（一）课程思政元素:

换热器是化工大院操作之一,利用冷热两种流体进行换热,实现自然的公平公正,在这一过程中提出公平公正和诚信的价值观,启发学生今后的人生中无论身处可出,何种岗位,坚持公平公正.

（二）知识目标

1．培养学生对冷热流体进行换热的能力；

2．培养学生理论联系实际的能力，并利用所学知识解决实际问题；

(三)课程素和目标

1.培养工作方法能力；自学能力；理解能力与表达能力。

2.具备团队协作能力、计划组织能力。

（四）课程内容：

换热器是化工与制药厂中重要的设备之一。由于生产中对换热器有不同的要求，所以换热设备也有各种形式，如加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。但根据冷、热流体间热量交换的方式基本上可分为三类，即间壁式、混合式和蓄热式。在这三类换热器中，以间壁式换热器最为普遍，本节主要讨论此类换热器。

按照传热面的型式，间壁式换热器可分为管式、板式、夹套式和各种异型传热面组成的特殊型式换热器。

1.列管式换热器

列管式换热器又称管壳式换热器，是目前化工生产上应用最为广泛的一种换热器。主要优点是单位体积所具有的传热面积大，并且传热效果好。此外，结构较简单，制造材料也较为广泛，适应性强，尤其是在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。

（1）列管式换热器的构造列管式换热器主要由壳体、管束、管板（又称花板）和封头等部件组成。管束3安装在壳体1内，两端固定在管板4上，管板分别焊在外壳的两端，并在其上连接有封头。封头和壳体上装有流体进、出口接管5,6。沿着管长方向，常常装有一系列垂直于管束的挡板。进行换热时，一种流体由封头的进口管进入，通过平行管束的管内，从另一端封头出口接管流出，称为管程。另一种流体则由壳体的接管进入，在壳体与管束间的空隙处流过，而由另一接管流出，称为壳程。管束的表面积即为传热面积。

流体一次通过管程的称为单管程，一次通过壳程的称为单壳程。

列管式换热器传热面积较大时，管子数目则较多，为了提高管程流体的流速，常将全部管子平均分隔成若干组，使流体在管内往返经过多次，称为多管程。如双程列管式换热器。用隔板将进口封头内平均分为两部分，进口流体从封头的一侧进入，流入一半管束内，从另一封头折流后，流入另外一半管束，最终从进口封头的另一侧流出。

那么为了提高壳程流体的速度，往往在壳体内安装一定数量与管束相垂直的折流挡板（简称挡板）。这样既可提高流体速度，同时迫使壳程流体按规定的路径多次错流通过管束，使湍动程度增加，以利于管外对流传热系数的增大。

（2）具有热补偿列管式换热器的基本形式;浮头式和U型管式。

列管式换热器中，由于冷热两流体温度不同，使壳体和管束的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度相差较大（如50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲和断裂，或管子从管板上脱落，因此必须采取适当的温差补偿措施，消除或减小热应力。根据采取热补偿方法的不同,列管式换热器可分为以下几种主要形式。

① 有补偿圈的固定管板式换热器所谓固定管板式，即两端管板和壳体连接成一体的结构形式，因此它具有结构简单和造价低廉的优点，但壳程清洗困难，因此要求壳方流体应是较清洁且不容易结垢的流体。当外壳和管束膨胀不同时，补偿圈发生弹性变性（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同热膨胀。适用于两流体温度差小于60～70℃，

②Ｕ型管式换热器Ｕ型管式换热器，每根管子都弯成U型，管子两端均固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸缩，从而解决热补偿问题。这种形式换热器的结构也较简单，质量轻，适用于高温和高压的情况。其主要缺点是管程清洗比较困难；且因管子需一定的弯曲半径，管板利用率较低。

③浮头式换热器浮头式换热器两端管板中有一端不与外壳固定连接，该端称为浮头，这样当管束和壳体因温度差较大而热膨胀不同时，管束连同浮头就可在壳体内自由伸缩，而与外壳无关，从而解决热补偿问题。另外，由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。所以浮头式换热器应用较为普遍。但结构比较复杂，金属耗量多，造价较高。

2.沉浸式蛇管换热器

沉浸式蛇管换热器。换热管多以金属管弯绕而成，或制成适应容器要求的形状，俗称蛇管。蛇管沉浸在容器中，其优点是结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压。主要缺点是由于容器体积较蛇管的体积大得多，故管外流体的对流传热系数较小。从而影响传热效果。

3.喷淋式换热器，它是将若干根管子水平排列在同一垂直面上，上下相邻的两管用Ｕ形肘管连接起来而组成。热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。冷却水从上部的多孔分布管流下，分布在蛇管上，并沿其两侧下降到下面的管子表面，最后流入水槽。冷水在各管面上流过时，与管内流体进行热交换。这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在外部气化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比，便于检修、清洗和传热效果较好等优点。其缺点是喷淋不易均匀。

4.套管式换热器

套管式换热器是用管件将两种直径不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后由多段这种套管连接而成，每一段套管简称为一程，每程的内管与次一程的内管顺序地用Ｕ形肘管相连接，而外管则以支管与下一程外管相连接，程数可根据传热要求而增减。每程的有效长度为4～6m，若太长则管子向下弯曲，使环隙中流体分布不均匀。套管换热器的优点为：构造简单，能耐高压，传热面积可根据工艺要求增减，适当地选择内管和外管的直径，可使流体的流速增大，而且两方的流体可作严格逆流，传热效果较好。

其缺点为：管间接头较多，易发生泄漏；占地面积较大，