1．管式换热器

（1）蛇管式换热器 为防止蛇管变形，通常将蛇管固定在支架上。在高压操作时，也可以将蛇管铸在或焊在容器壁上。 ①沉浸式换热器

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。 ②喷淋式换热器 （3）列管式换热器 ①固定管板式

将安装着管束的两块管板直接固定在外壳上。当两流体的温度差超过50℃时，就应采取热补偿的措施。在外壳的适当部位焊上一个补偿圈（或称膨胀节），当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或收缩），以适应外壳和管束不同的热膨胀。 ②U型管式换热器

由于管子弯成U型，U型传热管的两端固定在一块管板上，因此每根管子都可以自由的伸缩。而且整个管束可以拉出壳外进行清洗，但管内的清洗比较困难，只适用于洁净而不易结垢的流体，如高压气体的换热。 ③浮头式换热器

由于一端管板不与壳体固定，是浮头结构，当管子受热或冷却时，管束连同浮头可以自由伸缩。而且管束还可以从壳体中抽出，不仅管外可以清洗，管内也可以清洗。

a 为了提高壳方流体的流速，从而增大壳方对流传热系数，可以在壳体内与管束平行的插入挡板，把壳体隔成多程；或垂直与管束在壳体设置挡板。

b 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

优点：结构紧凑、材料消耗低、传热系数大，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。

缺点：不能承受高压和高温。 （1）夹套式换热器

主要用于反应过程的加热和冷却。在用蒸汽进行加热时，为了便于排除冷凝水，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。

在加热蒸汽进口处应安装压力表以便观察蒸汽的压力和温度，在夹套上方应留有不凝性气体排除口。

对于直径较大的夹套式换热器，加热蒸汽应从不同方向的几个入口引入，如果只从一个口进入，蒸汽易走短路，使传热不均匀，增多蒸汽入口，可提高传热效果。

作为冷却器时，当夹套内通入的是冷却介质，为了便于排除夹套中的空气以及使冷却剂充满夹套，通常入口在底部，而出口在夹套上方。

特点：构造简单，内壁易搪瓷，在生产中常用作反应器、贮液槽和结晶器等，在化工生产中应用很广。但其加热面受容器壁面的限制，且传热系数也不高。为了提高传热系数，可在器内安装搅拌器，为了补充传热面的不足，也可在器内安装蛇管。 （2）螺旋板式换热器

由两张金属薄板卷成螺旋状而构成传热壁面，在其内部形成一对同心的螺旋形通道。换热器中央设有隔板，将两个螺旋形通道隔开。两板之间焊有定距柱以维持通道间距，在螺旋板两侧焊有盖板。冷、热流体分别由两螺旋形通道流过，通过薄板进行换热。

优点是传热系数大，结构紧凑，单位体积的传热面约为列管式的3倍；冷、热流体间为纯逆流

33

流动，传热推动力大；由于流速较高以及离心力的作用，在较低的数下即可达湍流，使流体对器壁有冲刷作用而不宜结垢和堵塞。

缺点为制造复杂，焊接质量要求高；因整个换热器焊成一体，一旦损坏不易修复；操作压力和温度不能太高，一般压力不超过2MPa，温度不超过300~400℃。 3．特殊形式的换热器 （1）翅片式换热器

作用：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。 ①翅片管式换热器

结构特点：在换热管的外表面或内表面装有许多翅片，常用的翅片有纵向和横向两类

管翅式换热器通常是用来加热空气或其他气体。因为用饱和蒸汽加热空气时，气体的对流传热系数值很小，而饱和蒸汽的对流传热系数值很大。所以，这一传热过程的主要热阻便集中在气体一侧，要提高传热速率，就必须设法降低气体一侧的热阻。当气体在管外流动时，在管外增设翅片，既可以增加传热面积，又可以强化气体的湍动程度，使气体的对流传热系数提高。 ② 板翅式换热器

优点：结构高度紧凑，单位体积设备所提供的传热面高达2500~4370m2/m3。传热系数也很高。因翅片对隔板有支撑作用，板翅式换热器允许操作压力也比较高，可达5MPa。

缺点：设备流道很小，容易产生堵塞并增大压力降，一旦结垢清洗很困难，因此只能处理清洁的物料。另外对焊接要求质量高，发生内漏很难修复。 （2）热管换热器

在抽出不凝气体的金属管内充以某种工作液体，然后将两端封闭。管子的内表面覆盖一层有毛细结构材料做成的芯网，由于毛细管力作用，液体可渗透到芯网中去。当加热段受热时，工作液体受热沸腾，产生的蒸气流至冷却段时凝结放出潜热。冷凝液沿着吸液芯网回流至加热段再次沸腾。如此过程反复循环，热量则不断由热流体传入热管的蒸发段，再由冷凝段将热量传向冷流体。

用热管制成的换热器，对强化壁两侧对流传热系数皆很小的气-气传热过程特别有效。近年来，热管换热器广泛地应用于回收锅炉排除的废热以预热燃烧所需之空气，取得很大的经济效果。 二、传热过程的强化途径

均1．增大传热面积

从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积。当间壁两侧相差很大时，增加值小的那一侧的传热面积，会大大提高换热器的传热速率。如采用小直径管，用螺旋管、波纹管代替光滑管，采用翅片式换热器都是增大传热面积的有效方法。 2．增大平均温度差

当换热器中两侧流体都变温时，应尽可能从结构上采用逆流或接近逆流的流向以得到较大的传热温度差。 3．增大传热系数 1K?

1?1?R内??R外?

?内??外

减小对流传热热阻、污垢热阻和管壁热阻。由于各项热阻所占比重不同，故应设法减小其中起控制作用的热阻。根据对流传热过程分析，需减小层流边界层的厚度以减小对流传热热阻。

（1）提高流速，层流边界层随之减薄。例如增加列管式换热器中的管程数和壳体中的挡板数，可提高流体在管程的流速，加大流体在壳程的扰动。

Q?KA?t 34

（2）增强流体的人工扰动，强化流体的湍动程度。如管内装有麻花铁、螺旋圈等添加物，它们能增大壁面附近流体的扰动程度，减小层流边界层的厚度，增大值。

（3）防止结垢和及时清除垢层，以减小污垢热阻。例如，增大流速可减轻垢层的形成和增厚；让易结垢的流体在管内流动，以便于清洗；采用机械或化学的方法清除垢层，也可采用可拆卸结构的换热器，以便于垢层的清除。

强化传热要权衡得失，综合考虑。如通过提高流速，增加流体的湍动程度以强化传热的同时，都伴随着流体阻力的增加。因此在采取强化传热措施的时候，要对设备结构、制造费用、动力消耗、检修操作等全面考虑，加以权衡，得到经济而合理的方案。 三、列管式换热器设计或选用时应考虑的问题 1．流体流经管程或壳程的选择原则

（1）不清洁或易结垢的流体，宜走容易清洗的一侧。对于直管管束易走管程；对于U形管束宜走壳程。

（2）腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀。 （3）压力高的流体宜走管程，以避免制造耐高压的壳体。 （4）饱和蒸汽宜走壳程，以便于排出冷凝液。

（5）对流传热系数明显小的流体宜走管内，以便于提高流速，增大值。 （6）被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。 （7）有毒流体宜走管程，使向环境泄漏机会减少。

（8）黏度大的液体或流量小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，流速和流向不断改变，在低Re（ Re ＜100）数下即可达到湍流。

（9）两流体温度差较大时，对于固定管板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走壳程，以减小管壁与壳体的温度差，减小温度应力。 2．流体流速的选择

涉及到传热系数、流体阻力及换热器结构等方面。增大流速，不仅对流传热系数增大，也可减少杂质沉淀或结垢，但流体阻力也相应增大。故应选择适宜的流速，通常根据经验选取。 3．流体进、出口温度的确定

换热器内两股流体进、出口温度，常由生产过程的工艺条件所决定，但在某些情况下则应在设计时加以确定。如用冷却水冷却某种热流体，冷却水进口温度往往由水源及当地气温条件所决定的，但冷却水出口温度则需要在设计换热器时确定。为了节约用水，可使水的出口温度高些，但所需传热面积加大；反之，为减小传热面积，则可增加水量，降低出口温度。据一般的经验，冷却水的温度差可取5~10℃。缺水地区可选用较大温度差，水源丰富地区可选用较小的温度差。若用加热介质加热冷流体，可按同样的原则选择加热介质的出口温度。 4．提高管内膜系数的方法——多程

当流体流量较小而所需传热面积较大，即管数多，管内流速较低时，为了提高流速，增大管程对流传热系数，可采用多程，即在换热器封头内装置隔板。但程数多时，隔板占去了布管面积，使管板上能利用的面积减少，导致管程流体阻力增加，平均温度差下降。设计时应综合考虑这些问题。列管换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种。采用多程时，通常应使每程的管子数相等。 5．提高管外膜系数的方法——装置挡板

安装挡板的目的是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，提高壳程流体的对流传热系数。常用的方式有下面两种。 （1）装置纵向挡板 （2）装置横向挡板 6．管子的规格和管间距

教学反思：

35

第六章 吸收

学时分配：12学时 本章教学目的与要求：

了解吸收的应用，着重掌握双膜理论，并能在此基础上进行吸收剂用量计算和填料层高度计算。

其 它：

课 堂 教 学 方 案

课题名称、授课时数：第一节 概述第二节 吸收的相平衡（4学时） 授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课 教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体 教学目的要求：掌握吸收操作的类型以及相关基本概念

教学重点、难点：吸收操作的类型及方法，亨利定律，比摩尔分率，吸收速率

第一节 概述

一、吸收的类型 二、吸收剂的选择 三、吸收操作的条件

第二节 吸收的相平衡

一、亨利定律

二、用摩尔比表示的相平衡关系 三、气体在液体中的溶解度 教学反思：

课 堂 教 学 方 案

课题名称、授课时数：6-3 吸收速率方程（4学时） 授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课 教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体 教学目的要求：掌握吸收过程推动力、阻力的概念 教学重点、难点：吸收过程总传质速率方程

6-3 吸收速率方程

吸收的传质速率等于传质系数乘以吸收的推动力。吸收的推动力有多种不同的表示法，吸收的传质速率方程有多种形式。应该指出不同形式的传质速率方程具有相同的意义，可用任意一个进行计算；但每个吸收传质速率方程中传质系数的数值和单位各不相同；传质系数的下标必须与推动力的组成表示法相对应。

36