第三章 热处理机械与设备.pdf

第一节 换热设备 一、概述 换热器是化工厂、食品厂主要的化工设备之一。换热 器的类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选 择。 依据传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁 式、混合式及蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最为 普遍。 间壁式换热器：是以固体壁面把冷热流体隔开，不相混 合，通过间壁进行热量交换（有列管式、螺旋板式、板 式、夹套式、蛇管式、套管式换热器） 混合式换热器：被冷凝的蒸汽直接与冷水接触进行换 热。因此传热效果好；设备结构简单，仅在允许冷热流体 互相混合时，才能应用。 列管式换热器： 列管式换热器是化工生产中应用最为广泛的传热设备。 优点是单位体积所具有的传热面积大及传热效果好，结构简 单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大。 板式换热器： 板式换热器优点是结构紧凑，单位体积设备提供的传热 面积大，总传热系数高，可根据需要增减板数以调节传热面 积，检修和清洗都比较方便等。缺点是处理量不大，操作压 强比较低，因受垫片耐热性能的限制，操作温度不能太高。 板式换热器是一种高效换热设备，其具有许多独特的优 点，在食品、化工、制药等，工业中获得广泛应用。如在乳 品生产中，大多用作牛奶的高温短时间或超高温杀菌、牛奶 的冷却；果汁的加热杀菌和冷却；啤酒厂用于麦芽汁冷却 等。 二、板式换热器 1、板式换热器的工作原理与结构 工作原理：它是由许多不锈钢薄片重叠压紧而成的热 交换器，加热介质（冷却介质）与料液在相邻两片间流 动，通过金属片进行热交换。由于金属片冲压成特殊形 状，且板与板的间隙很窄，流动液层很薄，所以换热效果 很好。 结构：支架、压紧板、扳手、压紧螺杆、上导杆、下 导杆、固定紧板、换热片、橡皮垫圈、管接头等。（与板 框过滤机相似） 其流程可根据工艺要求而定，装配时一定要严格按组合 流程排列。流程组合可分为并联、串联和混联流程。三种流 程如图所示： 并联流程： 流体分别流入平行的流道，然后汇成一股流至出口，总 的流向和单流隙中均为逆流。 串联流程： 流体在经过每一垂直流道后，接着就改变方向，冷热 两流体的主体流向是逆流，但两种流体在相邻流隙中有逆流 也有并流。 混联流程： 是双程，是串联和并联组合，冷热两流体的主体是逆 流，流体在同组的并联板隙中流过，然后再流入另一组并 联的板隙，它既有组内板隙间的并联，也有组与组间的串 联。 2、板片的结构 板片是用不锈钢薄板冲压而成。 薄片的加工与安装要求：薄片的厚度一般为1－2mm， 片与片之间的流道间隙为2 －10mm。这就决定了液层的厚 度。若安装时不注意，在垂直方向产生相对位移，这样可能 会造成两片接触，或使缝隙变的很窄，则流体无法通过，所 以要求在安装时各片在导杆上的垂直位置（上下位置），误 差＜±0.2－0.25mm 。 薄片波纹形式： 1、凸起状板 其表面上有球形凸起和平头凸起组合，球形凸起具有 使液体呈涡流作用，平头凸起支承压差。 2、三角形波纹板 3、梯形波纹板 4、斜纹板 5、人字形板 一般人字形板的斜纹板的传热系数比平行板大，另外， 由于多点承受压力差，所以板的厚度薄，但当液体中含有 固体时易被堵塞。 3、垫片 换热片悬挂于导杆上，前端有固定板，旋紧在后支架 上。压紧螺杆可使压紧板与各传热片叠合在一起，片与片之 间在片的四周用板框橡胶垫圈保证密封，并使两片间有一定 的空隙，调节垫圈的厚度即可改变两片间流体通道的大小。 在每片的四角上各开一孔口，借圆环垫圈的密封作用， 四个孔中只有两个孔口可与金属片一侧的通道相通，另两个 孔口则与金属片的另一侧的通道相通。冷热流体在薄片的两 边交替流动，进行热交换。拆卸时，只需转动压紧螺杆，使 压紧板及换热片沿着导杆滑动松开，清洗、拆装很方便。 并 联 流 程 串 联 流 程 板片的四角孔的作用及垫片： 波纹金属片的密封垫圈，只是固定在金属片的一边， 每片上都有四个角孔，它们构成流体的通道，在布置垫圈 时，必须使薄片组合后构成两种互不通连的冷热流体进入 通道，其中有一条通道与两个角孔相通，所以这两条通路 彼此依次相向。根据流体流过金属片表面的方式不同，波 纹金属片可分为单侧直流片和对角斜流片。 ①、单侧支流片 同一种液体的进出口角孔，在设备同