。 用途：用于冷却或冷凝管内液体。 喷淋式换热器动画 （四）、套管式换热器 结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可以逆流或并流。 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。 缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。 用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。 套管式换热器动画 （五）、列管式换热器（管壳式换热器） 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为壳体与传热管壁温度之差50(C，加膨胀节固定管板式动画 （2）浮头式 两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。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内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。 特点：结构较为复杂成本高消除了温差应力，浮头式列管换热器动画 （3）U型管式 把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高压气体的换热。 三、列管式换热器的设计和选用 1. 选用步骤 （1）根据工艺任务，计算热负荷； （2）计算平均温度差； 先按单壳程多管程的计算，如果校正系数(0.8，应增加壳程数； （3）依据经验选取总传热系数，估算传热面积； （4）确定冷热流体流经管程或壳程，选定流体流速； 由流速和流量估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的传热面积，估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器。 （5）核算总传热系数； 分别计算管程和壳程的对流传热系数，确定垢阻，求出总传热系数，并与估算的总传热系数进行比较。如果相差较多，应重新估算。 （6）计算传热面积。 根据计算的总传热系数和平均温度差，计算传热面积，并与选定的换热器传热面积相比，应有10%~25%的裕量。 2. 选用换热器中的有关问题 （1）流体流经管程或壳程的选择原则 原则：传热效果好；结构简单；清洗方便。 1)不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。)腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。)压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。)饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出。)流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜)需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。 2）流体的流速 对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体，流速过低甚至可能导致管路堵塞，严重影响到设备的使用，但流速增大，又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验，表列出一些工业上常用的流速范围，以供参考。流动方式的