工技术的开发研究正日益侧重于节省能源，扩大对能源的适应范围，加强环境保护等。最近美国采用热泵循环，配合以高热流管用于精留塔中，能够显著地降低能量消耗。日本在生产中采用了高热流管的沸和冷凝换热器，其传热效率比低翅片管换热器提高80%以上。它不仅可用于空气温度调节和冷冻机内，而且也可用在沸腾和冷凝传热的各种类型的换热器中。从设备角度考虑低品位能的利用正受到重视，化学工业中的低温余热占总能量消耗的80%，充分利用低品位能是提高总体热效率的关键。热泵可比较离效地利用低品位能。从以上介绍，在化工生产中所使用的换热器种类和形式很多的，但完善的换热设备至少应满足下列几种因素1.保证达到工艺所规定的换热条件；2.强度足够及结构可靠；3. 便于制造、安装和检修;4.经济上要合理。第二节传热的一般概念传热学是一门研究由于温度不同所引起的热的传递过程的学科。它与热力学不同之处,在于后者是讨论平衡状态的系统，用以预测某一系统从一种平衡状态改变到另一种平衡状态的可能性问题，但是不能预测所发生的变化到底有多快，因为在这种状态变化的过程中，系统并不是处于平衡状态。因此这就需要由传热学来解决。由此可见,传热学不仅要阐明热能被传递的原因，而且也用以预测在特定条件下，所发生热量传递的快慢，即所谓热传递的速率。应用传热学规律来解决实际问题，不外乎有两种类型：种是力求热传递过程的强化如为了完成一定热量的交换任务，能设计出最经济(亦即设备费和操作费的总费用为最少)的换热设备来；另一种是力求热传避过程的削弱，如尽可能减少不必要的热损失。根据热传递机理的不同，热的传递有三种基本方式，即传导、对流和辐射。但在实际生产中所遇到的传热过程很少是单一的传热基本方式，往往是儿种基本方式同时出现,这就使得实际的换热过程很复杂。在流体对流传热时，往往同时也有传导现象存在。在辐射传热时，往往也有对流和传导现象存在。不过其中总有一种方式是主要的。O现以化工生产中最常见的间壁换热为例，它就是同时并存着热流体冷流对流、传导和辐射三种方式，但辐射传热的影响一般可忽略不计。如图1-1所示,若管壁的一侧为热流体,其温度为T，另一侧为冷流体,其温度为t，由于它们之间存在着温度差 4t-T-t,，所以热量就由热流体传给管壁，然后再由管壁传递给冷流体。 在热流体图1-1流体通过间把热量传递给固体管壁，或由固体管壁将热量传递给冷流体时，均壁的热交换称为给热过程,在这一过程中,它既有对流，又有传导。 而热量由管壁的一侧传递到另一侧,则是固体内部的传导。由此可见，实际换热的过程往往是两种或三种基本方式的复杂的组合。为了解决它们的实际计算，就必须首先熟悉传导、对流和朝射三种基本过程的规律，然后再讨论如何将这些规律应用到各种类型换热器的设计计算中去
第三节换热器的分类[5]第三节换热器的分类换热器的粪型随工业发展而扩大，早期的换热设备由于制造工艺和科学水平的限制，多有结构简单，换热面积小和体积较大等特征，如夹套式和蛇管式等。后来，由于制造工艺的发展，提出了一种管壳式或称列管式的换热器。这种换热器的特点是单位体积设备所能提供的换热面积要大得多，传热效果也好。它成为长期以来在化工生产中所使用的典型的换热设备。本世纪二十年代，开始出现板式换热器，并应用于食品工业。三十年代初，瑞典Rosenblad公司首次制成螺旋板换热器。不久，英国MartonExcelsior公司用钎焊法生产了铜及其合金材料制的板翅式换热器，用于航空发动机的散热器。后来，于1989年瑞典制造出第一台板壳式换热器，并使用于纸浆厂。四十年代中，板翅式换热器开始用于化工和天然气液化等方面；局时板式换热器亦引入化工生产中。另外，新型材料换热器亦开始得到注意。但由于在制造工艺和满足化工生产要求方面，上述这些新型高效式换热器还存在一定的问题，以致影响它们进一步发展。六十年代左右，由于制造工艺上得到进一步完善，这些类型的换热器重新又获得发展，在化工生产中应用也愈加广泛。另外，在这个时期中，又相继出现了一些其它新型换热器，如聚四氟乙烯换热器和热管等，使换热器的种类更加多样化。在化工生产中，由于用途、工作条件和载热体的特性等的不同，对换热器提出了不同的要求，出现了各种不同形式和结构的换热器。为了便于对它进行分析研究，可将换热器按下列方式进行分类。一、按作用原理或传热方式分类1. 混合式换热器它是利用两种换热流体的直接接触与混合的作用来进行热量交换的。混合式换热器操作的一个主要因素，就是要使两种流体的接徳面积尽可能大，以促进它们之间的热量交换。为了获得大的接触面积,可在设备中彼暨搁栅或旗料，有时也可冷流体上把液体喷成细滴。此类设备通常做成塔状。热流2.蓄热式换热器它是让两种温度不同的流体先后通过同一种固体填料（如炼焦炉下方的蓄热室中放暨的多孔性格子砖和在制氧装置中所用蓄冷器中的卵石等)的表面，如图1-2中所示。首先让热流体热流体冷流通过，把热量蓄积在填料中，然后，当冷流体再巡过时，将热量带走，这样在填料被加热和被冷却的过程中，进行着热流体和冷图1-2普热式换热流体之间的热量传递。在使用这种换热器时，不可避免地会使器示意图两种流体有少量混合，且必然是成对地使用，即当一个通入热流体时，另一个则通入冷流体，并靠自动阅进行交替切换，使生产得以连续进行。3.间壁式换热器它是利用一种风体整面将进行热交换的荫种流体陷开，使它们避过壁画进行传热。这种形式的换热器使用最广泛
第一靠概to二、按生产中使用目的分类即分成冷却器、加热器、冷凝器、汽化器(或再沸器）和换热器等。三、按换热器所用材料分类一般可把换热器分成金属材料和非金属材料两类。四、按换热器传热面的形状和结构分类它用于区分各种形式的间壁式换热器。其分类有；1.通过管壁传热的换热器（即“管式")(1）蛇管式换热器。(2)套管式换热器。(3）管壳式(列管式)换热器：这类换热器又可分为固定管板式、U形管式和浮头式等。2.通过板面传热的换热器(即“板面式")(1)螺旋板换热器。(②)板式换热器。(3)伞板式换热器。(4)板翅式换热器。(6)板壳式换热器。8. 其它形式的换热器这类换热器一般都是为了满足某些特殊要求而出现的，有些还处于发展阶段，其中比较成熟的，如回转式换热器和热管等。第四节各种换热器的特性和选型由于现代化工和石油化工等生产工艺往往要求在极其广泛的条件下进行热交换，为了适应各种换热条件,换热器有多种形式。每种结构形式的换热设备都有其特点，只有熟悉和掌握这些特点，并根据生产工艺的具体情况，才能进行合理的选型和正确的设计。现对各种结构形式的换热器所具有的特点作一些分析，然后再介绍有关的选型原则。一、各种形式换热器的特点1.“管式"换热器这一类型的换热器，虽然在换热效率、设备结构的紧凑性（换热器在单位体积中的传热面积m/m)和金属消耗量(kg/㎡)等方面都不如其它新型换热器，但它具有结构坚固，操作弹性大(指流体的温度和流量等参数在一定范围内有短肘间的波动,对生产不会带来太大的影响)和使用材料范围广等优点。尤其在高温、高压和大型换热器中，仍占着相当优势。(1）蛇管式换热器：它是最早出现的一种结构简单和操作方便的传热设备。它本身又可分成沉浸式和喷淋式等两种
171第四节名种换热器的特性和选型1）沉漫式蛇管换热器：蛇管多以金展管子弯绕而成，或制成适应容器情况的形状，沉漫在容器的另一种液体中,两种流体分别在管内、外进行换热。图1-3 中为儿种常见的蛇管的形状。这种换热器用作反应设备中的传热面是相当普邀的，在深度冷冻和制氧工业中用得也较多。它的特点是：结构简单,造价低廉,必要时其换热面可用特殊材料制造（如铅、高硅铁、磷硅玻璃和聚四氟乙烯等),操作敏感性较小。但由于管外流体的流速很小,因而给热系数小，传热面积需要大，故传热效率低，设备也显得笨重。GU图 1-4喷淋式冷却器图1-3蛇管的形状1一直管：2-U形管：3-水槽：4-齿形槽板2）喷淋式蛇管换热器：这种形式的换热器多用来冷却管子内的热流体，将蛇管成排地固定在钢架上，如图1-4所示。被冷却的流体在管内流动，冷却水由管排上方的喷淋装置均淋下。这种换热器与沉漫式相比较,主要优点是管外流体的传热系数大了一X-些，且便于检修和清洗。其缺点是体积壹庞大，有时喷淋效果不够理想。(2）套管式换热器：5它是将两种不同大小直径的直管形1A成一同心套简，两端用U形构件，将它们连接成排，并根据实际需要，排列组合图1-5套管式换热器1内管；2一外管；8-U 形时管而成,如图1-5 所示。它的特点是：操作可按道流方式进行，由于内外两管的直径均可取得小一些，以便提高两种流体的流速，使在传热面的两侧都可有高的给热系数，但它的单位传热面的金属消耗量和它的紧凑性均不如其它形式的换热器，检修、清洗和拆卸都较麻烦，可拆连接处容易造成溺泄。这种换热器一般适用于流体流量较小横向,折流板和所需要的传热面不大的场合。图1-6管壳式换热器(3)管壳式（或列管式）换热
t8]第一章器它是目前应用最为广泛的一种换热设备，已作为一种标准换热设备。如图1-6所示，它由许多管子所组成的管束，管子固定在管板上，而管板与外壳联接在一起。为了增加流体在管外空间的流速，以改善它的给热情况,在筒体内间隔安装了多块折流挡板。换热器的壳体上和两侧的端益上(对偶数管程言，则在一侧)装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为安置测量仪表用的接口管、排液孔和排气孔等。这种换热器的特点是易于制造，生产成本较低，选用的材料范围广，换热表面的清洗比较方便，适应性强，处理能力大，高温和高压下亦能应用。但从传热效率、结构的紧姿性和单位换热面积所需金属的消耗量等均不如一些新型高效紧凑式换热器。管壳式换热器根据结构特点，可分为下列两类。1）刚性结构的管壳式换热需：这种换热器又称为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。它的优点是结构简单、紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清2）具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分可以自由膨胀。该结构形式又可分成：①浮头式换热器：这种换热器的一端管板能够自由伸缩，即所谓“浮头”。它适用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。②U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过管内的流体是清净的。这种换热器可用于温差变化很大，高温或高压的场合。③填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料函密封,以保证管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时,才采用这种绪构,但管距比一般换热器要大,结构复杂；另一种形式是在列管的一端与外壳作成浮动结构，在浮动处采用整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不宜用在直径大、压力高的情况。填料丽式换热器现在很少采用。2.“板面式”换热器这类换热器的传热性能要比“管式”换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到流状态，从而强化了传热。该设备采用板材制作，故在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比“管式"为差。(1）螺旋板换热器：这种换热器是由两张平行的钢板卷制成具有两个螺旋适道的一个螺旋体,并在其上安有端盖和接管等而构成，,如图1-7所示。其螺旋通道的间距靠焊在钢板上的定距撑来保证。这种换热器的特点是传热效率高，一般要比管壳式高40% 左右。制造简单，材料利用率高。能精密控制出口图1-7螺旋板换热器温度，并能利用低温热源。不易污塞。这种换热器适用于处理含固体颗粒或纤维的悬浮液以及其它高粘性的流体