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化工原理第六章主要内容第六章传热设备一、换热器的分类及特点按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器按传热特征分类：直接接触式、蓄热式、间壁式二、夹套式换热器夹套式换热器是在容器外壁安装夹套制成；主要用于反应过程的加热或冷却。
特点：结构简单，但其传热面积不大，不耐压，且传热系数也不高。
三、蛇管式换热器（一）沉浸式蛇管浸没在容器中的液体中形成优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，便于防腐。
缺点：传热面积有限，容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。
（二）喷淋式蛇管成行地固定在钢架上形成，多用作冷却器。
优点：结构简单，造价便宜，耐腐蚀；管内耐高压；管外α 比沉浸式大。
缺点：冷却水喷淋不易均匀，只能安装在室外，占地面积大，要定期清洗。
四、套管式换热器由大小不同的直管制成的同心套管，并由U 型弯头连接而成；每一段称为一程。
优点：构造较简单，耐高压，传热面积可调，应用方便，两流体均可达到较高的流速，且可完全逆流。
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。
五、列管换热器优点：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、坚固、传热效果好。
能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
（一）列管换热器的构造和形式主要部件：壳体、管束、管（花）板、顶盖（封头）管束装在壳体内，固定于管板上1.固定管板式（G ）两端管板和壳体制成一体，结构简单，成本低；壳程清洗和检修困难；不进行热补偿或采用补偿圈进行热补偿；不宜用于两流体温差过大（大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。
2.浮头式换热器(F)一端管板不与外壳连为一体，形成可沿轴向自由浮动的浮头进行热补偿；整个管束可以从壳体中抽出，管、壳程均便于清洗和检修；允许两程温差较大；结构比较复杂，造价较高。
3. U 型管式换热器每根管子都弯成U 型，进出口分别安装在同一管板的两侧，每根管子可以自由伸缩进行热补偿；封头用隔板分成两室，形成双管程；管程不易清洗。
化工原理第六章精馏第六章精馏一、精馏过程的数学描述在化工生产中，常根据混合液中各组分挥发度的不同，以精馏实现均相混合液的分离，二元连续精馏的基本流程如图6-1所示。
精馏过程的实质是伴有传热的传质过程，传质推动力取决于相互接触汽液两相偏离平衡的程度。
因此精馏过程的严格分析除了要应用相平衡、物料衡算两关系外，还需结合热量衡算及传质速率方程。
为了避开后两关系使分析得以简化，在工程上常引入似下两个概念：(1)理论板，(2)恒摩尔流，前者将影响板上传质速率的全部因素包括在塔板效率中；后者则是对热量衡算的简化。
于是精馏过程的数学描述可归结为全塔物料衡算、逐板组成变化两关系。
以图6-1的流程分离理想溶液；其已知量、未知量之间的关系可用图6-2表示。
图6-2表明，描述二元连续精馏的基本方程为 )(1W F D W D F x x R q N N f x Wx Dx Fx W D F ，，，，，，α=+=+= 由于三式中共涉及11个基本变量)(1R q N N x x x W D F W D F ，，，，，，，，，，α，因此其自由度为8，即须给定其中8个独立变量，才能确定另外3个变量。
二、精馏操作型问题的特点及基本类型精馏操作型问题的特点是：精馏塔已经给定(设塔板效率已知)。
即N 、N 1(或进料位置，通常不一定是最佳进料位置)为巳知量，其主要类型如下。
(1)对现有的精馏塔，在给定精馏条件下，核算其可能达到的分离程度。
如：已知N 、N 1、α、F 、x F 、q 、R 及W ，求D 、x D 、x W 。
(2)对运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时，分析分离效果的变化，是否能获得合格的产品及为此需采取的措施；还会产生什么其他的影响。
如：（6-1）①已知N、N1、α、F、x F、q、R不变，若V'减少时，分析D、x D、x W的变化趋势；②已知N、N1、α、F、x F、q、V'不变，若x F下降，能否采取什么措施使x F不降低?通常对类型2，操作条件的变化将引起塔内液，汽流量的改变，并影响塔板效率，若这一影响甚小而能忽略，便可把操作中精馏塔的理论板数视为不变。
第六章 传热设备
一、换热器的分类及特点
按用途分类： 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器
按传热特征分类： 直接接触式、蓄热式、间壁式
二、夹套式换热器 夹套式换热器是在容器外壁安装夹套制成；主要用于反应过程的加热或冷却。
特点：结构简单，但其传热面积不大，不耐压，且传热系数也不高。
三、蛇管式换热器
（一）沉浸式
蛇管浸没在容器中的液体中形成
优点 ：结构简单、价格低廉，能承受高压，便于防腐。
缺点 ：传热面积有限，容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。
（二） 喷淋式
蛇管成行地固定在钢架上形成，多用作冷却器。
优点：结构简单，造价便宜，耐腐蚀；管内
耐高压；管外α 比沉浸式大。
缺点：冷却水喷淋不易均匀，只能安装在室
外，占地面积大，要定期清洗。
四、套管式换热器
由大小不同的直管制成的同心套管，并由U 型弯头连接而成；每一段称为一程。
优点：构造较简单，耐高压，传热面积可调，应用方便，两流体均可达到较高的流速 ，且可完全逆流。
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。
五、列管换热器
优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、坚固、传热效果好。
能用多种材料制造，故适用性较
强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
（一）列管换热器的构造和形式
主要部件： 壳体、管束、管（花）板、顶盖（封头）
管束装在壳体内，固定于管板上
1.固定管板式（G ）
两端管板和壳体制成一体，结构简单，成本低；
壳程清洗和检修困难；
不进行热补偿或采用补偿圈进行热补偿；
不宜用于两流体温差过大（大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。
2.浮头式换热器(F)
一端管板不与外壳连为一体， 形成可沿轴向自由浮动的浮头进行热补偿；
整个管束可以从壳体中抽出，管、壳程均便于清洗和检修；
允许两程温差较大；
结构比较复杂，造价较高。
3. U 型管式换热器
每根管子都弯成U 型，进出口分别安装在同一管板的两侧，每根管子可以自由伸缩进行热补偿； 封头用隔板分成两室，形成双管程；
管程不易清洗。
⎧⎪⎧⎪⎨⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎩夹套式浸没式蛇管式间壁式喷淋式套管式
列管式
（二）列管换热器的选用和设计
1.流程的选择
不清洁的物料走易于清洗的一侧；α小的流体走管内；腐蚀性物料走管内；高压流体走管内；高温或要保温（冷）的流体走管内；蒸汽一般走壳程；粘度大的流体走壳程(装有挡板时)。
2. 流速的选择
液体流速的选择主要依据粘度大小而定。
一般液体的流速选择范围为：管程0.5～3m/s；壳程0.2～1.5m/s
气体的流速选择范围为：管程5～30 m/s；壳程3～15m/s
3.换热管规格及其在管板上排列方法
管子的规格：Φ19×2mm和Φ25×2.5mm
管长：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m
排列方式：正三角形排列正方形直列正方形错列
正三角形排列紧凑，传热效果好，但管外清洗困难；
正方形排列传热效果要差些，管外清洗容易；
正方形错列使传热效果有所改善。
固定管板式换热器：Φ25×2.5mm正三角形排列；
浮头式换热器：Φ19×2mm正三角形排列；Φ25×2.5mm正方形排列
一般L/D=4~6
4．阻力损失的计算
（1）管程阻力损失
（2）壳程阻力损失
5.列管换热器的选用和设计计算步骤
（1）根据工艺任务，计算热流量Q和平均温差∆t m，按估计的K，估算传热面积A。
（2）试选适当型号的换热器。
由u和V估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的A估算管子长度，再由系列标准选适当型号。
（3）计算管程、壳程阻力损失。
（4）核算传热系数K和传热面积A。
分别计算管程和壳程的α，确定垢阻，求出K，并与估算的K进行比较。
如果相差较多，应重新估算。
根据计算的K和∆t m，计算A，选定的换热器面积应比计算值大10%～25%。
六、换热器的强化途径
1、增大单位体积内的传热面积A/V
直接接触传热，可增大A 和湍动程度，使Q↑；
采用高效新型换热器改进传热面结构来增大A和湍动程度，使Q↑
2、增大平均传热温差∆tm
两侧变温情况下，尽量采用逆流或接近逆流流动。
3、增大传热系数K
尽可能减小控制性热阻；
提高较小的α；
延缓垢层形成速度及定期清洁垢层。
提高α的方法(无相变)：
增大流速；
管内添加扰流元件；
改变传热面形状。
