新型换热器介绍课件.ppt

1、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新型换热器介绍新型换热器介绍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=KAtm 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

2、热最主要的是增大K值，由其计算式可知：强化传热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。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同时应考虑到对于流动阻力和清洗、检修等方面的影响。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，都可以获得较高的值。强化传热3、增大传热温度差tm增大传热温度差是强化传热的方法之一。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。载热体的种类很多，温度范围各不相同，但在选择时要

3、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 瑞典Alares公司开了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国布朗公司又在此基础上作了“压扁”与“热扭”。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：在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。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

4、效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。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: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；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)，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。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

5、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v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

6、面积，达到提高传热效率的目的。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 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。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：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，螺旋折流板的连续支撑

7、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。v螺旋槽纹管式换热器、螺旋管式换热器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多孔表面换热管和横纹管换热器主要内容主要内容l螺旋槽纹管式换热器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l螺旋管式换热器螺旋管式换热器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螺

8、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。螺旋槽纹管式换热器螺旋槽纹管式换热器工作原理工作原理: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螺旋槽纹管式换热器内部结构螺旋槽纹管式换热器螺旋槽纹

9、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11.5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。螺旋槽纹管式换热器螺旋槽纹管式换热器螺旋管式换热器 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

10、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

11、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

12、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

13、(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u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

14、底板之间构成的。u 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 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。图6多头螺旋管式换热器示意图螺旋管式换热器（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式与螺旋管槽纹式的比较u

15、螺旋槽纹管：螺旋槽纹管其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。u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至 倍。螺旋管式换热器 总结比较二者优、缺点如下:u 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；u 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。u 对于螺旋管槽纹式制造加工比光管复杂；u 另外

16、螺旋管槽纹式的加工成本高。多孔表面换热管多孔表面换热管 1 多孔表面换热管的特性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。2 多孔表面管的制造方法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多孔表面换热管3 喷铝多孔管与烧结型表面多孔管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

17、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。多孔表面换热管多孔表面换热管多孔表面换热管多孔表面换热管 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

18、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。5 5 实例分析实例分析 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、

19、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。多孔表面换热管多孔表面换热管1 基本结构基本结构 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：横纹管式换热器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

20、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 年茂名石化公司炼油厂选用了两台 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，在相同负荷时，可节约 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

21、3 横纹管与螺旋槽管结构对比横纹管与螺旋槽管结构对比 A 螺旋槽管螺旋槽管 B 横纹槽横纹槽 横管纹式换热器横管纹式换热器的适用范围：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横管纹式换热器4 实例分析实例分析 1987年茂名石化公司炼油厂选用了两台FB800180402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。追求在较

22、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。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板式换热器的特点：v板式换热器结构紧凑，有效换热面积大，换热隔板薄，能

23、够充分的交换热量。v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。v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：v板翅式换热器v螺旋板式换热器v板壳式换热器v管翅式换热器板式换热器螺旋板式螺旋板式 板翅式换热器管翅式换热器 板壳式换热器板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板翅式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

24、 b错流板翅式换热器 c错逆流板翅式换热器 板翅式换热器板翅式换热器2 2、板翅式换热器的特点：、板翅式换热器的特点：v传热效率高,流阻低；v结构紧凑，坚固、重量轻、安全可靠；v材料选用广泛、使用范围广；v容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难；v制造工艺复杂，难度大，成本高板翅式换热器板翅式换热器板翅式换热器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：06MP3、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 板翅式换热器板翅式换热器螺旋板式换热

25、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螺旋板式换热器螺旋板式换热器1、基本结构v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，因而具有较高的密封性。I型螺旋板式换热器螺旋板式换热器（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

26、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螺旋板式换热器螺旋板式换热器缺点：要求焊接质量高，检修比较困难。重量大，刚性差，承受压力的能力较差焊缝较长，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v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v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

27、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v优点：以板为传热面,传热效能好。结构紧凑，体积小。耐温、抗压，最高工作温度可达800,最高工作压力达 6.3兆帕.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：制造工艺较管壳式换热器复杂

28、焊接量大且要求高板壳式换热器3、应用v广泛应用于食品、化工、轻工、医药和电力行业。v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。管翅式换热器管翅式换热器1 管翅式换热器的特点管翅式换热器的特点优点：优点：传热效率高、流阻低；传热效率高、流阻低；结构紧凑、坚固、重量轻、安全可靠；结构紧凑、坚固、重量轻、安全可靠；材料选用广泛、使用范围广；材料选用广泛、使用范

29、围广；设计、制造、安装、维修方便。设计、制造、安装、维修方便。缺点：缺点：加工难度大，成本较高。加工难度大，成本较高。2、管翅式换热器常见翅片形式：v套胀的整体翅片；v螺旋形缠绕或焊接或者钎焊翅片；v环形翅片；v螺旋形缠绕细金属丝翅片管翅式换热器管翅式换热器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

30、，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。热管换热器热管换热器l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。l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。l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

31、吸液芯和工质组成。热管换热器热管换热器管壳 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。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；由于冷凝段受到冷却作用，蒸汽凝结为液体，释放汽化潜能；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

32、蒸发段，以形成工作循环。热管换热器热管换热器2、热管的分类l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。热管换热器热管换热器 重力热管工作原理：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;在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽;在微小的压差下,上升到热管上端，并向

33、外界放出热量，凝结为液体;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;如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端。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热管换热器热管换热器热管换热器热管换热器3 3、热管换热器的分类、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

34、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

35、所示。热管换热器热管换热器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

36、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多

37、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：l管式反应器返

38、混小，l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。l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

39、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石油树脂再沸器釜式再沸器釜式再沸器不锈钢列管不锈钢列管 再沸器再沸器列管再沸器列管再沸器卧式热虹吸再沸器卧式热虹吸再沸器再沸器的工作原理再沸器和精馏塔 再沸器工作原理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 再沸器再沸器再沸器的类型再沸器的类型立式热虹吸式 卧式热虹吸式 强制循环式釜式再沸器内置式再沸器 卧式热虹吸再沸器卧式热虹吸再沸器釜式再沸器釜式再沸器立式再沸器立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：原理：依靠泵输入机械功进行流依靠泵

40、输入机械功进行流体的循环体的循环 优点：优点：可用于高粘度液体、热敏可用于高粘度液体、热敏性物质、固体悬浮液以及性物质、固体悬浮液以及长显热段和低蒸发比的高长显热段和低蒸发比的高阻力系统阻力系统釜式再沸器内置式再沸器原理原理将再沸器的管束直接置于将再沸器的管束直接置于塔釜内而成塔釜内而成优点优点结构简单，造价比釜式再结构简单，造价比釜式再沸器低沸器低缺点缺点塔釜空间有限，传热面积塔釜空间有限，传热面积不能太大，传热效果不够不能太大，传热效果不够理想理想再沸器再沸器选用原则（续）选用原则（续）（3 3）在没有足够的空间、高度来安装立式热虹吸再沸）在没有足够的空间、高度来安装立式热虹吸再沸器时，可

41、采用卧式热虹吸再沸器或釜式再沸器器时，可采用卧式热虹吸再沸器或釜式再沸器 （4 4）强制循环再沸器，由于其需增加循环泵，故一般）强制循环再沸器，由于其需增加循环泵，故一般不宜采用。不宜采用。只有当塔釜液粘度较高或易受热分解时，才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强制循环再沸器定义：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、水冷式冷凝器水冷式冷凝器 2、空气冷却式冷凝器、空气冷却式冷凝器3、水、水-空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器冷凝器10平方米冷凝器冷凝器的常见类型板

42、式冷凝器滚筒式冷凝器水冷式冷凝器1、水冷式冷凝器水冷式冷凝器 （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l常用的几种水冷凝器a)a)立式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器b)b)卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器 c)c)套管式冷凝器套管式冷凝器 l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=600700(kcal/m2h)。（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

43、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。立式冷凝器l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l套管式冷凝器的特

44、点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12m/s时传热系数可达800kcal/(m2h).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 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器l 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。l 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。l特点：l 适用于极度缺水或无法供水的场合水-空气冷却式l在这类冷凝器中，制冷剂同时受到水和空气的

45、冷却；l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；l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l 这类冷凝器由于水和空气的共同作用,故耗水量很少；l 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；l 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l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）水-空气冷却式蒸发式冷凝器水-空气冷却式淋水式冷凝器l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。l其主要由换热盘管、淋水箱等组成；l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；水-空气冷却式淋水式冷凝器l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；l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；l冷凝后的液态制冷剂流入贮液器中。水-空气冷却式淋水式冷凝器l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。l主要缺点：传热系数低；金属消耗量高；占地面积大。