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第六章 换热器 了解：换热器的类型、基本结构和标准系列。 重点：管壳式换热器的选用及校核计算 换热器分类 加热器 按用途分： 冷却器 冷凝器 再沸器 套管换热器特点 * 流体流速较高，所以传热系数K大； * 两流体可完全逆流操作，∴ 平均温差Δtm较高； * 可承受较高的操作压力。 * 但单位传热面积较小，结构不紧凑。 水箱式冷却器特点 * 结构简单，价格低廉，铸铁管耐腐蚀，耐高压。 * 但由于水箱的体积比蛇管的体积大得多，水处于自然对流状态，所以管外流体的给热系数α非常小，使得总传热系数K也较小。如果水箱内增加搅拌器可使K增大。 管 束 管径：应尽可能使流速高。目前标准系列有两种规格，φ25×2.5mm，φ19×2mm。 管长：以清洗方便及节约管材为原则。长管不易清洗。标准系列为1.5m，2m，3m，6m。管长与壳径应相适应，L/D = 4～6。 管心距：管心距小可提高管板利用率，设备紧凑，可使壳程流速增加，有利于传热。但管心距过小会降低管板的机械强度。管心距的大小与管子和管板的连接方式有关。 折流板的作用 * 使流体横过管束，增加流速和湍动程度，使αo↑； * 对管束起支撑作用，防止管束因自重而弯曲，减少震动。 流体流径选择的基本原则 ① 不清洁的、易结垢的流体走管程，因为管程流速易于调节，管内易清洗。 ② 腐蚀性流体走管程，以免壳体与管子同时受腐蚀。 ③ 有毒、易燃的流体走管程，减少泄漏。 ④ 高压流体走管程，可节省壳程金属消耗量。 ⑤ 饱和蒸汽走壳程，便于及时将凝液、不凝气排除。 ⑥ 粘度大，流量大的流体走壳程。或粘度不太大，流量较小的流体走壳程，因为有折流板，低Re值时也可达到湍流。 螺旋板换热器的优点 （1）总传热系数大：螺旋流动，湍动程度增加； （2）不易结垢：由于流速大，污垢不易沉积，冲刷力大，不易结垢； （3）能利用低温热源：由于流道长，且两流体完全逆流，所以可允许的最小温差很低。 ； （4）结构紧凑：单位体积的传热面积为列管换热器的3倍。 螺旋板换热器的缺点 （1）操作压力和温度不宜太高：受板厚的限制。 （2）不易检修：因为整个换热器为钢板卷制而成，一旦发生泄漏，修理内部很困难。 板式换热器 优点：* 单位体积传热面积大，结构紧凑，总传热系数高； * 可根据需要增减板数，调节传热面积，使用灵活； * 检修和清洗较方便。 缺点：* 处理量较小； * 操作压力较低，因受垫片的限制，不耐高温。 板翅式换热器的优点 （1）传热效率高：因为翅片促进了湍动，同时冷热流体不仅靠平隔板换热，还可以通过翅片换热，所以总传热系数高。 （2）结构紧凑：单位体积传热面积：板翅式——4300m2/m3；管壳式——160 m2/m3 。 （3）轻巧牢固：因为结构紧凑，又通常用铝合金制造，所以重量轻。翅片除起传热作用外，还起支撑作用，所以强度大。 （4）适应性强：可用于气—气、气—液、液—液换热器。也可作冷凝或蒸发器。 板翅式换热器的缺点 （1）流道小，易堵塞。一旦结垢，很难清洗和检修。所以处理的物料要比较清洁。 （2）因为隔板和翅片都是用铝合金制成的，所以介质不能对铝发生腐蚀。 * * 换热器分类 间壁式 按传热原理和换热方式分： 直接混合式 蓄热式 混合式换热器：热流体与冷流体直接接触进行换热。主要用于气体的冷却或冷凝，传热效果好。但必须允许冷热流体互相混合，例如：水蒸气的冷凝，可以与冷却水相接触而被冷凝。 蓄热式换热器：内有耐火砖，热流体流过积蓄热量，冷流体流过释放热量。 [例6—1] 某炼厂拟用减压一中段回流油加热原油，试选用适宜的管壳式换热器。 已知：原油：m2 = 175t/h，t1 = 151℃，t2 = 190℃， 170℃时，ρ2 = 810kg/m3， Cp2 = 2.48kJ/(kg.℃)，λ2 = 0.12W/(m.℃)， μ2 = 4.4mPa.s 减一中：m1 = 64.6t/h，T1 = 295℃， 245℃时，ρ1 = 760kg/m3， Cp1 = 2.75kJ/(kg.℃)，λ1 = 0.114W/(m.℃)，