换热器分类、选型及设计——基础知识
1、换热器的分类
换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。化工生产中，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用甚为广泛。换热器种类很多，但按照传热方式和结构分类可分为间壁传递热量式和直接接触传递热量式。
间壁式换热器的特性
下面有一些常见的换热器原理图：
（1）U型管式换热器
（2）浮头式换热器
（3）列管式换热器
（4）具有补偿圈的换热器
（5）板翅式换热器
（6）沉浸蛇管换热器
（7）夹套式换热器
（8）螺旋板式换热器
（9）喷淋式换热器
（10）热管换热器
（11）套管式换热器
2、按工艺功能选用换热器
2.1冷却器
（1）间壁式冷却器
传热量大时，应选用单位体积传热面积大的换热器，板式换热器单位体积的传热面可达250m2/m3以上，而管壳式换热器仅为110m2/m3;同时，板式换热器传热系数大于管壳式换热器，因此，选用板式换热器比较经济。
从换热器使用温度和压力来看，根据GB 151-1999，管壳式换热器的使用压力可达35MPa,最高使用温度为450℃（且满足DN≤2600nm; PN≤35MPa; DN·PN≤1.75×104 ）。板式换热器除螺旋板式外使用条件均与制造材料、密封材料有关，一般使用温度不大于150℃。板翅式换热器的使用温度范围为-200——150℃，使用压力可达6.0MPa。板式换热器的压力降大，对于压降要求交严的工艺条件不能选用。除此，管壳式换热器的制造方便，相对投资费用较低。因此，工程上选用管壳式换热器作为冷凝器。
板翅式换热器由于翅片的作用，宜用于气态物料的冷却，它比管壳式换热器中带翅片的管子便宜。
物料结垢严重时，应选用能容纳较多污垢的管壳式换热器。传热量不大，物料量又少时，宜选用套管式换热器。套管式换热器的特点是内管直径可以根据工艺的需要确定，允许带有固体粒子物料的冷却。
（2）直接接触式冷却器
选用直接接触式冷却器的工艺条件如下。
①需要急速降低工艺物料的温度。
②伴随有吸收的工艺物料的冷却。
③伴随有除尘的工艺物料的冷却。
④大量热水的冷却和大量水蒸汽的冷凝冷却。
直接接触式冷却器一般为两相操作，气相为连续相，液相为分散相。被冷却的物流可以是任意一相。被冷却的物流为气相时，冷却介质可以为水或不易挥发的各种溶剂等。被冷却物流为液相时，冷却介质多为空气，也可以是另一种低温的气相物流。
当被冷却的物流为气相时，若被冷却的物流不仅要冷却，并且希望进行吸收操作时，一般选用填料塔式。当工艺物流可以允许有较大的压降时，可以采用湍球塔(TCA)。如需急速终止反应而降低工艺物流的温度，而且降压又不允许很高，甚至工艺物流为负压时，应采用喷射式的直接接触式冷却器。当被冷却的物料为液相时，如被冷却的物流为高温水，整个系统可为敞开式，其冷却介质常为空气，根据其物料量的大小可选用木质格栅式、纸质油津蜂窝式直接接触式等冷却器；如被冷却的物流为工艺物料、而冷却介质也为工艺物料，应采用密闭系统，然后根据各物料的工艺条件选择适当的直接接触式冷却器。
2.2加热器
按工艺物料被加热的高低来选择加热器
（1）高温情况
当被加热物料要求达到500℃以上时，可选用蓄热式或直接火、电加热等方式。当被加热物料和加热介质之间混合对工艺无影响时，可以采用蓄热式。当被加热物料不允许与加热介质相混时，可采用直接电、火加热的方式。
（2）中温情况
中温加热（150——300℃）一般采用有机热载体为加热介质。选用时，以在有机热载体的最高允许使用温度下运转8000h,分解不超过30%为基准，分解量在10%以下则较为理想。有机热载体的使用方式分为气相和液相两种。
（3）低温情况
选用低温度（小于150℃）加热器型式时，首先考虑的是管壳式换热器。只有在工艺物料的特性或者工艺条件特殊时，才考虑选用其他型式。对于含有少量颗粒物料的加热时，可采用套管式、螺旋板式换热器。
3、换热器设计计算程序
以下主要描述管壳式换热器的设计计算为例：
①根据已知条件确定管程和壳程的物体流量，进出口的温度条件；根据两侧流体的温度条件，确定两流体在该换热器中定性温度的物性值。物性值包括密度ρ，比热cp，热导率λ，黏度μ，并计算该换热器的传热量Q。
②根据换热器的对数平均温差Δtm，温差修正数FT。
③假定总传热系数K0。
④按式Q=KAΔt计算所需的传热面积A。
式中K—总传热系数，W/(m2·K)；A—换热器总传热面积，m2；Δt—进行换热的两流体之间的平均温差，K。
式中K—总传热系数，W/(m2·K)；A—换热器总传热面积，m2；Δt—进行换热的两流体之间的平均温差，K。
⑤分别计算管程、壳程的传热系数hi、ho，根据两物体的污垢系数计算总传热系数K计，如果K0＞K计，按K0=K计返回第四步，如满足则进行下一步。
⑥计算管、壳两侧压力降，如满足工艺条件则结束，不然，则调整管程和壳程的结构条件，返回第五步重新计算。
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