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1、设备基础知识设备基础知识换热器换热器塔设备塔设备传热原理间壁式混合式蓄热式列管式板 式翅片式换热器的类型换热器的类型套管式固定管板式浮 头 式U型管式一、套管式换热器一、套管式换热器 套管式换热器是由大小不同的直管制成套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由的同心套管，并由U U型弯头连接而成。每一段型弯头连接而成。每一段套管称为一程。套管称为一程。优点：构造较简单，能耐高压，传热面优点：构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便。积可根据需要增减，应用方便。缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。因此它较适用单位
2、传热面消耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。较高的场合。二、列管式换热器二、列管式换热器 优优点点 ：单单位位体体积积所所具具有有的的传传热热面面积积大大，结结构构紧紧凑凑、传传热热效效果果好好。能能用用多多种种材材料料制制造造，故故适适用用性性较较强强，操操作作弹弹性性较较大大，尤尤其其在在高高温温、高高压压和和大型装置中多采用列管式换热器。大型装置中多采用列管式换热器。在列管式换热器中，若两流体的温差较大，在列管式换热器中，若两流体的温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管子弯曲，就可能由于热应力而引起设备变
3、形，管子弯曲，甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温差超过差超过5050时，就应采用热补偿的措施。时，就应采用热补偿的措施。1 1、固定管板式、固定管板式 特特点点：两两端端管管板板和和壳壳体体制制成成一一体体，具具有有结结构构简简单单和和成成本本低低的的优优点点。但但是是壳壳程程清清洗洗和和检检修修困困难难，要要求求壳壳程程流流体体必必须须是是洁洁净净而而不不易易结结垢垢的的物料。物料。当当两两流流体体的的温温差差较较大大时时，应应考考虑虑热热补补偿偿。但但不不宜宜应应用用两两流流体体温温差差过过大大（应应不不大大于于7070）和壳程流体压强过高
4、的场合。和壳程流体压强过高的场合。具有补偿圈的固定管板式换热器1一挡板2-补偿圈3-放气嘴图4-45浮头式换热器1一管程隔板2一壳程隔板3一浮头2、浮头式换热器、浮头式换热器 特点：有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向特点：有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。自由浮动。这种结构不但完全消除了这种结构不但完全消除了热应力热应力的影响，且由于固的影响，且由于固定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用中抽出，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。较为
5、普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。3 3、U U型管式换热器型管式换热器 特特点点：每每根根管管子子都都弯弯成成U U型型，进进出出口口分分别别安安装装在在同同一一管管板板的的两两侧侧，封封头头用用隔隔板板分分成成两两室室，每每根根管管子子可以自由伸缩。可以自由伸缩。这这种种换换热热器器结结构构比比浮浮头头式式简简单单，重重量量轻轻，但但管管程程不不易易清清洗洗，只只适适用用于于洁洁净净而而不不易易结结垢垢的的流流体体，如如高压气体的换热。高压气体的换热。图4-44U型管换热器1一U型管2一壳程隔板3一管程隔板4 4、列管式、列管式换热换热器器选选用用时应时应注意的注意的问题问题冷、冷、热热
6、流体流流体流动动通道的通道的选择选择(1)(1)不不洁净洁净和易和易结结垢的液体宜走管程，因垢的液体宜走管程，因为为管内清洗方便；管内清洗方便；(2)(2)腐腐蚀蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同性的流体宜走管程，以免管束和壳体同时时受腐受腐蚀蚀；(3)(3)压压强强高的流体宜走管内，以免壳体承受高的流体宜走管内，以免壳体承受压压力；力；(4)饱和蒸汽宜走壳程，因为饱和蒸汽比较清净，饱和蒸汽宜走壳程，因为饱和蒸汽比较清净，对流传热系数与流速无关且冷凝液易排出；对流传热系数与流速无关且冷凝液易排出；(5)被冷却的液体宜走壳程，便于散热；被冷却的液体宜走壳程，便于散热；(6)若两流体温差较大，对
7、于刚性结构的换热器，若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将对流传热系数大的流体通入壳程，可减少宜将对流传热系数大的流体通入壳程，可减少热应力；热应力；(7)流量小而粘度大的液体一般宜走壳程，因在流量小而粘度大的液体一般宜走壳程，因在壳程壳程Re100即可达到湍流，但这不是绝对，即可达到湍流，但这不是绝对，如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而能得到更多的对流传热采用多管程结构，反而能得到更多的对流传热系数。系数。三、翅片式换热器三、翅片式换热器 1 1、翅片管换热器翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅翅片管换
8、热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的接触片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方法有热阻很大，影响传热效果。常用的连接方法有热套热套、镶钳镶钳、张力缠绕张力缠绕和和焊接焊接等方法。此外，翅片管也可等方法。此外，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。采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造。当两种流体的当两种流体的对流传热系数对流传热系数相差较大时，在传热系相差较大时，在传热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。数较小的一侧加翅片可以强化传热。图4-49翅片式换热器(a)翅片式换热器(b)翅片管断面图4-5
9、0常见的翅片形式板翅式换热器板翅式换热器 板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器，板翅式换热器的结构是在两块平行的薄金换热器，板翅式换热器的结构是在两块平行的薄金属板之间，加入波纹状或其它形状的金属翅片，将属板之间，加入波纹状或其它形状的金属翅片，将两侧面封死，即成为一个换热基本元件。将各基本两侧面封死，即成为一个换热基本元件。将各基本元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可制成并流、逆流或错流的板束（或称芯部），即可制成并流、逆流或错流的板束（或称芯部），然后再将带由流体进出口的接管的集流
10、箱焊在板束然后再将带由流体进出口的接管的集流箱焊在板束上，即成为板翅式换热器，目前常用的翅片形式有上，即成为板翅式换热器，目前常用的翅片形式有光直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种光直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种。图4-51板翅式换热器的板束图4-52板翅式换热器的翅片形式(a)光直翅片(b)锯齿翅片(c)多孔翅片板翅式换热器的优点：板翅式换热器的优点：结构紧密、轻巧、导热系数高，而且在零度以下结构紧密、轻巧、导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和抗拉强度都很高，适用于低温和超操作时，其延性和抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，故操作范围广，可在低温的场合，故操作范围广，可在-
11、200至绝对零度至绝对零度范围内使用。同时因翅片对隔板有支撑作用，板翅式范围内使用。同时因翅片对隔板有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达换热器允许操作压强也比较高，可达5MPa。铝合金。铝合金制造，故重量轻，在相同的传热面下，其重量约为列制造，故重量轻，在相同的传热面下，其重量约为列管式的十分之一。由于翅片促进了流体的湍动并破坏管式的十分之一。由于翅片促进了流体的湍动并破坏了热边界层的发展，故其传热系数较高。了热边界层的发展，故其传热系数较高。缺缺 点：点：设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难，故设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于
12、隔板的所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板的翅片均由薄铝板制称成，故要求介质对铝不腐蚀，制翅片均由薄铝板制称成，故要求介质对铝不腐蚀，制造成本较高。造成本较高。塔塔 设设 备备 板式塔为逐级接触式气液传质板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构溢流堰、降液管及受液盘等部件构成，成，塔板塔板主要有泡罩塔板，筛孔塔主要有泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔，舌型塔板，斜孔塔板。板，浮阀塔，舌型塔板，斜孔塔板。塔塔设备设备的的结结构构泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其结构
13、主要由结构主要由升气管升气管及及泡罩泡罩构成。泡罩的下部构成。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的通过齿缝进入液层时，被分散成许多细
14、小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。相的传热和传质提供大量的界面。泡罩塔板的结构泡罩塔板的结构泡罩塔板的优点及缺点泡罩塔板的优点及缺点 泡罩塔板的优点是操作弹性较大，泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。已很少采用。筛筛 孔孔 塔塔 板板 筛孔塔板简
15、称筛板，塔板上开有许筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为多均匀的小孔，孔径一般为38mm。筛孔在塔板上为筛孔在塔板上为正三角形正三角形排列。塔板上排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。操作时，气体经筛孔分散成小股液层。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。体经筛孔向下泄漏。筛孔塔板结构筛孔塔板结构筛孔塔板优点及缺点筛孔塔
16、板优点及缺点 筛板的优点是结构简单、筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差小，气造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质体压降低，生产能力大，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物不宜处理易结焦、粘度大的物料。料。浮浮 阀阀 塔塔 板板 浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有应用广泛。浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿片，阀片本身
17、连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转底脚拨转9090，以限制阀片升起的最大高度，并，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程度上可防止阀片与板面的粘结。操作时，由阀孔度上可防止阀片与板面的粘结。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷层，增加了气液接触时
18、间，浮阀开度随气体负荷而变。而变。浮阀塔板的结构浮阀塔板的结构浮阀塔板优点及缺点浮阀塔板优点及缺点 浮阀塔板的优点是结构简单、造价浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。象，使塔板效率和操作弹性下降。浮阀塔板的工作原理浮阀塔板的工作原理舌舌 型型 塔塔 板板 舌型塔板塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板舌型塔板塔
19、板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，有，有1818、2020、2525三种（一般为三种（一般为2020）。舌）。舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。操作时，上升的气流沿舌片喷塔板设计得大些。操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度可达出，其喷出速度可达202030m/s30m/s。当液体流过每。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动而形成液沫排舌孔时，即被喷出的气
20、流强烈扰动而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。舌舌 型型 塔塔 板板舌型塔板优点及缺点舌型塔板优点及缺点 舌型塔板的优点是：生产能力大，塔板压舌型塔板的优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；降低，传质效率较高；缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。而降低塔板效率。浮舌塔板如与舌型塔板相比，浮舌塔板的浮舌塔板如与舌型
21、塔板相比，浮舌塔板的特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。宜于热敏性物系的减压分离过程。斜斜 孔孔 塔塔 板板 斜孔塔板在板上开有斜孔，孔口向上与板斜孔塔板在板上开有斜孔，孔口向上与板面成一定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂面成一定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，相邻两排开孔直，同一排孔的孔口方向一致，相邻两排开孔方向相反，使相邻两排孔的
22、气体向相反的方向方向相反，使相邻两排孔的气体向相反的方向喷出。这样，气流不会对喷，既可得到水平方喷出。这样，气流不会对喷，既可得到水平方向较大的气速，又阻止了液沫夹带，使板面上向较大的气速，又阻止了液沫夹带，使板面上液层低而均匀，气体和液体不断分散和聚集，液层低而均匀，气体和液体不断分散和聚集，其表面不断更新，气液接触良好，传质效率提其表面不断更新，气液接触良好，传质效率提高。高。斜孔塔板优点及缺点斜孔塔板优点及缺点 斜孔塔板克服了筛孔塔板、浮阀塔板和斜孔塔板克服了筛孔塔板、浮阀塔板和舌型塔板的某些缺点。斜孔塔板的生产能力舌型塔板的某些缺点。斜孔塔板的生产能力比浮阀塔板大比浮阀塔板大30%30
23、%左右，效率与之相当，且左右，效率与之相当，且结构简单，加工制造方便，是一种性能优良结构简单，加工制造方便，是一种性能优良的塔板。的塔板。斜孔塔板斜孔塔板填填 料料 塔塔 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。液体从塔顶经液体分布器触构件的传质设备。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，气体从塔底经气体分布装置分喷淋到填料上，气体从塔底经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔
24、壁集当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，壁流效应造成气液两相在填料层中中的趋势，壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分。再分布器两部分。填料塔填料塔 填料塔的塔填料塔的塔身是一直立式圆身是一直立式圆筒，底部装有填筒，底部装有填料支承板，填料料支承板，填料以乱堆或整砌的以乱堆或整砌的方式放置在支承方式放置在支承板上。填料的上板上。填料的上方
25、安装填料压板，方安装填料压板，以防被上升气流以防被上升气流吹动。吹动。填填 料料1、散装填料是一个个具有一定几何形状、散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料。等。现介绍几种较为典型的散装填料。2、规整填料是按一定的几何构形排列，、规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料
26、种类很多，根整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。脉冲填料等。拉西环填料拉西环填料散装填料散装填料填料塔的优点及缺点填料塔的优点及缺点填料塔优点：填料塔优点：具有生产能力大，分离效率高，压降具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔缺点：填料塔缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。填料综合性能评价填料综合性能评价填料名称填料名称评评估估值值语语言言值值排序排序丝丝网波网波纹纹填料填料0.86很好很好1孔板波孔板波纹纹填料填料0.61相当好相当好2金属金属Intalox0.59相当好相当好3金属鞍形金属鞍形环环0.57相当好相当好4金属金属阶阶梯梯环环0.53一般好一般好5金属金属鲍鲍尔尔环环0.51一般好一般好6瓷瓷Intalox0.41较较好好7瓷鞍形瓷鞍形环环0.38略好略好8瓷拉西瓷拉西环环0.36略好略好9