第四章 換熱設(shè)備

第四章?lián)Q熱設(shè)備

目錄傳熱1常用加熱劑與冷卻劑2換熱器3第一節(jié)傳熱傳熱即是我們平常所說的熱傳遞,由于溫度差而造成能量由高溫區(qū)向低溫區(qū)的轉(zhuǎn)移.傳熱是制藥生產(chǎn)中使用的非常普遍的單元操作。加熱和冷卻都屬于傳熱一般傳熱問題的研究有兩種情況：

一是強(qiáng)化傳熱過程，如各種換熱設(shè)備中的傳熱；一是削弱傳熱過程，如對設(shè)備和管道的保溫（冬天防寒衣）、保冷（夏天冰棒箱，冰塊），以減少熱損失。傳熱有三種方式：①熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差，此時(shí)熱量將從高溫部分向低溫部分傳遞，或從高溫物體傳向與之接觸的低溫物體。②對流傳熱

熱對流是指流體各部分之間發(fā)生相對位移、冷熱流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混所引起的熱量傳遞。熱對流僅發(fā)生在流體之中,而且必然伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。

③輻射傳熱

任何物體,只要其絕對溫度不為零度(0K),都會不停地以電磁波的形式向外界輻射能量,同時(shí)又不斷地吸收來自外界物體的輻射能,當(dāng)物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不相等時(shí),該物體就與外界產(chǎn)生熱量的傳遞。這種傳熱方式稱為熱輻射。第二節(jié)加熱與冷卻一、常用的加熱劑1飽和水蒸氣（最常用的加熱劑）

優(yōu)點(diǎn)：載熱量多溫度調(diào)控方便廉價(jià)，安全，清潔2熱水:主要用于100℃以下的加熱

優(yōu)點(diǎn)：加熱比較溫和缺點(diǎn)：對流傳熱速率很小使用不經(jīng)濟(jì)溫度調(diào)控較難3礦物油加熱溫度可達(dá)250℃

特點(diǎn)：黏度大對流傳熱速率小溫度調(diào)控不靈敏4有機(jī)載熱體5電加熱：一般加熱溫度在1000℃以上，最高溫度可達(dá)3000℃二、常用的冷卻劑1

水2冷凍鹽水3空氣4冰第三節(jié)換熱器換熱器的定義：進(jìn)行各種熱量交換的設(shè)換熱設(shè)備的類型

◆

按用途分類

冷卻器冷凝器加熱器換熱器再沸器◆

按換熱方式分類直接接觸式換熱器蓄熱式換熱器間壁式換熱器直接接觸式換熱直接接觸式是把冷，熱流體直接接觸，在混合過程中傳熱，像涼水塔，噴灑式冷卻塔，混合式冷凝器。結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效果好，但是只適用于兩股流體可以直接接觸的場合，適用范圍小。蓄熱式換熱器低溫流體高溫流體優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡單耐高溫缺點(diǎn)：設(shè)備體積大有一定程度的混合冷、熱流體是通過對蓄熱體的周期性加熱和冷卻來實(shí)現(xiàn)的間壁式換熱器冷熱兩種流體被固體壁面隔開，傳熱時(shí)，熱量從高溫流體傳給壁面，壁面再傳給冷流體這種方法適用于冷，熱兩種流體不允許直接接觸的場合，在制藥工業(yè)中，冷熱兩種流體多數(shù)不能直接接觸，因此間壁式換熱是應(yīng)用最廣泛的換熱方法間壁式換熱器的種類夾套式：容器的外部裝有夾套，加熱劑和冷卻劑在器壁與夾套間流動，容器內(nèi)壁就是它的傳熱面積蛇管式：主要部件是盤成螺旋型或者其他形狀的直管，它又分為沉浸式和噴淋式套管式：由直徑大小不同的直管焊成的同心圓套組成，內(nèi)管的表面積可視為其傳熱面積管殼式換熱器：是目前制藥生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種傳熱設(shè)備夾套式換熱器特點(diǎn)：傳熱面積小，傳熱系數(shù)小適用范圍：傳熱量不大的場合提高傳熱性能的途徑：安裝攪拌器，夾套內(nèi)加設(shè)擋板蛇管式換熱器（沉浸式和噴淋式）

兩種流體分別在蛇管內(nèi)外流動而進(jìn)行熱交換優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，便于防腐蝕，能承受高壓缺點(diǎn)：管外流體的對流傳熱系數(shù)小主要作為冷卻器，以臥式應(yīng)用較多。優(yōu)點(diǎn)：便于檢修，清洗，傳熱系數(shù)大，傳熱效果好缺點(diǎn)：噴淋不均勻套管式換熱器是用管件將兩種直徑不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接成為同心圓的套管，然后由很多段這種套管用U型肘管相連接。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，傳熱效果較好缺點(diǎn)：管間接頭較多，易發(fā)生泄露，占地面積較大，單位換熱器長度具有的傳熱面積較小。管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是目前制藥生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳熱設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)在于：單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，制造材料廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，尤其是在高溫，高壓和大型裝置中采用更為普遍。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)：主要由殼體，管束，管板，封頭組成一種流體走管內(nèi)、稱為管程另一種流體走管外、稱為殼程管內(nèi)流體從換熱管一端流向另一端一次，稱為一程；對U形管換熱器，管內(nèi)流體從換熱管一端經(jīng)過U形彎曲段流向另一端一次，稱為兩程.◆折流板●折流板的作用引導(dǎo)殼程流體反復(fù)地改變方向作錯(cuò)流流動或其他形式的流動，并可調(diào)節(jié)折流板間距以獲得適宜流速，提高傳熱效率。另外，折流板還可起到支撐管束的作用。

●折流板的分類常用折流板有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種

弓形的有單弓形、雙弓形及三弓形，單弓形和雙弓形應(yīng)用最多。

弓形折流板

管殼式換熱器外觀固定管板式換熱器三、換熱設(shè)備性能對比及選擇◆換熱器的基本要求

●

熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。

●

換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。

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價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長。◆

換熱器選型應(yīng)考慮的因素

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流體的性質(zhì)。

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換熱介質(zhì)的流量、操作溫度、壓力。

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固定管板式換熱器

固定管板式換熱器1—封頭；4—?dú)んw；5—換熱管；7—折流板（或支持板）10—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封頭；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉桿；18—支座；19—墊片；20、21—螺栓、螺母◆

浮頭式換熱器浮頭式換熱器1—防沖板；2—折流板；3—浮頭管板；4—鉤圈；5—支耳

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U形管式換熱器

U形管式換熱器1—中間擋板；2—U形換熱管；3—排氣口；4—防沖板；5—分程隔板圓盤-圓環(huán)形折流板其他類型換熱設(shè)備簡介一、板面式換熱器◆螺旋板式換熱器螺旋板換熱器的結(jié)構(gòu)是由兩張平行的鋼板在專用的卷床上卷制而成，它是具有一對螺旋通道的圓柱體，再加上頂蓋和進(jìn)出口接管而構(gòu)成的。螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)形式

Ⅲ型螺旋板換熱器

◆板式換熱器

板式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱板片構(gòu)成，用框架將板片夾緊組裝于支架上。兩個(gè)相鄰板片的邊緣襯以墊片(各種橡膠或壓縮石棉等制成)壓緊，板片四角有圓孔，形成流體的通道。

1—上導(dǎo)桿；2—墊片；3—傳熱板片；4—角孔；5—前支柱；6—固定端板；7—下導(dǎo)桿；8—活動端板◆板翅式換熱器

板翅式換熱器1，3—側(cè)板；2，5—隔板；4—翅片換熱設(shè)備的使用與維護(hù)一、換熱器的日常維護(hù)

日常操作應(yīng)特別注意防止溫度、壓力的波動，首先應(yīng)保證壓力穩(wěn)定，絕不允許超壓運(yùn)行。二、換熱器的清洗換熱設(shè)備經(jīng)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于介質(zhì)的腐蝕、沖蝕、積垢、結(jié)焦等原因，使管子內(nèi)外表面都有不同程度的結(jié)垢，甚至堵塞。所以在停工檢修時(shí)必須進(jìn)行徹底清洗，常用的清洗(掃)方法有風(fēng)掃、水洗、汽掃、化學(xué)洗清和機(jī)械清洗等。

◆酸洗法

酸洗法是用鹽酸作為清洗劑，酸洗法又分浸泡法和循環(huán)法兩種。

換熱器酸洗法流程

◆機(jī)械清洗法對嚴(yán)重的結(jié)垢和堵塞，可用鉆的方法疏通和清理。

管式?jīng)_擊鉆1—進(jìn)水管；2—外套管；3—填料；4—壓蓋螺母；