间壁式换热器chap6_6

第六节换热器一、间壁式换热器的类型按照换热面的形式，间壁式换热器主要有管式、板式和特殊形式三种类型。

1．管式换热器（1）蛇管式换热器蛇管换热器又可分为沉浸式和喷淋式两种。

①沉浸式换热器如图5-16a所示，是将蛇管沉浸在容器内，盘管内通入热流体，管外通过冷却水进行冷却或冷凝；或者用于加热或蒸发容器内的流体。

优点：结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造，适用于传热量不太大的场合。

缺点：管外对流传热系数小。

为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使器内液体作强制对流。

②喷淋式换热器 5-17所示，主要用作冷却器。

优点：便于检修和清洗；缺点：喷洒不易均匀，体积庞大，占地面积大。

（2）套管式换热器如图5-18所示（3）列管式换热器图5-20、图5-21、图5-2所示①固定管板式一般来说，传热管与壳体的材质不同，在换热过程中由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。

若两流体的温度差较大，就可能由于过大的热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂。

因此，当两流体的温度差超过50℃时，就应采取热补偿的措施。

②具有补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器这种补偿方法简单，但不宜应用于两流体温度差较大和壳程压力较高的场合。

③U型管式换热器如图5-21所示④浮头式换热器如图5-22所示列管换热器中，一般管内空间容易清洗，故不清洁和易结垢的流体走管内，还有腐蚀性流体、高压流体和高温等流体走管内。

但是，蒸汽、沸腾液体走壳方，对于这种场合壳方不需要挡板。

2．板式换热器这类换热器一般不能承受高压和高温，但对于压力较低、温度不高或腐蚀性强而须用贵重材料的场合，各种板式换热器都显示出更大的优越性。

（1）夹套式换热器如图5-25所示。

（2）螺旋板式换热器图5-26所示，3．特殊形式的换热器（1）翅片式换热器在传热面上加装翅片的措施不仅增大了传热面积，而且增强了流体的扰动程度，从而使传热过程强化。

翅片式换热器有翅片管式换热器和板翅式换热器两类。

间壁式换热器的类型夹套式换热器发布: 2010-3-17 18:59 | 作者: zhm | 来源: 承压设备博客一、夹套式换热器如图所示，为一夹套式换热器。

这种换热器结构简单，即在反应器(或容和的外部筒体部分焊接或安装一夹套层，在夹套与器壁之间形成密闭的空间，成为一种流体的通道。

夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。

当蒸气进行加热时，蒸气由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管排出。

如用冷却水进行冷却时，则由夹套下部接管进入，而由上部接管流出。

由于夹套内部清洗比较困难，故一般用不易产生垢层的水蒸气、冷却水等作为载热体。

这种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器冷凝液的限制，因此适用于传热量不大的场合。

为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流。

为了弥补传热面积的不足，还可在容器内加设蛇管等。

当夹套内通冷却水时，可在夹套内加设挡板，这样既可使冷却水流向一定，又可使流速增大，以提高对流传热系数。

二、蛇管式换热器1.沉浸式蛇管换热器如图所示，为一沉浸式蛇管换热器。

蛇管多以金属管弯绕成窗口器的形状，沉浸在容器中的液体内。

两种流体分别在管内、外流动进行热交换。

沉浸式蛇管换热器这种换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。

其主要缺点是管外对流传热系数较小，因而传热系数K值也较小如在容器内加设搅拌器，则可提高传热系数。

2.喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器如图所示，它是用水作为喷淋冷却剂，以冷却管内的热流体，故常称为水冷器。

冷却水从上面的水槽(或分布管)中淋下，沿蛇管表面下流，与管内的热流体进行热交换。

这种设备通常放置在室外空气流通处，冷却水在外部汽化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。

它与沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修、清洗和传热效果较好等优点；其缺点是占地较大，喷淋不易均匀，耗水量大。

三、套管式换热器如图所示，为一套管式换热器。

这种换热器是由两种不同直径的管子装成同心套管，每一段直出口-管称为一程，程数根据换热任务和要求确定。

间壁式换热器的分类和应用分析换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备。

在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。

在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。

文对几种主要的间壁式换热器的工作原理进行了分析，并指出了其适用范围，为工作人员对各种间壁式换热器正确选型和使用提供参考意见。

2. 间壁式换热器的主要类型及其特征2.1板式换热器板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，最初用于食品工业，50年代逐渐推广到化工等其它工业部门，现已发展成为高效紧凑的换热设备。

板式换热器是由一组金属薄板、相邻薄板之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。

如图2.1为板式换热器矩形板片结构示意图，其四角开有圆孔，形成流体通道。

冷热流体交替地在板片两侧流过，通过板片进行换热。

具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。

2.2板翅式换热器板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的新型换热器。

板翅式换热器的结构型式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体。

将带有流体进、出口的集流箱焊到板束上，就成为板翅式换热器。

板翅式换热器的主要优点是：传热性能好。

由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界层的发展，故传热系数很大。

冷、热流体间的传热不仅仅以隔板为传热面，大部分热量是通过翅片传递的，结构高度紧凑，单位体积的传热面积可达2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。

通常板翅式换热器采用铝合金制造，因此换热器的重量轻。

同时由于翅片对隔板的支撑作用，其允许的操作压力也较高，可达5MPa。

间壁式换热器的操作方法
1.首先将间壁式换热器放置在水平平稳的位置。

根据需要连接进出口管道。

2.打开进出口阀门，将待处理的物质输送至换热器中，同时启动电机。

3.当物质通过换热器时，热量从高温的流体传递到低温的流体中。

在传热的过程中，需要控制流量和温度以便满足特定的需求，通常使用温度和压力传感器进行监测和控制。

4.待处理物质在换热器内部经过多次循环和传热，最终通过出口管道输出，并结束整个换热过程。

5.当结束操作后，将进出口阀门关闭，并停止电机运行。

清洗和维修时，需要先拆卸换热器，并根据不同的情况进行清洗或维修操作。

间壁式换热器的类型间壁式换热器的特点是冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。

此类换热器中，以列管式应用最广，本节将作重点介绍。

其它常用的间壁式换热器简介如下：一、管式换热器(一)蛇管式换热器蛇管式换热器可分为两类。

1)沉浸式蛇管换热器蛇管多用金属管子弯制而成，或制成适应容器要求的形状，沉浸在容器中。

两种流体分别在蛇管内、外流动而进行热量交换。

几种常用的蛇管形式如图4—40所示。

这种蛇管换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压。

主要缺点是由于容器的体积较蛇管的体积大得多，故管外流体的 较小，因而总传热系数K值也较小。

若在容器内增设搅拌器或减小管外空间，则可提高传热系数。

2）喷淋式换热器喷淋式换热器如图4-41所示。

它多用作冷却器。

固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，热流体在管内流动，自下部的管进入，由上部的管流出。

冷水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下，分布在蛇管上，并沿其两侧下降至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。

冷水在各管表面上流过时，与管内流体进行热交换。

这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时可带走部分热量，以提高冷却效果。

它和沉浸式蛇管换热器相比，还具有便于检修和清洗、传热效果也较好等优点，其缺点是喷淋不易均匀。

图4-40 蛇管的形状图4-41 喷淋式换热器1-弯管 2-循环泵 3-控制阀在沉浸式换热器的容器内，流体常处于不流动的动态，因此在某瞬间容器内各处的温度基本相同，而经过一段时间后，流体的温度由初温t1变为终温t2，故属于非定态传热过程。

(二)套管式换热器套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，如图4-42所示。

每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。

每程的有效长度为4～6m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中的流体分布不均匀。

套管换热器的优点为：构造简单；能耐高压；传热面积可根据需要而增减；适当地选择管内、外径，可使流体的流速较大；且双方的流体作严格的逆流，都有利于传热。

第六章间壁式换热设备学习目标①掌握常用的换热设备结构、原理。

②熟悉的热交换方式。

③熟悉换热器特点。

换热设备是进行各种热量交换的设备，通常称做热交换器或简称换热器。

在制药生产中，许多过程都与热量传递有关。

例如，生产药品过程中的磺化、硝化、卤化、缩合等许多化学反应，均需要在适宜的温度下，才能按所希望的反应方向进行，并减少或避免不良的副反应；在反应器的夹套或蛇管中，通入蒸汽或冷水，进行热量的输入或取出；对原料提纯或反应后产物的分离、精制的各种操作。

如蒸发、结晶、干燥、蒸馏、冷冻等，也都离不开热量的输入或取出；此外，生产中的加热炉、设备和各种管路，常包以绝热层，来防止热量的损失或导入，也都属于热量传递问题。

由于使用条件的不同，换热设备有多种形式与结构。

如根据换热目的不同，换热设备可分为加热器、冷却器、冷凝器和再沸器。

若按冷、热流体传热方法的不同可分为直接接触式换热器（又称混合换热器，冷热流体在器内直接接触传热）、间壁式换热器（冷热流体被换热器器壁隔开传热）和蓄热式换热器（热流体和冷流体交替进入同一换热器进行传热，制药上应用极少）。

制药工业生产中最常用的换热设备是间壁式换热器，按换热面的形状的不同，可分为管式换热器（换热面为管状的）和板式换热器（换热面为板状的）。

一般板式换热器单位体积的传热面积及传热系数比管式换热器大得多，故又被称做高效换热器。

第一节管壳式换热器管式换热器通常有蛇管换热器、套管换热器。

一、蛇管换热器蛇管换热器是最早出现的换热器，（如图6-1）为几种常见的蛇管形状。

它又可分为沉浸式和喷淋式两种。

图6-1 常见的蛇管形状1. 沉浸式蛇管换热器：蛇管多用金属管按容器形状或生产要求弯绕成各种形状，沉浸在容器中，两种流体分别在管内、外通过管壁进行热交换。

优点：①结构简单。

②操作方便。

③材料面广。

④价格低廉。

缺点：①传热系数小。

②所占体积大。

2. 喷淋式蛇管换热器：图6-2 喷淋式换热器（如图6-2所示）冷却水由位于上方的管子向下均匀喷出，淋在竖直固定的蛇管的外壁上，与管内的流体进行热交换。

间壁式换热器间壁式换热器产品特点间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。

间壁式换热器类型间壁式换热器板式换热器板式换热器是由一系列具有肯定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。

各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。

板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。

它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑灵巧、占地面积小、安装清洗便利、应用广泛、使用寿命长等特点。

在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3—5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。

间壁式换热器夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单；但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它加添湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为增补传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管.夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

间壁式换热器沉浸式蛇管型这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能经受高压,可用耐腐蚀料子制造；其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。

间壁式换热器喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。

间壁式换热器套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。