新型换热器介绍

作者:EA视讯发布日期:2020-07-15 19:41

  新型换热器介绍_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。 新型换热器介绍 ? 强化传热 ? 国外新型换热器浅谈 ? 螺旋折流板换热器的原理 ? 螺旋折流板换热器的结构 ? 螺旋折流板换热器与一般管壳式换热器的性能比较 ? 螺旋折流板换热器的优缺点 强化

  新型换热器介绍 ? 强化传热 ? 国外新型换热器浅谈 ? 螺旋折流板换热器的原理 ? 螺旋折流板换热器的结构 ? 螺旋折流板换热器与一般管壳式换热器的性能比较 ? 螺旋折流板换热器的优缺点 强化传热 ? 研制新型的高效率的热交换器就是传热强化 的过程。 由总传热方程 Q=KA△tm 可知: 增大传热总系数K、传热面积A或传热平均温度差 △tm,都能使传热速率Q增加。 ? 因此,强化传热的措施要从这三方面来考虑。 强化传热 1、增大传热面积A 只有热交换器单位体积内传热面积增大, 传热才能强化。这只有改进传热面结构才能 做到。 例如,采用小直径管,或采用翅片管、螺 纹管等代替光滑管,可以提高单位体积热交 换器的传热面积。 强化传热 2、增大传热总系数K 强化传热最主要的是增大K值,由其计算式可知: 强化传热 ① 对于在传热过程中无相变化的流体,增大流速和改变 流动条件都可以增加流体的湍动程度,从而提高对流 给热系数。 ② 例如增加列管换热器的管程数和壳体中的挡板数,使 用翅片管换热器,以及在板式换热压制各种沟槽等 ③ 同时应考虑到对于流动阻力和清洗、检修等方面的影 响。 ④ 此外,采用导热系数较大的流体以及传热过程中有相 变化的载热体,都可以获得较高的α值。 强化传热 3、增大传热温度差△tm ① 增大传热温度差是强化传热的方法之一。 ② 传热温度差主要是由物料和载热体的温度决定 的,物料的温度由生产工艺决定,不能随意变 动,载热体的温度则与选择的载热体有关。 ③ 载热体的种类很多,温度范围各不相同,但在 选择时要考虑技术上可行和经济上合理 国外新型换热器类型及性能 国外新型换热器类型及性能 2、新型麻花管换热器 ①瑞典Alares公司开了一种扁管换热器,通常称为麻花管换 热器。 ②美国布朗公司又在此基础上作了“压扁”与“热扭”。 ③改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单, 但有许多进步: 增进了传热、减少了结垢、真正的逆流、降低了成本、无 振动、节省空间、无折流元件等 从而获得显著技术进步。 国外新型换热器类型及性能 3、螺旋折流板换热器 一般换热器存在的问题: ① 在管壳式换热器中,壳程通常是一个薄弱环节。 ② 普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统(Z字道),这样会导 致较大的死角和相对高的返混,继而又能造成壳程结垢加剧, 对传热效率不利。 ③ 返混也能使平均温差失真和缩小。 ④ 即使改进折流板几何形状,加装密封条和诸如偏转折流板以及 采取其他措施,但这种弓形折流板管式热器总很难满足高热效 率要求。 螺旋折流板换热器 ? 美国提出了一种已获得专利权新方案—采用螺旋状折流板。 ? 设计原理: ① 将特制的具有倾角圆截面折流板安装在“似螺旋折流系统”中; ② 每块折流板占换热器壳中横剖面的四分之一,其倾角朝向换热器的 轴线(即与换热器轴线保持一倾斜度), ③ 相邻折流板的周边相接,外圆处呈连续螺旋状,折流板的轴向重叠。 ④ 如欲缩小管子间的跨度,也可采用双螺旋设计。 螺旋折流板换热器 ? 螺旋折流板换热器就是用连续螺旋状的支撑板支持换热 管 ? 使壳程介质从壳程入口进入时,沿螺旋板形成的螺旋通 道斜向前进 ? 将传统的横向折流方式变成纵向螺旋折流方式 ? 在降低壳程阻力的同时,大大强化传热效果。 螺旋折流板换热器 螺旋折流板换热器的外观结构 螺旋折流板换热器 ? 螺旋折流板换热器的内部: 介质的流动呈“螺旋线” 型流动方式 导致折流板形状发生了很 大的变化 折流板为伞形,每块折流 板与壳体轴线呈一定的夹角 相邻的折流板在周边“首 尾”相接 每四片就构成一个外圆周 连续的螺旋线 螺旋折流板换热器的内部图 螺旋折流板换热器 螺旋折流板工作图 螺旋折流板换热器 ? 螺旋折流板换热器与一般管壳式换热器的性能比较 ① 螺旋折流板式换热器中的介质流动呈“螺旋线”型流动方式 减小了壳程侧的滞流区和死区 ② 因此减少污垢沉积,从而改变了壳程流体的流动状态且扩大 了换热面积,达到提高传热效率的目的。 ③ 这种独特壳层介质的流动方式,使壳程压力降明显降低,使 得换热器具有良好的抗振性,降低了管束由于振动而产生的 损伤,提高换热器的使用寿命。 螺旋折流板换热器 螺旋折流板换热器 螺旋折流板换热器 ? 压力降的比较 ① 弓形折流板垂直于换热管束,介质流动方向改变大, 产生的压力损失也大,这是弓形折流板换热器能耗大、 压力降大的主要原因。 ② 螺旋折流板换热器中的介质在壳体内连续平稳旋转 流动,没有急剧的流向改变,因此,壳程介质压力降较 小。在相同流量条件下可使压降减少 45% 左右。 螺旋折流板换热器 ? 抗振性能的比较: ① 螺旋折流板换热器壳程流体与管子轴向有一角度, 减小了流体对管子的直接冲击, ② 螺旋折流板的连续支撑减小了管束跨距,使管子和 流体产生的振动频率差距加大,避免了共振。 因此,螺旋折流板换热器具有良好的抗振性 能。 ? 螺旋槽纹管式换热器、螺旋管式换热器 多孔表面换热管和横纹管换热器 主要内容 ? 螺旋槽纹管式换热器 1. 基本结构 2. 操作中的特性及优缺点 3. 实例介绍 ? 螺旋管式换热器 1. 螺旋管式换热器的定义及基本结构 2. 螺旋管式换热器的性能特点 3. 螺旋管式换热器中流体的流动状态 4. 螺旋管式换热器的类型及适用场合 5. 螺旋管式与螺旋管槽纹式的比较 主要内容 螺旋槽纹管式换热器 螺旋槽纹管式换热器 螺旋槽纹管式换热器 根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多 头之分,其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。 螺旋槽纹管式换热器 螺旋槽纹管式换热器 工作原理: 当流体在管内流动时,受螺旋槽纹的引导,靠近壁面沿轴向 运动同时,螺旋形的凸起也使流体产生周期性的扰动。前种 作用有利于减少流体边界层厚度;后一种作用会引起边界层 中流体质点的扰动。因而可以加快由壁面到流体主体的热量 传递。 螺旋槽纹管式换热器 螺旋槽纹管式换热器 3 实例分析 螺旋槽钢管空气预热器 (图) 螺旋槽纹管式换热器 内部结构 螺旋槽纹管式换热器 性能特点: ? 传热效果比光管式好,其传热系数比光管提高约25%; ? 抗磨性能比光管式好,使用寿命比普通钢管长1—1.5倍; ? 降低了排烟温度,提高了热风温度,从而提高了锅炉热效 率; ? 管内烟气的流动阻力比光管略有增加,应优选结构参数, 以降低流动阻力。 ? 抗积灰能力比光管式强,减少了维护工作量; 螺旋槽纹管式换热器 由于采用螺旋槽管作为传热管,管程流体产生强烈 地旋转运动,对换热管壁有较强地冲刷作用,以及螺旋 槽管本身具有热补偿能力,热胀冷缩,管壁不易结垢, 而且,即使结垢,清垢也比较方便。 螺旋管式换热器 ? 随着生产规模的扩大和生产技术的现代化, 热交换器必须满足各种情况特殊而又条件苛 刻的要求。即在满足一定换热量的前提下, 换热器向着高效、紧凑的方向发展。 ? 螺旋管式换热器不仅传热效率可与板式换 热器相媲美,而且结构紧凑 。 螺旋管式换热器 1 、螺旋管式热交换器的定义及基本结构 ? 螺旋管式换热器是把一根或多根传热管卷成同心 螺旋状并固定在盖板和壳体底板之间构成的,流体 在螺旋管及环形空间内流动,壳层流体通过横掠螺 旋管壁与管层流体进行热交换。 螺旋管式换热器 ? 螺旋管式换热器由壳体、螺旋管、蒸汽管、调节器和输 料泵等组成。 ? 螺旋管制成扁形,并缠绕在壳体内的中心圆柱上。 ? 工作时液料通过泵由液料人口进人螺旋管内,自下向上 流动,从出料管排出,装入瓶或罐内。 ? 蒸汽自上方输入壳内与螺旋管之间,对管内的料液加热。 特点是结构简单,操作方便,容易清洗,能连续生产。 螺旋管式换热器 螺旋管式换热器 每一根传热管的两端分别与一根进口管和一根出口管 连接,其结构简图如图1所示: 螺旋管式换热器的结构示意图 螺旋管式换热器 螺旋管式换热器 图3 螺旋管式换热器的平面图 螺旋管式换热器 2 螺旋管式换热器的性能特点 螺旋管式换热器与管壳式换热器相比,具有如下优缺 点: ? 优点 (1)能适用于当流量小或者所需传热面积小的场合; (2)因螺旋管中的滞流传热系数大于直管的,所以 可用于高粘度流体的加热或冷却; 螺旋管式换热器 (3)螺旋管式换热器中的流动可认为是逆流流动; (4)因传热管呈蛇形盘管状,具有弹簧自补偿作用, 所以没有热应力造成的破坏漏失; (5)结构紧凑容易安装,占地面积小。 螺旋管式换热器 螺旋管式换热器 (3)当用不锈钢管作传热管时,如果传热管长度大于某 一限度,则为了保持壳侧流道均匀,必须加隔板,从而使壳 侧流体压力损失增大; (4)造价高。 螺旋管式换热器 螺旋管式换热器 3 螺旋管式换热器中流体的流动状态 ? 螺旋管式换热器中流体的流动有如下两种状态: (1)卷成螺旋状的传热管上下无间隙地重叠,传热管上端 与盖板、下端与壳底板无间隙连接,在此构造中,壳侧 流体和管侧流体都呈螺旋状流动,如图4所示: 螺旋管式换热器 在这种情况下,如高温 流体在管内侧、低温流体在 壳侧流动,则管内侧流体通 过管壁与外侧流道内的壳侧 流体进行换热,可近似地认 为是逆流流动(严格讲不是 逆流流动)。 图4 壳侧螺旋流动 螺旋管式换热器 (2)如图5所示,在传热管上端与盖板和传热管下端与壳底板 之间安装适当的隔板。 这类螺旋管式换热器的管 内侧流体呈螺旋状流动,壳 侧流体呈轴向流动。这时的 流动形式可以认为是两流体 不混合的逆向错流。 图5 壳侧轴向流动 螺旋管式换热器 4 螺旋管式换热器的类型及适用场合 ? 按换热器壳体的形式可分为:卧式和立式螺旋管式换 热器。 ? 按换热管的数目可分为:单头螺旋管式换热器和多头 螺旋管式换热器。 ? 按壳层流体的流动方式可分为:螺旋纵(轴)流管壳 式换热器和螺旋横流管壳式换热器。 螺旋管式换热器 (1) 多头螺旋管式换热器 ? 多头螺旋管式换热器是由多根传热管卷成同心螺旋状 并固定在盖板和壳体底板之间构成的。 ? 设计时,为保证换热器结构紧凑,同时保证传热管的 受热均匀和各个传热管的热偏差,其中每根传热管的长 度应基本均匀。其基本结构如图6所示: 螺旋管式换热器 图6 多头螺旋管式换热器示意图 多头螺旋管式换热器具有传热系数大、结构紧凑等优 点, 广泛用于化工、电力、低温、动力、石油和核能 等工业设备。 螺旋管式换热器 (2) 螺旋纵流管壳式换热器 螺旋纵流管壳式换热器采用椭圆换热管加工成 螺旋形状安装在壳体内,介质入口封头加装螺旋形折 流板,介质出口封头加装旋转螺旋片,形成一种适用 于液体介质间热量交换的新型管壳式换热器。 螺旋管式换热器 螺旋纵(轴)流管壳式换热器 螺旋管式换热器 螺旋管?螺式旋与槽螺纹旋管管:螺槽旋纹槽式纹的管比其较形状为管壁被挤压成螺 旋槽状, 用以强化管内气体或液体的传热及管内液 体的沸腾和管外气体的冷却。 ?强化机理:流体在管内流动时,沿螺旋槽运动产生 局部二次流,有利于减少边界层的厚度,还有一部分 流体沿着轴向运动, 产生漩涡引起边界层的分层及 边界层分离。其传热性能较光滑管提高2至4 倍。 螺旋管式换热器 总结比较二者优、缺点如下: ? 对于螺旋管槽纹式,一般传热系数比光管可提高—2至4倍以 上; ? 流体在管内流动时, 沿螺旋槽运动产生局部二次流, 有利 于减少边界层的厚度, 还有一部分流体沿着轴向运动, 产生 漩涡引起边界层的分层及边界层分离。传热效率大大提高。 ? 对于螺旋管槽纹式制造加工比光管复杂; ? 另外螺旋管槽纹式的加工成本高。 多孔表面换热管 1 多孔表面换热管的特性 ? 表面多孔换热面具有大量尺寸较大的稳定汽化 核心,因而可以使工质再过热度很小的工况下产生 大量气泡,强化沸腾换热过程。 ? 表面多孔高通量换热管及其换热器是传热效果 极为显著的高效传热元件,尤以烧结型表面高通量 热管效果最好,在石化、化工、治金等领域具有广 泛的应用前景。 多孔表面换热管 2 多孔表面管的制造方法: ? 化学腐蚀法 ? 喷涂法制作法 ? 机械加工法 ? 烧结法 多孔表面换热管 3 喷铝多孔管与烧结型表面多孔管 ? 由于喷铝多孔管具有孔隙率低、孔隙形状不合理,传 热效果下降快,多孔层易剥落等缺点,其强化传热效 果远比烧结型表面多孔管差。 ? 世界上,目前仅有美国联合碳化物公司可以生产工业 化应用产品,国内成功应用的国产多孔表面管均为喷 铝多孔表面,目前已成功研制出烧结型多孔表面管换 热器。 多孔表面换热管 多孔表面换热管 多孔表面换热管 (3)良好的阻垢性能。 试验表明,多孔表面管具有抗垢性能,其 结垢速率明显低于光滑表面管。 表面多孔换热管可以应用于各种相变的换 热过程,其优异的传热性能在石油、化工以及 冶金等领域应用广泛。 多孔表面换热管 清华大学热能工程系 姜培学教授创新性地研究了多孔微尺 度换热器和深槽结构微槽换热器的传热与流动特性。发现在 相近的条件下,多孔式微型换热器的换热能力比微槽式微型 换热器高8倍以上。 多孔表面换热管 5 实例分析 ? 多孔表面管的换热效果最高可达光管的15.6倍, 能显著提高换热管的强化传热效率。 ? 已建成6米以上长度表面多孔换热管烧结工业 装置,并成功实现碳钢管、合金钢管、铜镍合金管 内外表面合金粉末高通量换热管的工业化批量烧结, 产品的表面多孔层具有良好的物理性能、力学性能 和孔隙率。 多孔表面换热管 多孔表面换热管 ? 本成果在炼油、石油、化工、冶金、海水淡化、天然 气储运、空分、制冷等行业,在所有液体气化沸腾传 热场合均可应用,目前最具应用前景的是石油化工和 化工行业大量塔再沸器、蒸发器等。 ? 由于强化传热效果明显,属高效节能产品。代替光管 换热器,换热面积至少可以节省30%,且传热温差大 为减小,加热介质温度要求降低。 横纹管式换热器 1 基本结构 ? 1974年前苏联首先提出横 纹管.它是一种用普通圆 管作毛胚,在管外壁经简 单滚轧出与轴线垂直的凹 槽,同时在管内形成一圈 突起的环肋。如右图所示: 横管纹式换热器 ? 强化机理: 当管内流体经横向环肋时,管壁附近形成轴向漩涡, 增加了边界层的扰动,有利于热量通过边界层的传递。 当涡流即将消失时,流体又流经下一个横肋,不断产 生轴向涡流,因而保持连续且稳定的强化作用。 横管纹式换热器 ? 华南理工大学试验研究了横纹管,发现其性能比螺 旋槽纹管好,在同样传热效果下,阻力小于螺旋槽纹管。 横管纹式换热器 ? 1987 年茂名石化公司炼油厂选用了两台 FB80 0180 40 2Ⅱ型横纹管换热器, 用作原油渣油换 热器,运行四年半 年后经工厂标定,在压降相近的情况 下,比光管换热器的总传热系数提高 85%, 在相同 负荷时, 可节约 40%的面积, 而且基本无结垢和腐 蚀现象。 横管纹式换热器 横管纹式换热器 横管纹式换热器 (2)工业实用表明,横纹管的抗污能力远远优于普通光管。横纹管 的各种机械性能,包括抗震动及温度应力引起的疲劳强度,均不亚于普 通光管,某些方面还优于普通光管。可采用不同的支承形式。如:折流 杆、皮型槽隔板、空心圆支承。 (3)使设备在同等换热效果的情况下节省材料40-60%以上 横管纹式换热器 3 横纹管与螺旋槽管结构对比 A 螺旋槽管 B 横纹槽 横管纹式换热器 横管纹式换热器 横管纹式换热器的适用范围: ? 化工、炼油与石油化工中的废热锅炉, ? 选择性地用于油品的加热与冷却; ? 发电站、核电站的乏汽冷凝器(凝汽器)、 锅 炉给水预热器(卧式); ? 氨制冷冷凝器等均适用 横管纹式换热器 4 实例分析 1987年茂名石化公司炼油厂选用了两台FB800180402Ⅱ型横 纹管换热器,用作原油渣油换热器,运行四年半年后经工 厂标定,在压降相近的情况下,比光管换热器的总传热系 数提高85%,在相同负荷时,可节约40%的面积,而且基本 无结垢和腐蚀现象。 板式换热器 ? 追求在较小的空间中安排尽可能多的传热面积,以提高传 热效率和降低成本,导致多种板式换热器的出现。 板式换热器 基本结构 ? 板式换热器主要由板片、密封垫片、压紧片、轴等零 部件组成。 ? 各板片之间形成狭窄的网形流道。板片上的四角有4个 孔,形成了介质的分配管和汇集管。 板式换热器 ? 密封垫片把冷、热两流体密封在换热器内,同时又合理 地将冷、热两介质分开不致混合 ? 在许多通道里面,冷、热介质分别流入各个流道,可以 逆流也可以并流,在流动过程中两种介质通过板片换热。 ? 板片波纹形式:水平平直波纹,人字形波纹,球形波纹, 斜波纹,锯齿形波纹,竖直波纹等。 板式换热器 板式换热器的特点: ? 板式换热器结构紧凑,有效换热面积大,换热隔板薄, 能够充分的交换热量。 ? 板式换热器和同样换热能力的其它类型换热器比较,表 面积小,自身热损失小。 ? 密封周边长,泄漏的可能性大,不易处理悬浮状物料, 温度不能太高,处理量相对较小。 板式换热器 板式换热器的种类: ? 板翅式换热器 ? 螺旋板式换热器 ? 板壳式换热器 ? 管翅式换热器 板式换热器 板翅式换热器 螺旋板式 板式换热器 板壳式换热器 管翅式换热器 板翅式换热器 板翅式换热器是传热元件由板和翅片组成的换热器. 板翅式换热器 板翅式换热器 板翅式换热器的结构 板翅式换热器 板翅式换热器 ? 将通道不同的叠积和适当的排列,钎焊成整体就可以 得到常用的逆流、错流、错逆流板翅式换热器板束 a逆流板翅式换热器 b错流板翅式换热器 c错逆流板翅式换热器 板翅式换热器 2、板翅式换热器的特点: ? 传热效率高,流阻低; ? 结构紧凑,坚固、重量轻、安全可靠; ? 材料选用广泛、使用范围广; ? 容易堵塞,不耐腐蚀,清洗检修很困难; ? 制造工艺复杂,难度大,成本高 板翅式换热器 一般适用的压力和温度范围: 设计温度:-200~+150℃ 设计压力:0~6MP 板翅式换热器 3、板翅式换热器在石油工业中的应用 磺化中冷器 原料油预冷器 板翅式换热器 4、板翅式换热器在化学工业中的应用 醋酸铜氨液氨冷器 醋酸铜氨液冷却器 燃气轮机回热器 螺旋板式换热器 ? 螺旋板式换热器由两张钢板卷制而成,形成了两个均匀的螺 旋通道; ? 两种传热介质可进行全逆流流动,大大增强了换热效果; ? 即使两种小温差介质,也能达到理想的换热效果。 螺旋板式换热器 螺旋板式换热器 1、基本结构 ? 螺旋板式换热器由外壳,螺 旋体,密封及进出口四部分 构成. 螺旋板式换热器 ? 螺旋板式换热器按结构形式 可分为不可拆式(I型)螺 旋板式及可拆式(II型、 III型)螺旋板式换热器。 (1)I型不可拆式螺旋板式换 热器螺旋通道的端面采用焊 接密封,因而具有较高的密 I型 封性。 螺旋板式换热器 (2)II型可拆式螺旋板换 热器结构原理与不可 拆式换热器基本相同, 但其中一个通道可拆 开清洗,特别适用有 粘性、有沉淀液体的 热交换。 II型 螺旋板式换热器 (3)III型可拆式螺旋板 换热器结构原理与不 可拆式换热器基本相 同,但其两个通道可 拆开清洗,适用范围 较广。 III型 螺旋板式换热器 螺旋板式换热器 ? 缺点: ① 要求焊接质量高,检修比较困难。 ② 重量大,刚性差,承受压力的能力较差 ③ 焊缝较长,易泄漏,易产生应力腐蚀。。 板壳式换热器 板壳式换热器 板壳式换热器 1、结构组成 ? 板壳式换热器是介于管壳 式换热器和板式换热器之 间的一种结构形式 ? 主要由板管束和壳体两部 分组成。 板壳式换热器 板壳式换热器 ? 以板为换热面,并配有圆筒形外壳,板束中借助板 条上有一定深度的窝状起,使板条相互支撑,提高 了板条的承压能力。 ? 将冷压成形的成对板条的接触处严密地焊接在一起, 构成一个包含多个扁平流道的板管.许多个宽度不等 的板管按一定次序排列。 板壳式换热器 ? 为保持板管之间的间距,在 相邻板管的两端镶进金属条, 并与板管焊在一起。 ? 板管两端部便形成管板,从 而使许多板管牢固地连接在 一起构成板管束。板管束的 端面呈现若干扁平的流道。 板壳式换热器 板壳式换热器 板壳式换热器 2、特点 ? 优点: ① 以板为传热面,传热效能好。 ② 结构紧凑,体积小。 ③ 耐温、抗压,最高工作温度可达800℃,最高工作压力达 6.3兆帕. ④ 扁平流道中流体高速流动,且板面平滑,不易结垢,板束 可拆出,清洗也方便。 板壳式换热器 ? 缺点: ① 制造工艺较管壳式换热器复杂 ② 焊接量大且要求高 板壳式换热器 3、 应用 ? 广泛应用于食品、化工、轻工、医药和电力行业。 ? 但由于炼油装置中使用的换热设备大多处于高温、高压条 件下,操作条件波动大,在炼油行业中并未得到广泛应用。 管翅式换热器 管翅式换热器 ? 管翅式换热器是空调中最常用的换热器结构形式; ? 出现年代比板翅式换热器还早,现在大量地作各种 车,船,空调装置和空冷设备的散热器; ? 广泛应用于低温,石油,化工,轻工和能源等工业 中。 管翅式换热器 1 管翅式换热器的特点 ? 优点: ① 传热效率高、流阻低; ② 结构紧凑、坚固、重量轻、安全可靠; ③ 材料选用广泛、使用范围广; ④ 设计、制造、安装、维修方便。 ? 缺点: ① 加工难度大,成本较高。 管翅式换热器 2、管翅式换热器常见翅片形式: ? 套胀的整体翅片; ? 螺旋形缠绕或焊接或者钎焊翅片; ? 环形翅片; ? 螺旋形缠绕细金属丝翅片 管翅式换热器 3、常用的金属管子截面形状为: 圆形,椭圆形,扁圆形,长条形或带圆角的矩形等. 板式换热器的选用原则 ? 板式换热器组装与拆卸方便,也利于清洗与除 垢,布置相对灵活。但是承受压力的能力不强。经 常用于低于250℃的场合。 ? 螺旋板式换热器多用在处理粘性的或者易结垢 的流体,但是承压能力教差,多用在温度低于500℃ 的场合。 板式换热器的选用原则 ? 板壳式换热器适用于高度小,压降低 (压差大 于4MPa时不能使用);易结垢场合不适用。 ? 板翅式换热器可用于温度较高的场合。广泛用于 发动机厂、电力厂等工业系统。 热管换热器 ? 在众多的传热元件中,热管是人们所知的最有效的传 热元件之一,它可将大量的热量通过其小截面积远距 离地传输而无需外加动力。 ? 由于碳钢—水重力热管的结构简单、价格低廉、制造 方便、易于推广,使得此类热管得到了广泛的应用。 ? 随着科学技术的不断提高,热管及热管换热器已广泛 应用于石油、化工、动力、冶金、建材、轻工等领域 的高效传热设备。 热管换热器 1、热管典型结构及工作 原理 ? 热管是一种高效传热 元件,利用封闭的管内 介质的沸腾吸热和冷凝 放热进行热传导。 ? 热管由管壳﹑吸液芯 和工质组成。 热管换热器 ① 管壳 管壳是一个完全密闭的容器,形状无限制, 管内保持高真空,材料具使用温度范围和介质确定 ② 吸液芯 其作用是均匀而稳定的保持一层薄薄的工作 液,在热管工作时,把凝液从冷凝端输送到蒸发段 ③ 工质 工质是决定热管可在大温度范围内应用的重 要因素。管内气液两相共存的工质始终是饱和的。 热管换热器 ? 热管的工作段可分为蒸发段,绝热段和冷凝段三部分。 ①当蒸发段吸收热时,通过管壁使浸透于细液芯中的工质蒸发, 蒸汽在蒸发和冷凝端之间所形成的压差作用下流向冷凝端; ②由于冷凝段受到冷却作用,蒸汽凝结为液体,释放汽化潜能; ③冷凝后的气体,靠吸液芯与液体相结合所产生的毛细力作用, 将冷凝液输送回蒸发段,以形成工作循环。 热管换热器 2、热管的分类 ? 根据回流方式分为:吸液芯热管、重力热管、离心热管、电流体动力热 管、电渗透压力热管等 ? 吸液芯热管:吸液芯热管包括蒸发、绝热和冷凝三段。吸液芯热管 是热管的基本形式。凝液靠毛细作用回流,不依赖重力场的作用, 在始终情况下也能工作。 ? 重力热管:结构如图。它没有吸液芯,凝液靠重力回流。这使得冷 凝段必须置于蒸发段之上。所以传热具有单向性。但它更为结构简 单,制造容易。 热管换热器 重力热管工作原理: ① 典型的重力热管如图所示, 在密闭的管内先抽成真空,在 此状态下充入适量工质; ② 在热管的下端加热,工质吸 收热量汽化为蒸汽; ③ 在微小的压差下,上升到热管 上端,并向外界放出热量,凝 结为液体; ④ 冷凝液在重力的作用下,沿 热管内壁返回到受热段,并再 次受热汽化; ⑤ 如此循环往复,连续不断的 将热量由一端传向另一端。 热管换热器 ? 离心热管:离心热管是利用离心作用使凝液回流到蒸发段。离 心热管 的蒸发段和冷凝段内径不同,大的一端是蒸发段。离心 热管 也是单向传热。 ? 电流体动力热管:当工作介质和管芯是非导电体时,电极固定 在非导电的端帽上,管壁接地。在电极上加电压,使工作液体 在电极周围的芯内形成一个干道。 ? 电渗透压力热管;是利用电流渗透流抽吸液体来帮助毛细抽 吸 热管换热器 热管换热器 3、热管换热器的分类 按照热流体和冷流体的状态,热管换热器可分为: 气-气式、气-汽式、气-液式、液-液式、液-气 式。 从热管换热器结构形式来分: 可分为整体式、分离式和组合式。 热管换热器 ? 整体式换热器 1. 该换热器是由许多单根热管组成。 2. 热管数量的多少取决于换热量的 大小。 3. 为了提高气体的换热系数,往往 采取在管外加翅片的方法,这样 可使所需要的热管数目大大减少。 4. 整体式热管换热器主要分为气- 气式、气-汽式、气-液式。 热管换热器 ? 分离式热管换热器 工作原理 分离式热管也是利用工质的汽 化-凝结来传递热量,只是将受 热部分与放热部分分离开来,用 蒸汽上升管与冷凝液下降管相联 接,可应用于冷、热流体相距较 远或冷、热流体绝对不允许混合 的场合。 其工作原理如图所示。 热管换热器 4、热管的工作极限 ? 毛吸限 ? 声速限 ? 携带限 ? 沸腾限 ? 黏性限 热管换热器 5、热管的基本特性 ? 很高的导热性 ? 优良的等温性 ? 热流密度可变性 ? 热流方向酌可逆性 ? 热二极管与热开关性能 ? 恒温特性 ? 环境的适应性 热管换热器 6、热管的应用 ? 有热管的搅拌反应器 ? 煤粉连续汽化炉 ? 防止管线下沉 ? 热管换热器 ? 热管高速刀 ? 作为温度调节器 ? 用于微电路中的冷却 多级微分管式反应器 ? 主要内容 1. 管式反应器的定义,基本结构与适用范围 2. 多级微分管式反应器的优缺点 3. 多级微分的定义与基本类型 多级微分管式反应器 ? 管式反应器是由多根细管串联或并联而构成的一种呈管状、 长径比很大的连续操作反应器 .混合好的气相或液相反应 物从管道一端进入,连续流动,连续反应,然后从管道的另 一端出来。 多级微分管式反应器 ? 反应器的长度和直径之比较大, 一般可达50-100.常用的有直管 式,列管式,盘管式等几种形 式. ? 管式反应器的主要特点是反应物 浓度和反应速度只与管长有关, 而且不随时间变化.反应物的反 应速度快,在管内的流速高. 多级微分管式反应器 多级微分管式反应器 ? 管式反应器的适用范围 1. 连续管式反应器可用于均相反应,也可用于多相反应。 2. 反应物流处于湍流状态时,空管的长径比大于50; 3. 填充段长径之比大于100(气体)或200(液体),物料的 流动可近似地视为平推流(见流动模型) 多级微分管式反应器 ? 多级微分管式反应器内流体流动的基本性质 1. 流体在连续反应器中的流动是一种极其复杂的物理现 象。 2. 反应器内存在流体的流速分布:流体在管内的径向流 速分布是不均匀的,中心处的流速最大,靠壁处最小; 多级微分管式反应器 3.如图所示,中心部分 的流体在反应器内的留 时间短,靠近管壁处的 流体停留时间则长。停 留时间不同,反应程度 自然就不一样。 多级微分管式反应器 ? 微分反应器的定义 1. 微分反应器又称为无梯度 反应器:反应物系连续流 过反应器后,其组成无明 显的变化,即反应器内流 体相中无浓度梯度 2. 实验室研究固体催化剂使 用的流动型固定床管式反 应器也称微分反应器 多级微分管式反应器 ? 多级微分管式反应器的特点: 1. 优点: ? 管式反应器返混小, ? 容积效率(单位容积生产能力)高,对要求转化率 较高或有串联副反应的场合尤为适用。 ? 此外,管式反应器可实现分段温度控制。 2. 缺点:反应速率很低时所需管道过长,工业上不易实 现。 多级微分管式反应器 ? 管式反应器结构 1. 直管式 2. 盘管式 3. 多管式 多级微分管式反应器 图 管式反应器的结构 (a)直管式;(b)盘管式;(c)多管式 多级微分管式反应器 ? 多级微分的基本类型 1. 直流微分, 2. 外循环微分 3. 内循环微分 再沸器 ? 再沸器的定义、基本结构与基本用途; ? 再沸器的基本类型、结构型式及器内各零部件的基本性 质及优缺点; ? 再沸器布置方式的优缺点、选型基本原则。 再沸器实物图片 再沸器 ? 再沸器 ? 精馏装置的重要附属设备 ? 其作用是使塔底釜液部分汽化,从而实现精馏塔内气液两 相间的热量及质量传递。 再沸器的类型 石油树脂再沸器 列管再沸器 不锈钢列管 再沸器 釜式再沸器 卧式热虹吸再沸器 再沸器的工作原理 再沸器工作原理 再沸器和精馏塔 再沸器 ?再沸器的结构主要包括罐 体、(上、下)隔板、列管和 挡板组成 ?不同形式的再沸器有不同 的结构特点 再沸器 ? 再沸器的类型 ① 立式热虹吸式 ② 卧式热虹吸式 ③ 强制循环式 ④ 釜式再沸器 ⑤ 内置式再沸器 卧式热虹吸再沸器 立式再沸器 釜式再沸器 立式热虹吸式再沸器 卧式热虹吸式再沸器 强制循环式再沸器 ? 原理: 依靠泵输入机械功进行流 体的循环 ? 优点: 可用于高粘度液体、热敏 性物质、固体悬浮液以及 长显热段和低蒸发比的高 阻力系统 釜式再沸器 内置式再沸器 原理 将再沸器的管束直接置 于塔釜内而成 优点 结构简单,造价比釜式 再沸器低 塔釜空间有限,传热面 缺点 积不能太大,传热效果 不够理想 再沸器 再沸器 ? 选用原则(续) (3)在没有足够的空间、高度来安装立式热虹吸再沸 器时,可采用卧式热虹吸再沸器或釜式再沸器 (4)强制循环再沸器,由于其需增加循环泵,故一般 不宜采用。 只有当塔釜液粘度较高或易受热分解时,才采 用强制循环再沸器 冷凝器 ? 定义:冷凝器是指在冷凝的过程中将热量传递给循环水等 冷却剂,从而将工艺蒸汽冷凝为液体的设备 ? 冷凝器的类型及特点 ? 按其冷却介质不同分为: 1、水冷式冷凝器 2、空气冷却式冷凝器 3、水-空气冷却式冷凝器 10平方米冷凝器 冷凝器的常见类型 板式冷凝器 滚筒式冷凝器 水冷式冷凝器 1、水冷式冷凝器 (1)水冷式冷凝器是以水作为冷却介质,靠水的温升带走 冷凝热量。 (2) 冷却水一般循环使用,但系统中需设有冷却塔或凉水 池。 (3) 水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和 套管式冷凝器两种,常见的是壳管式冷凝器。 水冷式冷凝器 ? 常用的几种水冷凝器 a) 立式壳管式冷凝器 b) 卧式壳管式冷凝器 c) 套管式冷凝器 立式冷凝器 ? 立式冷凝器的主要特点: (1)由于冷却流量大流速高,故传热系数较高,一般 K=600~700(kcal/m2·h·℃)。 (2)垂直安装占地面积小,且可以安装在室外。 (3)冷却水直通流动且流速大,故对水质要求不高,一般 水源都可以作为冷却水。 (4)管内水垢易清除,且不必停止制冷系统工作。 (5)设备置于空气中,管子易被腐蚀,泄漏时不易被发现。 卧式壳管式冷凝器 卧式壳管式冷凝器 卧式壳管式冷凝器 ? 卧式壳管式冷凝器的特点: (1)它与立式冷凝器有相类似的壳体结构,主要区别在于壳体的水平安 放和水的多路流动。 (2)卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统,也可以用于某些原使用氟 利昂的制冷系统,但其结构略有不同。 (3)由于氟利昂放热系数较低的缘故,一般氨卧式冷凝器的冷却管采用 光滑无缝钢管,而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。 (4)有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒,只采用冷凝器底部少设几排 管子,兼作贮液筒用。 水冷式冷凝器 ? 套管式冷凝器的特点 优点:结构简单,便于制造, 传热效果好,当水流速为 1~2m/s时传热系数可达800kcal/(m2·h·℃). 缺点:金属消耗量大,而且当纵向管数较多时,下部的管 子充有较多的液体,使传热面积不能充分利用;另外 紧凑性差,清洗困难,并需大量连接弯头。 因此这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。 空气冷却式冷凝器 空气冷却式冷凝器 ? 空气冷却式(又称风冷式)冷凝器是以空气作为冷却介 质,靠空气的温升带走冷凝热量。 ? 根据空气流动方式不同,可分为自然对流式和强迫对 流式两种。 ? 特点: ? 适用于极度缺水或无法供水的场合 水-空气冷却式 ? 在这类冷凝器中,制冷剂同时受到水和 空气的冷却; ? 但主要是依靠冷却水在传热管表面上的 蒸发,从制冷剂一侧吸取大量的热量作 为水的汽化潜热; ? 空气的作用主要是为加快水的蒸发而带 走水蒸气。 水-空气冷却式 ? 这类冷凝器由于水和空气的共同作用,故耗 水量很少; ? 对于空气干燥、水质、水温低而水量不充 裕的地区乃是冷凝器的优选型式; ? 这类冷凝器按其结构型式的不同又可分为 蒸发式和淋激式两种。 水-空气冷却式—蒸发式冷凝器 ? 蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收 气化潜热而进行的。 a) 按空气流动方式可分为吸入式和压送式。(如下图所示) 图6 - 蒸发式冷凝器原理图 水-空气冷却式—蒸发式冷凝器 水-空气冷却式—淋水式冷凝器 ? 淋水式冷凝器是靠水的温升 和水在空气中蒸发带走冷凝 热量。 ? 其主要由换热盘管、淋水箱 等组成; ? 制冷剂蒸气从换热盘管下部 进汽口4进入,而冷却水从淋 水箱的缝隙流到换热盘管的 顶端,成膜状向下流; 图 - 淋水式冷凝器 水-空气冷却式—淋水式冷凝器 ? 水吸收冷凝热,在空气的自然对 流情况下,由于水的蒸发,而带 走部分冷凝热热量; ? 被加热后的冷却水流入水池中, 再经冷却塔冷却后循环使用,或 排掉一部分水,而补充一部分新 鲜水送入淋水箱; ? 冷凝后的液态制冷剂流入贮液器 中。 图 - 淋水式冷凝器 水-空气冷却式—淋水式冷凝器 ? 主要优点: 结构简单,制造方便; 漏氨时容易发现,维修方便; 清洗方便; 对水质要求低。 ? 主要缺点: 传热系数低; 金属消耗量高; 占地面积大。


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