设备基础知识换热器 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套管式固定管板式浮 头 式U型管式一、套管式换热器套管式换热器是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 套管称为一程。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。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 用于流量不大，所需传热面积不多而要求压 强较高的场合。 二、列管式换热器优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结 构紧凑、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。 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， 甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温 差超过50时，就应采用热补偿的措施。1、固定管板式特点：两端管板和壳体制成一体，具有结构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修困难，要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。但不宜应用两流体温差过大（应不大于70）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 特点：有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向 自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响，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 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。3、U型管式换热器 特点：每根管子都弯成U型，进出口分别安装在 同一管板的两侧，封头用隔板分成两室，每根管子 可以自由伸缩。这种换热器结构比浮头式简单，重量轻，但管 程不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的流体，如 高压气体的换热。 图4-44 U型管换热器 1一U型管 2一壳程隔板 3一管程隔板4、列管式换热换热 器选选用时应时应 注意的问题问题冷、热热流体流动动通道的选择选择(1)不洁净洁净 和易结结垢的液体宜走管程，因为为管内 清洗方便； (2)腐蚀蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同 时时受腐蚀蚀；(3)压压强高的流体宜走管内，以免壳体承受压压力 ；(4)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； (5)被冷却的液体宜走壳程，便于散热； (6)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 少热应力； (7)流量小而粘度大的液体一般宜走壳程，因在 壳程Re100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 采用多管程结构，反而能得到更多的对流传热 系数。三、翅片式换热器 1、 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 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套 、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。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 。当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热 系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4-50 常见的翅片形式板翅式换热器 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 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 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） ，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：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 低温的场合，故操作范围广，可在-200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 换热器允许操作压强也比较高，可达5MPa。铝合金 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 了热边界层的发展，故其传热系数较高。缺 点：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；另外由于隔板的 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。塔 设 备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 、溢流堰、降液管及受液盘等部件 构成，塔板主要有泡罩塔板，筛孔 塔板，浮阀塔，舌型塔板，斜孔塔 板。 塔设备设备 的结结构泡罩塔板泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其 结构主要由升气管及泡罩构成。泡罩的下部 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。 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 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 通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的 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。泡罩塔板的结构泡罩塔板的优点及缺点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 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 板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中 已很少采用。筛 孔 塔 板筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许 多均匀的小孔，孔径一般为38mm。筛 孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设 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。在正常的操作条件下 ，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体 经筛孔向下泄漏。筛孔塔板结构筛孔塔板优点及缺点筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差小，气 体压降低，生产能力大，传质 效率高。其缺点是筛孔易堵塞 ，不宜处理易结焦、粘度大的 物料。浮 阀 塔 板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 腿底脚拨转90，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 入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度随气体 负荷而变。浮阀塔板的结构浮阀塔板优点及缺点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 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 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。 浮阀塔板的工作原理舌 型 塔 板舌型塔板塔板上冲出许多舌孔，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，有18、20、25三种（一般为20 ）。舌孔按正三角形排列，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2030m/s。 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，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。舌 型 塔 板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 降低，传质效率较高；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 而降低塔板效率。浮舌塔板如与舌型塔板相比，浮舌塔板的 特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼 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 宜于热敏性物系的减压分离过程。 斜 孔 塔 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 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 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， 其表面不断更新，气液接触良好，传质效率提 高。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 舌型塔板的某些缺点。斜孔塔板的生产能力 比浮阀塔板大30%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 的塔板。斜孔塔板填 料 塔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 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， 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，有逐渐向塔壁集 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 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 再分布器两部分。填料塔填料塔的塔 身是一直立式圆 筒，底部装有填 料支承板，填料 以乱堆或整砌的 方式放置在支承 板上。填料的上 方安装填料压板 ，以防被上升气 流吹动。填 料1、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 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 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。 2、规整填料是按一定的几何构形排列， 整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根 据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料 、脉冲填料等。拉西环填料散装填料填料塔的优点及缺点填料塔优点：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。 填料塔缺点：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 ；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。填料综合性能评价填料名称评评估值值语语言值值排序丝丝网波纹纹填料0.86很好1孔板波纹纹填料0.61相当好2金属Intalox0.59相当好3金属鞍形环环0.57相当好4金属阶阶梯环环0.53一般好5金属鲍鲍尔环环0.51一般好6瓷Intalox0.41较较好7瓷鞍形环环0.38略好8瓷拉西环环0.36略好9谢 谢 大 家 ！