熱處理機(jī)械與裝備

關(guān)于熱處理機(jī)械與裝備第一節(jié)換熱設(shè)備一、概述換熱器是化工廠、食品廠主要的化工設(shè)備之一。換熱器的類型很多，特點(diǎn)不一，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法，換熱器可分為間壁式、混合式及蓄熱式三類，其中以間壁式換熱器應(yīng)用最為普遍。

間壁式換熱器：是以固體壁面把冷熱流體隔開(kāi)，不相混合，通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換（有列管式、螺旋板式、板式、夾套式、蛇管式、套管式換熱器）混合式換熱器：被冷凝的蒸汽直接與冷水接觸進(jìn)行換熱。因此傳熱效果好；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅在允許冷熱流體互相混合時(shí)，才能應(yīng)用。第2頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天列管式換熱器：列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的傳熱設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大及傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造的材料范圍較廣，操作彈性也較大。

第3頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天板式換熱器：板式換熱器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大，總傳熱系數(shù)高，可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積，檢修和清洗都比較方便等。缺點(diǎn)是處理量不大，操作壓強(qiáng)比較低，因受墊片耐熱性能的限制，操作溫度不能太高。板式換熱器是一種高效換熱設(shè)備，其具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在食品、化工、制藥等，工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。如在乳品生產(chǎn)中，大多用作牛奶的高溫短時(shí)間或超高溫殺菌、牛奶的冷卻；果汁的加熱殺菌和冷卻；啤酒廠用于麥芽汁冷卻等。

第4頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、板式換熱器

1、板式換熱器的工作原理與結(jié)構(gòu)

工作原理：它是由許多不銹鋼薄片重疊壓緊而成的熱交換器，加熱介質(zhì)（冷卻介質(zhì)）與料液在相鄰兩片間流動(dòng)，通過(guò)金屬片進(jìn)行熱交換。由于金屬片沖壓成特殊形狀，且板與板的間隙很窄，流動(dòng)液層很薄，所以換熱效果很好。

結(jié)構(gòu)：支架、壓緊板、扳手、壓緊螺桿、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿、固定緊板、換熱片、橡皮墊圈、管接頭等。（與板框過(guò)濾機(jī)相似）

第5頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天

其流程可根據(jù)工藝要求而定，裝配時(shí)一定要嚴(yán)格按組合流程排列。流程組合可分為并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)流程。三種流程如圖所示：并聯(lián)流程：流體分別流入平行的流道，然后匯成一股流至出口，總的流向和單流隙中均為逆流。

第6頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天串聯(lián)流程：流體在經(jīng)過(guò)每一垂直流道后，接著就改變方向，冷熱兩流體的主體流向是逆流，但兩種流體在相鄰流隙中有逆流也有并流。

第7頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天混聯(lián)流程：是雙程，是串聯(lián)和并聯(lián)組合，冷熱兩流體的主體是逆流，流體在同組的并聯(lián)板隙中流過(guò)，然后再流入另一組并聯(lián)的板隙，它既有組內(nèi)板隙間的并聯(lián)，也有組與組間的串聯(lián)。

第8頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、板片的結(jié)構(gòu)板片是用不銹鋼薄板沖壓而成。

薄片的加工與安裝要求：薄片的厚度一般為1－2mm，片與片之間的流道間隙為2－10mm。這就決定了液層的厚度。若安裝時(shí)不注意，在垂直方向產(chǎn)生相對(duì)位移，這樣可能會(huì)造成兩片接觸，或使縫隙變的很窄，則流體無(wú)法通過(guò)，所以要求在安裝時(shí)各片在導(dǎo)桿上的垂直位置（上下位置），誤差＜±0.2－0.25mm。

第9頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天薄片波紋形式：1、凸起狀板其表面上有球形凸起和平頭凸起組合，球形凸起具有使液體呈渦流作用，平頭凸起支承壓差。2、三角形波紋板3、梯形波紋板4、斜紋板5、人字形板一般人字形板的斜紋板的傳熱系數(shù)比平行板大，另外，由于多點(diǎn)承受壓力差，所以板的厚度薄，但當(dāng)液體中含有固體時(shí)易被堵塞。

第10頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、墊片換熱片懸掛于導(dǎo)桿上，前端有固定板，旋緊在后支架上。壓緊螺桿可使壓緊板與各傳熱片疊合在一起，片與片之間在片的四周用板框橡膠墊圈保證密封，并使兩片間有一定的空隙，調(diào)節(jié)墊圈的厚度即可改變兩片間流體通道的大小。在每片的四角上各開(kāi)一孔口，借圓環(huán)墊圈的密封作用，四個(gè)孔中只有兩個(gè)孔口可與金屬片一側(cè)的通道相通，另兩個(gè)孔口則與金屬片的另一側(cè)的通道相通。冷熱流體在薄片的兩邊交替流動(dòng)，進(jìn)行熱交換。拆卸時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊螺桿，使壓緊板及換熱片沿著導(dǎo)桿滑動(dòng)松開(kāi)，清洗、拆裝很方便。第11頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天并聯(lián)流程第12頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天第13頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天串聯(lián)流程第14頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天板片的四角孔的作用及墊片：波紋金屬片的密封墊圈，只是固定在金屬片的一邊，每片上都有四個(gè)角孔，它們構(gòu)成流體的通道，在布置墊圈時(shí)，必須使薄片組合后構(gòu)成兩種互不通連的冷熱流體進(jìn)入通道，其中有一條通道與兩個(gè)角孔相通，所以這兩條通路彼此依次相向。根據(jù)流體流過(guò)金屬片表面的方式不同，波紋金屬片可分為單側(cè)直流片和對(duì)角斜流片。

第15頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天①、單側(cè)支流片同一種液體的進(jìn)出口角孔，在設(shè)備同一側(cè)的軸線上，將相鄰兩片水平放在一起，可見(jiàn)流體呈直線方向流動(dòng)，左片上，第一種流體從左上角孔流入片面，從金屬片下左角流出，兩個(gè)右角孔用墊圈隔離，在右角孔上第二種液體則流到傳熱片的另一側(cè)。特點(diǎn)：ａ、左右兩片結(jié)構(gòu)一樣，組合時(shí)，只需把左片旋轉(zhuǎn)180°即成右片，然后依次相同地懸吊在導(dǎo)桿上。ｂ、同一種流體的進(jìn)出口布置在一側(cè)，使得產(chǎn)品管路（牛奶、果汁之類）有可能與一般流體管路（熱水、冷水或鹽水）分開(kāi)，避免產(chǎn)品管路與其他生產(chǎn)線相混置，方便管理，而且既衛(wèi)生又美觀。

第16頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天②、對(duì)角斜流片同一種液體進(jìn)出口兩角孔在對(duì)角線的兩端點(diǎn)位置上，它們左右片的結(jié)構(gòu)、墊圈都不一樣。大墊圈圍繞著金屬片的對(duì)角線上的兩個(gè)角孔，片間流動(dòng)的總方向是對(duì)角線方向。這種流動(dòng)方式從流體流速的均勻性、傳熱效果與流體阻力等方面，與單側(cè)直流布置比較沒(méi)有顯著差別，但是需要有兩種沖模壓制，備用的金屬片相對(duì)的也較多，在設(shè)備管理及外觀上也不及前者。因此較少使用。

第17頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天角孔部位密封墊圈的結(jié)構(gòu)

（a）正確的（b）不正確的結(jié)構(gòu)（a）：若密封墊圈失效時(shí)，流體首先流向設(shè)備外部，容易檢查，而且兩種流體不易相混。結(jié)構(gòu)（b）：角孔墊圈與周邊墊圈整體制成的，若墊圈失效引起液體泄漏，造成兩種液體滲漏，在外部不易察覺(jué)，此結(jié)構(gòu)不正確。第18頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、板式換熱器的特點(diǎn)⑴、有較高的傳熱效率由于兩片間的間隙小，形成膜狀流動(dòng)，使兩流體都有很高的流速。又因在傳熱面上沖壓成凹凸波紋，則速度大小和方向不斷的突然改變，則流體呈湍流狀態(tài)，減薄邊界層，減小熱阻，故提高了傳熱系數(shù)K值，可達(dá)3500－500w/m2℃。⑵、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，在較小的工作體內(nèi)可容納較多的傳熱面積，這是它的最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。如250－1500m2/m3，而管式只有40－150m2/m3。⑶、有較大的適應(yīng)性。當(dāng)要求改變工藝條件和生產(chǎn)能力時(shí)，只需增減傳熱片的數(shù)目，改變組合即可滿足要求。第19頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天⑷、適宜處理熱敏性物料。由于兩片間隙小，物料以快速膜狀通過(guò)，不致產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，因此用于食品生產(chǎn)特別適宜。⑸、拆裝方便、清洗方便。⑹、操作安全，連續(xù)生產(chǎn)，物料在密閉中進(jìn)行，故不染菌。⑺、熱利用率高。在一套設(shè)備內(nèi)可進(jìn)行加熱和冷卻，便于熱量回收。⑻、密封周邊長(zhǎng)，需要較多的密封墊圈，且墊圈需經(jīng)常清洗。⑼、當(dāng)溫度超過(guò)60℃以上時(shí)，易產(chǎn)生脫墊現(xiàn)象。⑽、墊圈伸長(zhǎng)變形

(11)、當(dāng)溫度超過(guò)120℃，墊圈易老化

(12)、密封圈斷裂，使用壽命短第20頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、板式換熱器的計(jì)算主要計(jì)算出總的傳熱面積，所需板數(shù)z和程數(shù)i0。關(guān)于總傳熱面積的計(jì)算，仍用傳熱基本方程式計(jì)算。其總的傳熱量可根據(jù)流量、物料比熱、溫差等工藝條件算出；平均溫差的值也可求出；關(guān)鍵是傳熱系統(tǒng)Ｋ的計(jì)算。計(jì)算Ｋ值，首先需計(jì)算出冷熱兩流體的給熱系數(shù)α1與α2的值。第21頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：用薄板換熱器冷卻鮮奶，每小時(shí)處理7噸，鮮奶從25℃冷卻到5℃，冰水初溫為1℃，計(jì)算所需板數(shù)。已知：牛奶比熱為4.08j／kg.℃；牛奶一邊的給熱系數(shù)為2300w/m2.℃

冰水一邊的給熱系數(shù)為8500w/m2.℃

冰水為奶量的3倍；水比熱4.187kj/kg.℃；采用每塊傳熱面為0.21m2,厚為1mm的不繡鋼板，其導(dǎo)熱系數(shù)為20kcai/m2.h.℃。（1kcai/m.h.℃=1.163w/m2.℃）第22頁(yè),共26頁(yè)，2024年2月25日，星期天解：求需傳熱量：Ｑ＝Ｇ×Ｃ×（t1-t2）＝7000×4.08(25-5)=571200KJ/h

求溫差：冷卻水終溫t2：℃

Δ℃

求傳熱系數(shù)：