第五篇過程設(shè)備概論第十章傳熱與傳質(zhì)設(shè)備1換熱設(shè)備的應(yīng)用使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備稱為換熱設(shè)備定義應(yīng)用它是化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備投資比重化工廠中，約占總投資的10%～20%；煉油廠中，約占總投資的35%～40%。工業(yè)使用使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。換熱設(shè)備也是回收利用余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。10.1換熱設(shè)備10.1.1概述（1）按作用原理和傳熱方式分類一、直接接觸式換熱器（混合式）二、蓄熱式換熱器三、間壁式換熱器2換熱設(shè)備分類a、直接接觸式換熱器——又稱混合式換熱器，見下圖?！美?、熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱。如冷卻塔、冷卻冷凝器等。為增加兩流體接觸面積，充分換熱，在設(shè)備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結(jié)構(gòu)。圖17-1直接接觸式換熱器優(yōu)點(diǎn)——傳熱效率高、單位容積傳熱面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等。但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合b、蓄熱式換熱器原理——又稱回?zé)崾綋Q熱器

借助固體（如固體填料或多孔性格子磚等）構(gòu)成的蓄熱體，使熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體。熱流體熱流體冷流體冷流體載熱體圖17-2蓄熱式換熱器優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、單位體積傳熱面大，適用于氣—?dú)鉄峤粨Q。如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。局限——若兩種流體不允許混合，不能采用蓄熱式換熱器過程設(shè)備設(shè)計(jì)一、管式換熱器二、板面式換熱器三、其它型式換熱器管殼式換熱器蛇管式換熱器套管式換熱器纏繞管式換熱器板殼式換熱器螺旋板式換熱器板式換熱器板翅式換熱器傘板式換熱器傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同c間壁式換熱器分類3換熱器選型換熱器選型主要因素：1.滿足工藝要求（壓力、溫度及允許壓力降的范圍）；2.使用安全可靠；3.便于設(shè)備的安裝、操作、清洗、維修的要求；4.經(jīng)濟(jì)合理（材料；價(jià)格、使用壽命等）。10.1.2管殼式換熱設(shè)備基本類型一、固定管板式二、浮頭式三、U形管式四、填料函式五、釜式重沸器（一）固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)固定管板式換熱設(shè)備立體圖(a)外形圖(b)剖面圖——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)——當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。應(yīng)用為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。（二）浮頭式結(jié)構(gòu)浮頭端可自由伸縮，無熱應(yīng)力浮頭端浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)——管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；缺點(diǎn)——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時(shí)對密封要求較高。應(yīng)用——?dú)んw和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。（三）U形管式換熱器結(jié)構(gòu)U形管U形管式換熱器

優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。受彎管曲率半徑限制，布管少；管束最內(nèi)層管間距大，管板利用率低；缺點(diǎn)殼程流體易短路，傳熱不利。當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有外層U形管可更換，內(nèi)層管只能堵死，壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要應(yīng)用清洗，又不宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。（四）辟填料函筑式結(jié)構(gòu)填料函針式密封優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較浮飾頭式簡單鳥，加工制麻造方便；節(jié)省材料他，造價(jià)比焰較低廉;管束從昆殼體內(nèi)畜可抽出跌;管內(nèi)、量管間都動(dòng)能進(jìn)行駱清洗，屈維修方片便。缺點(diǎn)填料處易伸泄漏。應(yīng)用4MPa以下，且腸不適用于何易揮發(fā)、藍(lán)易燃、易爆、有變毒及貴重閑介質(zhì)，使適用溫度受章填料的物駕性限制漿。注：填料痛函式換熱歸器現(xiàn)在已為很少采用困。（五）李釜式重荷沸器蒸發(fā)空間結(jié)構(gòu)管束可以棚為浮頭式科、U形管遍式和固定泊管板式結(jié)逝構(gòu)與浮頭式懷、U形管背式換熱器醬一樣，清洗維守修方便格；可處理算不清潔朽、易結(jié)豎垢介質(zhì)串，能承受高溫敢、高壓（雅無溫差應(yīng)光力）。特點(diǎn)10.僵1.3漲管悄殼式換之熱器結(jié)保構(gòu)管程—難—與管捕束中流劑體相通挺的空間殼程——螞換熱管外束面流體及站相通空間管程殼程管程（一）管程結(jié)構(gòu)一、換嗓熱管二、管板三、管箱四、管愁束分程五、換茄熱管與榜管板連譯接1、換愛熱管a.換朝熱管型網(wǎng)式光管強(qiáng)化傳熱縣管翅片管做（在給師熱系數(shù)統(tǒng)低側(cè)）螺旋槽管螺紋管b.換熱傲管尺寸φ19×河2、φ2素5×2.寨5和φ3靜8×2.姿5mm無為縫鋼管φ孝25×2萄和φ38僑×2.5慰mm不銹息鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長桂1.5、緊2.0、準(zhǔn)3.0、啦4.5、贏6.0、蜜9.0m均等2、管屋板作用用來排口布換熱歉管；將管程籍和殼程烘流體分日開，避忽免冷、己熱流體古混合；承受管成程、殼翠程壓力趁和溫度齒的載荷碧作用。換熱管排姐列形式及榮中心距p三角形布防管多，但引不易清洗撥；正方形預(yù)及轉(zhuǎn)角復(fù)正方形灰較易清趴洗管橋強(qiáng)度清洗通暖道P≥1局.25直d0常用換棵熱管中不心距/炊mm換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距16192532404857723、管棵箱作用——濕流體送入當(dāng)換熱管和膊送出換熱蜓器，在多管程宋結(jié)構(gòu)中，研還起到改援變流體流盼向的作用猴。結(jié)構(gòu)形式嬸決定因素姥——清洗起？管束分幻玉程？(a)(b)(c)(d)換熱器管贈(zèng)箱4、換熱全管與管板津連接強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊脹焊并晴用(1)強(qiáng)錄度脹保證換由熱管與雨管板連戰(zhàn)接的密封性窯能及抗拉脫鏟強(qiáng)度的脹接設(shè)計(jì)壓力泉≤4.0脈MPa；設(shè)計(jì)溫度果≤300勢℃；操作中無六劇烈振動(dòng)乞、無過大和溫度波動(dòng)栗，及無明顯裂應(yīng)力腐蝕席等場合。應(yīng)用338300300Kδ1113003386K111δδ33863003111300K貼脹結(jié)構(gòu)用于δ頓≤25剝mm的場合用于δ口＞25院mm的場合用于厚管判板及避免挪晶間腐蝕堤的場合強(qiáng)度脹糧接管孔索結(jié)構(gòu)300l機(jī)械脹接(2)鬼強(qiáng)度焊保證換熱腦管與管板血連接的密封性伏能及抗資拉脫強(qiáng)岡度的焊肚接。用于整體賭管板用于復(fù)射合管板強(qiáng)度焊中接管孔衛(wèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)燥強(qiáng)度高，虧抗拉脫力廊強(qiáng)度高。高溫下湖也能保剝證連接紫處的密行封性能士和抗拉算脫能力賢。泄露處可頸補(bǔ)焊和更匪換。焊后，管慕子與管板遠(yuǎn)中存在殘強(qiáng)余熱應(yīng)力背和應(yīng)力集睜中，運(yùn)行時(shí)方可能引孕起應(yīng)力陳腐蝕與航疲勞破談壞；縫隙腐蝕倡。缺點(diǎn)除較大厘振動(dòng)和痛縫隙腐唉蝕場合雄外，該塊方法應(yīng)餅用廣泛赤;薄管板不悄能脹，只雷能焊。應(yīng)用3)脹焦焊并用主要有強(qiáng)度脹+密封焊、強(qiáng)度焊+貼脹、強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹等不僅能提綢高連接處件的抗疲勞撈性能，而且還言可消除起應(yīng)力腐礎(chǔ)蝕和縫眉隙腐蝕頓，提高使努用壽命應(yīng)用：密封性柳能要求匪較高；承受振律動(dòng)和疲疫勞載荷閑；有縫隙腐春蝕；需使用油復(fù)合管逢板等的近場合(二）殼程結(jié)構(gòu)一、殼輸體二、折流仁板三、折探流桿四、防子短路結(jié)絲式構(gòu)五、殼色程分程1、殼體（1）愧接管（2）腿防降沖擋板（3）書導(dǎo)流筒焊在殼首體上，聰供殼程喇流體進(jìn)嘩、出。防止進(jìn)口軋流體直接倘沖擊管束駕造成管子積的侵蝕和振動(dòng)，在門殼程進(jìn)口宗接管處安調(diào)裝，也叫合緩沖板。焊接在昨拉桿、羨定距管次、I折框流板上焊接在譽(yù)圓筒上用U型急螺栓固疼定在換裕熱管上固定形式減少流體驅(qū)滯留區(qū)，哪改善兩端退流體的分跟布，增加換祖熱管的釣有效換鄙熱長度廉，提高哄傳熱效聯(lián)率；起防沖斑擋板的喉作用。導(dǎo)流筒2折垮流板1)作用提高殼程鎖流體流速汗，增加湍朽動(dòng)程度；使殼程綢流體垂陽直沖刷喊管束，痕提高殼借程傳熱際系數(shù)；減少結(jié)豎垢。2.結(jié)構(gòu)形式沿（見圖）弓形圓盤-辭圓環(huán)形(a)單弓形(d)圓盤-圓環(huán)形(c)三弓形(b)雙弓形弓形缺濁口高度鳴h應(yīng)使流熔體流過田缺口時(shí)奴與橫向脅流過管賞束時(shí)的趙流速相劍近缺口大小茫用弓形弦紐奉高占?xì)んw牲內(nèi)直徑的這百分比來擇表示，如單弓境形折流軋板，h盞一般取旋0.2金0～0通.45岔Di，碌最常用柄0.2遵5Di亭。折流板劈燕形式弓形折鉤流板結(jié)籍構(gòu)示意耀圖弓形缺港口及通霜液口設(shè)逮置殼程為單惠相清潔液飛體時(shí)，折搞流板缺口冬上下布置折流板缺迎口布置通液口通氣口折流板盤缺口垂嘗直左右擦布置折流板3.折流板覺的固定B、換熱管外乎徑≤14霉mm時(shí)供——點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)A、換熱管槳外徑＞14夕mm時(shí)異——拉桿-律定距管喊結(jié)構(gòu)dndn拉桿結(jié)構(gòu)4、膨脹節(jié)膨脹節(jié)臺(tái)是一種褲能夠自厭由伸縮把的彈性弄補(bǔ)償元醬件，由澡于它的雄軸向柔修度大，當(dāng)管束償和殼體崗由于壁匆溫不同原而產(chǎn)生津膨脹差兵時(shí)，可句以通過憲膨脹節(jié)壺有效地險(xiǎn)起到補(bǔ)黃償軸向煙變形的宇作用，井從而降莖低溫差威應(yīng)力。膨脹節(jié)朽的結(jié)構(gòu)挺形式有千U形膨稱脹節(jié)、他平板膨茶脹節(jié)和究Ω形膨鏡脹節(jié)等紛，如下庫圖所示折。U形膨脹賢節(jié)由于結(jié)檢構(gòu)簡單、撿補(bǔ)償能力喪大、價(jià)格琴便宜，故妙應(yīng)用最為卸普遍，一隔般適用于望設(shè)計(jì)壓力帽p≤2.墾5MPa鬼。有關(guān)膨脹奔節(jié)的設(shè)計(jì)飽計(jì)算參見丑GB1率6749謊《壓力容籠器波形膨座脹節(jié)》。管殼式艘換熱設(shè)錄備的設(shè)輕計(jì)內(nèi)容毯包括兩賣部分：(1)一是管憲殼式換亞熱設(shè)備膽的工藝莊設(shè)計(jì)，狼根據(jù)過溝程原理退和生產(chǎn)童工藝要抗求進(jìn)行帆設(shè)計(jì)；(2)二是管殼復(fù)式換熱設(shè)奏備的機(jī)械員設(shè)計(jì)，應(yīng)嚷根據(jù)GB慰151廈《管殼式確換熱器》交的規(guī)定和你要求進(jìn)行急設(shè)計(jì)。10.圈1.4驗(yàn)設(shè)計(jì)犁簡介(1)管殼式換喝熱設(shè)備工傅藝設(shè)計(jì)的趕主要步驟:①根據(jù)占冷、熱流信體的流量祝、進(jìn)出口劉溫度、工先作壓力等叔工藝條件卷計(jì)算出換現(xiàn)熱設(shè)備所沖需的傳熱局量；②根據(jù)流考量、壓偏力、溫鴉度、介病質(zhì)性質(zhì)饑、傳遞鈔熱量大涼小以及肝考慮制逆造、安砍裝和維哀修方便構(gòu)等多種鳥因素，忠選擇換緊熱設(shè)備詢的類型速與主要蝴結(jié)構(gòu)；③確定朗換熱設(shè)備值內(nèi)冷、熱盤流體的流外動(dòng)通道、根流向(并流、善逆流或版錯(cuò)流)和流程隨等；④根拾據(jù)換熱同設(shè)備所丘需的傳蠢熱量，辜計(jì)算出毅要求的奮換熱面木積，并息初步確獅定換熱伯設(shè)備的浩基本參弟數(shù)(換熱管惕尺寸、貸數(shù)量，瘋管程數(shù)躲，殼體叫直徑，指殼程數(shù)兔等)；⑤核算菜換熱設(shè)備緊的傳熱能蘆力和流體眨阻力；⑥根據(jù)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)選用衛(wèi)管殼式換剪熱設(shè)備的擴(kuò)型號(hào)。(2)管殼式換積熱設(shè)備機(jī)城械設(shè)計(jì)的蠅主要步驟:①根蛛據(jù)壓力奧、溫度穗、介質(zhì)麗性質(zhì)(主要是腐違蝕性)、材嫁料的焊光接性能吩以及制凡造工藝癢等選擇漏換熱設(shè)讓備各零認(rèn)部件合喘適的材勢料；②殼體、封頑頭的選型殖和強(qiáng)度計(jì)叨算；③管箱絮的選擇，邪支座的選柄用；④壓力紐奉容器法蘭掌的選擇，浸接管、管廢法蘭的選蓋用及開孔鈴補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)智；⑤管板窯計(jì)算；⑥折流梅板的選擇肆與計(jì)算。10.2塔設(shè)備環(huán)的應(yīng)用裝置名稱塔設(shè)備投資的比例(%)裝置名稱塔設(shè)備重量的比例(%)化工及石油化工25.460萬噸，120萬噸/年催化裂化48.9煉油及煤化工34.8530萬噸/年乙烯25.3化纖44.94.5萬噸/年丁二烯54表10隔-1往塔設(shè)備使的投資明及重量熔在過程什設(shè)備中顫所占的輛比例化工、煉束油、石油牢化工、醫(yī)職藥、食品線及環(huán)境保失護(hù)等工業(yè)慘部門。10.2說.1概允述1、作逗用實(shí)現(xiàn)氣絨（汽）做相-液愈相或液勸相-液痛相之間朗的充分接觸，名使相際順間進(jìn)行餅傳質(zhì)及璃傳熱。2、應(yīng)用蒸餾、蜘吸收、辱介吸（當(dāng)氣提）答、萃取緒、氣體煩的洗滌、增毛濕及冷請卻等單貌元操作豆。3、塔設(shè)備飯的分類(3)名按內(nèi)孩件結(jié)構(gòu)曠分：填騎料塔、辭板式塔奔。(1)磚按操誼作壓力慚分：加瘦壓塔、勞常壓塔勝及減壓托塔。(2)賢按單元操掌作分：精揉餾塔、吸吉收塔、介潔吸塔、萃帳取塔、反應(yīng)塔、瓣干燥塔等寒。4、塔設(shè)估備的選型優(yōu)先選移用填料起塔：在分離素程度要刮求高的喜情況下米，因某之些新型刃填料具駐有很高的傳質(zhì)效來率，故可愚采用新型遞填料以降賺低塔的高讓度；(2)鐘對于案熱敏性蚊物料的蓮蒸餾分爐離，因甜新型填火料的持腹液量較閉小，壓降小憐，故可移優(yōu)先選去擇真空易操作下鼓的填料呆塔；(3)尺具有腐蝕擦性的物料單，可選用光填料塔。鵲因?yàn)樘盍细┧刹捎梅墙饘倩畈牧?，殼如陶瓷退、塑料省等?4)侮容易刻發(fā)泡的淹物料，賓宜選用咐填料塔還。因?yàn)轼喸谔盍蠑浪?nèi)，誕氣相主要不兇以氣泡形膏式通過液郵相，可減削少發(fā)泡的旨危險(xiǎn)，此外，填歐料還可紀(jì)以使泡涂沫破碎災(zāi)。塔內(nèi)液困體滯液船量較大者，操作啄負(fù)荷變蕩化范圍牽較寬，保對進(jìn)料許濃度變化要煩求不敏葛感，操新作易于穩(wěn)穩(wěn)定；(2)嗎液相鑰負(fù)荷較訊小。因飯為這種借情況下且，填料丹塔會(huì)由殘于填料克表面濕潤不充矛分而降持低其分拿離效率洞；(3)替含固體顆撿粒，容易岸結(jié)垢，有碌結(jié)晶的物塑料，因?yàn)榉喊迨剿尚⑦x用液流通道互較大的塔勿板，堵塞咱的危險(xiǎn)較剪??；優(yōu)先選撿用板式府塔：(5)顯在較高壓巖力下操作李的蒸餾塔洲仍多采用漠板式塔，備因?yàn)閴毫^牧高時(shí)，器塔內(nèi)氣勺液比過滋小，以銹及由于弊氣相返只混劇烈等原霧因，應(yīng)用哈填料塔分竹離效果往川往不佳。(4)織在操煤作過程羽中伴隨從有放熱插或需要款加熱的魚物料，儲(chǔ)需要在塔內(nèi)互設(shè)置內(nèi)餃部換熱燙組件，競?cè)缂訜釚|盤管；零需要多呈個(gè)進(jìn)料口或中多個(gè)側(cè)線競出料口。腹這是因?yàn)楦C一方面板昂式塔的結(jié)構(gòu)摟上容易禿實(shí)現(xiàn)，亞此外，壯塔板上剃有較多繩的滯液伸以便與加槍熱或冷票卻管進(jìn)陪行有效假地傳熱燙；優(yōu)先選用弦板式塔：優(yōu)先選斬用板式精塔：塔型項(xiàng)目填料塔板式塔壓降小尺寸填料，壓降較大，大尺寸及規(guī)整填料，壓降較小較大空塔氣速小尺寸填料氣速較小，大尺寸及規(guī)整填料氣速較大較大塔效率傳統(tǒng)填料，效率較低，新型亂堆及規(guī)整填料效率較高較穩(wěn)定、效率較高液-氣比對液體量有一定要求適用范圍較大持液量較小較大安裝、檢修較難較容易材質(zhì)金屬及非金屬材料均可一般用金屬材料造價(jià)新型填料，投資較大大直徑時(shí)造價(jià)較低填料塔與橋板式塔的矛比較各種塔設(shè)考備除內(nèi)部朗結(jié)構(gòu)差異忙較大外，袖其他結(jié)構(gòu)斑基本相同齒。塔設(shè)備宜的基本結(jié)炎構(gòu)可分為劇如下幾個(gè)悲部分：(1)塔體--包醉括圓筒搭、封頭掏及可能夸采用的惹設(shè)備法醫(yī)蘭等。(2)內(nèi)件--填閃料及其小支承裝連置或塔周板及其盆附件。(3)支座--它是終塔體與基琴礎(chǔ)的連接火結(jié)構(gòu)。(4)附件--包雞括人孔棚、手孔堂，物料莖進(jìn)出管等，儀表滿檢測管店，液體戶的分布畫裝置和景氣體進(jìn)簡料分布富裝置，吹以及塔本外的操圣作平臺(tái)扛、扶梯紡和吊柱卸等。10.毫2.2無塔設(shè)稀備的總勾體結(jié)構(gòu)板式塔眉立體圖(a)外形圖(b)剖面圖填料塔立弓體圖(a)外形圖(b)剖面素圖塔盤結(jié)藍(lán)構(gòu)1）板式書塔塔盤結(jié)望構(gòu)定距管卸式塔板暮的結(jié)構(gòu)姿如圖所遲示。塔盤結(jié)構(gòu)泡罩篩板浮閥2)填料膝塔常用填料適類型①亂塘堆填料稈的類型包括環(huán)困形填料忘、鞍形姨填料和搏鞍環(huán)填鏟料。②規(guī)悅整填料包括波生紋板填外料(見圖癥示)和波紋補(bǔ)網(wǎng)填料降兩種。液體分布鳳裝置除沫器用于捕集紛夾帶在氣徒流中的液慰滴。除沫器工垂作性能的嶼好壞對除跡沫效率、摔分離效果雁都具有較朗大的影響掙。(a)縮徑型(b)全徑型絲網(wǎng)除沫器結(jié)構(gòu)示意圖吊柱安裝于文塔頂，傷主要用須于安裝懼、檢修有時(shí)吊運(yùn)坑塔內(nèi)件舌。扶梯與平粗臺(tái)10.想2.3溝塔設(shè)倡備設(shè)計(jì)監(jiān)簡介塔設(shè)備危的設(shè)計(jì)尼內(nèi)容包碗括兩部鄙分：(1)一是塔設(shè)太備的工藝站設(shè)計(jì)，根緒據(jù)過程原前理和生產(chǎn)爪工藝要求烘進(jìn)行設(shè)計(jì)便；(2)二是塔設(shè)懸備的機(jī)械忽設(shè)計(jì)，應(yīng)捉根據(jù)JB尼/T4肉710《接鋼制塔式徐容器》的姐規(guī)定和要嚇求進(jìn)行設(shè)點(diǎn)計(jì)。下面以歪板式塔終為例，肚簡述塔肚設(shè)備的頃具體設(shè)起計(jì)步驟銅。(1)塔設(shè)備的毀工藝設(shè)