(2) 沉浸式蛇管换热器
◎ 结构：将金属管子绕成各种形状，沉浸在液体中。 ◎ 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 ◎ 缺点：管外流体的湍流程度低，表面传热系数较小。管 内易除垢。 ◎强化传热方法：可安装搅拌器。
蛇 管 的 形 状
(3) 喷淋式换热器
直管
水槽
喷淋式冷却器
◎ 结构：将换热管成排地固定于支架上，热流体在管内流动， 冷却水由管上方的喷淋。 ◎ 优点：湍流程度高，传热效果好；冷却水在喷林中气化，携 带热量，降低冷却水温度；便于检修和清洗。 ◎ 缺点：喷淋不易均匀，杂质易进入冷却水。 ◎应用范围：多用于冷却管内的热流体。
管程 管程 管程 壳程
壳程 壳程
(b) 流速的选择 流速↓，表面传热系数↓，污垢热阻↑，流体阻力↓；
◆
◆ 流速↑，表面传热系数↑，污垢热阻↓，流体阻力↑。
管程和壳程都需要选择适宜的流速 管程 一般流体 易结垢液体 气体 0.5~3 >1 5~30 壳程 0.2~1.5 >0.5 3~15
对于液体，一般粘度越大，要求流速越大
管程不易清洗。 适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。
4.7.2 列管式换热器的设计和选用
（1）列管式换热器设计和选用应考虑的问题 (a)选择流程:哪一个物流走管程，哪一个物流走壳程
一 般 经 验 原 则
流体有结垢 腐蚀性 压力高的高低 饱和蒸汽 ，需要冷却的流体
流量小而粘度大的流体 表面传热系数大的流体
换热管规格：
管长选取：有利于清洗和选材
1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m
L 一般情况下： 4~6 D
管子在管板上的排列：
正三角形排列
正方形排列
正方形排列
正三角形排列、正方形排列两种 正三角形排列优点：结构紧凑 管外湍流程度高，表面传热系数大
正方角形排列优点： 易于检修、清洗
(e) 折流挡板 可大幅度提高管外表面传热系数 考察折流板的参数：形式、缺口大小、折流板间距
7.1 间壁式换热器的类型
(1) 夹套式换热器
搅拌器
◎ 结构：在容器外壁安装夹 套制成。 ◎ 优点：结构简单。 ◎ 缺点：传热面受容器壁面 限制，传热系数小。
◎应用范围：主要用于反应 过程的加热或冷却。 ◎强化传热方法：
物料
釜
加热蒸汽
釜内安 装搅拌器，
加螺旋隔板， 在釜内安装蛇管。
物料
冷凝水
夹套式换热器
对壳体起支撑作用。
代价：壳体阻力↑，系统动力消耗↑。 安装：上下安装，常用； 左右安装，排液不畅时采用。 常用形式：弓形，圆盘形。
弓形
圆盘形
a）固定管板式换热器 固定管板式
浮头式
U形管式 优点：* 结构简单，成本低； 局限：
管、壳温度不同，产生热应力，当Δt＞50℃时，管弯
曲、断裂或管板变形。
说明：
p t
3 NP
② 壳程阻力
对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，
（2）流体通过换热器时阻力的计算 ① 管程阻力
管程总阻力：pt (pi pr ) F t Ns N p
l u 2 每程直管阻力： pi d 2
Ft 结构校正系数，
每程回弯阻力： pr 3
u 2
2
25 2.5 Ft 1.4 19 2 Ft 1.5
（5）管壳式换热器 又称为列管式换热器，是最典型的间壁式换热器。 ◎ 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，
其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面
即为传热面。
◎ 优点： 单位体积设备所 能提供的传热面 积大， 传热效果好， 结构坚固， 可选用的结构材 料范围宽广， 操作弹性大，
单程： 多程： ◆ 多管程：封头内设置分程隔板
单管程→多管程。
◆ 多壳程： 相当于单壳程串联，传热面积↑。
双管程固定管板换热器
传热面积：
A双 A单 d o Ln
S单
流通截面积：
4
di n
2
1 S 双 S单 2
说明：管程数↑，流通截面积↓，管内流速↑，hi ↑，强化传热。
折流挡板 作用：提高壳程流体湍动程度(Re>100 湍流)，ho，强化传热。 冲刷沉积物，减小污垢热阻；
换热器
分类: ① 按用途---加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等。
②
按冷热流体热量交换的原理和方式
直接接触式：冷、热直接混合。 蓄热式：
冷流体 热流体
th 热 Φ 流 体 th, tc,
w
Φ
冷 流 体
tc
热流体
冷流体
w
蓄热式换热器示意图
流体通过间壁的热交换
间壁式：冷、热两流体由固体壁隔开，不直接接触
圆缺形折流挡板的缺口大小的选择
圆缺形折流挡板的间距的选择 间距太大，表面传热系数下降， 间距太小，阻力增大，不便制造、检修 挡板间距：一般取壳体内径的0.2~1.0倍 我国系列标准： 固定管板：100、150、200、300、450、600、700 浮头式：100、150、200、250、300、350、450、600
(c) 流动方式的选择
◆对于同样的进、出口条件，传热量相同，
◆管程
A逆<A并；
或壳程↑，表面传热系数↑，但同时流动阻力↑，
△tm ↓，应权衡确定。
单管程——逆流
200 160
多管程
100
60 110 200 160 160 60 100
60 200
110
100
(d) 换热管规格和排列的选择 换热管规格越小 单位体积传热面积越大 容易结垢、赌塞， 阻力大， 25 2.5，19 2， 25 2， 38 2.5等 制造、检修不便
壳程不易机械清洗；
适用： * 壳程流体不易结垢或容易化学清洗； * 壳体与传热管壁温度之差小于50C，否则加膨胀节。
带膨胀节的固定管板换热器
b）浮头式换热器 一端可以沿轴向自由浮动
特点：消除了温差应力、便于清洗和检修； 结构复杂、成本高； 适用：应用广泛。
c）U形管式换热器
结构:
特点：具有温度补偿作用；
（4）套管式换热器
外 管 内 管
套管式换热器
◎ 结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U 形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。 ◎ 优点：表面传热系数大；逆流流动，平均温差最大；结构简 单；能承受高压。 ◎ 缺点：占地面极大；耗材量大；易泄漏。 ◎应用范围：流量不大，粘度较大，传热面积不多，压强较高
