制劑潔凈車間管式換熱設(shè)備有哪些類型？

制劑潔凈車間管式換熱設(shè)備是以管壁為換熱間壁的換熱設(shè)備，這類換熱設(shè)備常用的有盤管式、套管式、列管式和翅片管式等。

下面介紹了制劑潔凈車間管式換熱設(shè)備不同類型的優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)盤管式換熱器

盤管式換熱器又可分為沉浸式和噴淋式兩種。沉浸式換熱器是將盤管浸沒在裝有流體的容器中，盤管內(nèi)通以另一種流體進(jìn)行熱交換；盤管形式很多，有的將若干段直管上下并列排列，有的將長(zhǎng)管彎曲成螺旋形，此外還有其他形式，這種換熱器管徑空間較大，因此管外液體流速較小，傳熱系數(shù)不高，傳熱效率低，是較古老的一種設(shè)備； 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、維修方便，造價(jià)低，能承受較高壓力。而噴淋式換熱器是將一種流體分散成液滴形式從上面噴淋下來，經(jīng)盤管外表面進(jìn)行換熱，通常用作冷卻器。

與沉浸式相比，噴淋式管外流體傳熱系數(shù)有所提高，因此所需傳熱面積、材料消耗和制造成本都較低，此外清洗滅菌也較為方便；同時(shí)，冷卻水消耗量只有沉浸式的一半， 不過這種設(shè)備占地面積大，操作時(shí)管外有水汽發(fā)生，對(duì)環(huán)境不利，故常安裝在室外；同時(shí)管子氧化快，使用壽命短，噴淋的液體量有變化時(shí)，溫度反應(yīng)極為敏感。

(2)套管式換熱器

套管式換熱器是用兩根口徑不同的管子相套而成的同心套管，再將多段套管連接起來，每一段套管稱為一程。各程的內(nèi)管用U形管相連接，而外管則用支管連接，這種換熱器的程數(shù)較多，一般都是上下排列，固定于支架上。若所需傳熱面積較大，則可將套管換熱器組成平行的幾排，各排都與總管相連；操作時(shí)，一種流體在內(nèi)管中流動(dòng)， 另一種流體則在套管間的環(huán)隙中流動(dòng)； 蒸汽加熱時(shí)，液體從下方進(jìn)入套管的內(nèi)管，順序流過各段套管，蒸汽從上方進(jìn)入，冷凝水由下面的套管排出。

新的套管式換熱器有三層同心套管，在這種換熱器中，里外兩層通入加熱介質(zhì)，一般使用過熱水，中間一層通入產(chǎn)品；這樣做的好處是產(chǎn)品兩面都受到加熱，大大擴(kuò) 大了傳熱面積，目前這種三層同心套管式換熱器廣泛使用于無菌包裝前的物料滅菌和冷卻；套管式換熱器每程的有效長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，否則管子易向下彎曲，并引起環(huán)隙層中的流體分布不均勻，通常采用的長(zhǎng)度為4~6m； 在安裝時(shí)，每程管子向上應(yīng)有一定傾斜度，產(chǎn)品從下方進(jìn)入，由下而上流過各程管子，從上方流出以避免由產(chǎn)品帶入的氣泡在管內(nèi)積聚而影響傳熱效果；在套管式換熱器中，通過選擇合適的管徑，可將內(nèi)、外管間的環(huán)隙橫截面做得很小，這樣便于在載熱體用量不大的情況下，也可以獲得較高的流速，以保證內(nèi)管兩側(cè)都能獲得較高的傳熱系數(shù)，提高傳熱效率。

套管式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，可保證逆流操作，排數(shù)和程數(shù)可任意加減調(diào)節(jié)，伸縮性很大，適用于加熱、冷卻或冷凝，特別適用于載熱體用量小或物料有腐蝕性時(shí)的換熱；缺點(diǎn)是管子接頭多，易泄漏，每單位管長(zhǎng)的傳熱面積有限，因此往往設(shè)備體積較大，設(shè)備成本較高，套管式換熱器適合于傳熱面積不需要太大的情況。

(3)列管式換熱器

列管式換熱器又稱為管殼式換熱器。這種換熱器多應(yīng)用于制品行業(yè)蒸餾回流、料液干燥、汽水換熱等工藝。列管式換熱器由管束、管板、殼體、封頭、折流板等組成。管束兩端固定在管板上，管子可以脹接(將管子內(nèi)孔用機(jī)械方法擴(kuò)張，使管壁由內(nèi)向外擠壓而固定在管板上)或焊接在管板上。管束置于管殼之內(nèi)，兩端加封頭并用法蘭固定，這樣一種流體從管內(nèi)流過，另一種流體從管外流過，兩封頭和管板之間的空間即作為分配或匯集管內(nèi)流體之用；兩種流體互不混合，只通過管壁相互換熱，如果列管式換熱器兩端封頭分別設(shè)流體的進(jìn)口和出口，同時(shí)封頭內(nèi)不另設(shè)隔板，則流體自一端進(jìn)入后，一次通過全部管子從另 端流出，這種列管換熱器稱為單程式； 為了使管內(nèi)有一定流速，可將管束分為若干組，并在封頭內(nèi)加裝隔板，即成為多程式； 例如列管式換熱器的系列有兩程、四程、六程等，對(duì)于程數(shù)為偶數(shù)時(shí)，流體進(jìn)出口在同一端； 對(duì)于管外殼間的流體，也有同樣的情況，為了使流體在管外分布均勻，或者為了當(dāng)流量小時(shí)提高流速，以保持較高的傳熱系數(shù)，就在管外裝設(shè)折流板(或擋板)；常用的折流板有兩種形式：一種為弓形， 另一種為圓盤環(huán)形；折流板對(duì)較長(zhǎng)的列管式換熱器來說也同時(shí)起著中間支架的作用，以防止管子彎曲與振動(dòng)，這對(duì)臥式換熱器來說尤為重要；列管式換熱器是一種簡(jiǎn)單的剛性結(jié)構(gòu)，管子緊密地固定在管架上，兩塊管架又分別焊在外殼的兩端，然后再用螺栓與封頭的法蘭相連。中凈環(huán)球凈化可提供無菌室、制劑潔凈車間的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

由于換熱器管內(nèi)、外溫度不同，管壁溫度和殼壁溫度也就不同，致使管束與殼體的熱膨脹程度不同。這種熱膨脹作用所產(chǎn)生的應(yīng)力往往使管子發(fā)生彎曲，或管子從管架上脫落，甚至?xí)箵Q熱器毀壞。所以當(dāng)殼壁和管壁溫差大于50℃時(shí)，應(yīng)考慮補(bǔ)償措施以消除這種應(yīng)力，常用的補(bǔ)償措施有浮頭補(bǔ)償、 補(bǔ)償圈補(bǔ)償和U形管補(bǔ)償；浮頭補(bǔ)償固定換熱器兩端的管架之一， 不固定在外殼上，此端稱為浮頭，當(dāng)管子受熱或受冷時(shí)，浮頭一端可以自由伸縮，不受外殼膨脹的影響；補(bǔ)償圈補(bǔ)償是在外殼上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管子熱脹冷縮時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形，從而達(dá)到補(bǔ)償目的；U形管補(bǔ)償是將管子彎成U形，管子兩端均固定在同一管架上，因此，每根管子都可自由伸縮，而與其他管子及外殼無關(guān)；其缺點(diǎn)是彎管內(nèi)面清洗困難。

列管式換熱器是目前制劑廠使用較多的換熱器，易于制造， 生產(chǎn)成本低，適用性強(qiáng)，可以選用的材料較廣，維修、清洗都較為方便，特別是對(duì)高壓流體更為適用。在制劑工業(yè)中，列管式換熱器常用作制品的預(yù)熱器、加熱器和冷卻器；在冷凍系統(tǒng)中，可以用作冷凝器和蒸發(fā)器。在用蒸汽加熱時(shí)，蒸汽在管外流動(dòng)。考慮到衛(wèi)生要求，可采用不銹鋼作為管子、封頭的材料。其缺點(diǎn)是結(jié)合面較多，易造成泄漏現(xiàn)象；要求流體必須清潔，否則污垢堵塞，將會(huì)使換熱管效率下降，影響換熱效果。

(4)翅片管式換熱器

常常會(huì)遇到這種情況，換熱器間壁兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)相差頗為懸殊，這時(shí)可考慮采用翅片管式換熱器。例如制劑工業(yè)中常見的干燥和采暖裝置用蒸汽加熱空氣時(shí)，管內(nèi)的傳熱系數(shù)要比管外的大幾百倍，管外傳熱成了傳熱過程的主要阻力，這時(shí)采用翅片管式換熱器是很有利的。一般來說， 當(dāng)兩種流體的傳熱系數(shù)相差3倍以上時(shí)，就應(yīng)考慮采用翅片管式換熱器；翅片管的形式很多，常見的有縱向翅片、橫向翅片和螺旋翅片三種；安裝翅片管式換熱器時(shí)，務(wù)必使空氣能從兩翅片之間的深處穿過， 一般采用肋片管，以增加換熱管外側(cè)的表面積，從而在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沒有明顯改善的情況下，使總的換熱能力明顯提高；翅片管式換熱器既可以用來加熱空氣或氣體，也可利用空氣來冷卻其他流體；采用空氣冷卻比用水冷卻經(jīng)濟(jì)，而且可避免廢水處理和水源不足等問題，但是制造困難，需要有專門的設(shè)備，并且肋片上不能承重，否則容易變形，限制肋片管的應(yīng)用范圍。

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