换热器是工业生产中为了实现物之间热量传递过程的设备。它是化工、炼油、动力、原子能和其它许多工业部门广泛应用的一种工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。
在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程，如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需求。换热器随使用目的的不同，可分为：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。在换热设备中，应用最为广泛的是管壳式换热器。目前这种换热器被当作为一种传统的标准换热器，在许多工业部门中被大量的使用。尤其在化工生产中，无论是国内还是国外，它在所有的换热器设备中，仍占主导地位。它具有选材范围广，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，能承受高温和高压等特点，因此它的使用范围不断扩大。由于现代化工厂的生产规模日益增大，换热设备也相应的向大型化方向发展，以降低动力消耗，减少占地面积和金属消耗，管壳式结构的换热器就能满足这一要求。
近年来，另一种高效、紧凑式的新型换热设备之一，即板式换热器，以发展成为一种重要的化工设备。它适用的介质相当广泛，从液体水到高粘度的非牛顿型液体，从含有小直径固体颗粒的物料到含有纤维的物料，均可处理。从生产工艺上说，它可以用作液体的加热，冷却、冷凝或蒸发，单体的汽提，溶液的浓缩、聚合、脱气、混合和乳胶的干燥等。最近出现的一种新用途是气体的冷却和冷凝，如氯气的冷凝。总之，板式换热器的应用场合很广，据统计，处理的介质以多达百余种以上。
由于铝及铝合金钎焊技术的发展和不断完善，促使另一种高效、紧凑式的新型换热器，即板翘式换热器也得到广泛的应用。由于它具有体积小、重量轻、效率高和适应温度范围广等突出的优点从而在化工、石油化工和其它许多部门中，得到迅速的推广和应用。在化工生产和工艺中，主要用于生产氮气和氧气的空气分离装置中，如液化器、过冷器、主凝缩器、遇冷器和可逆式换热器等。
目前，螺旋板换热器在化工生产中应用也日益广泛，在磷酸生产流程中，由于使用了这种形式的换热器，在清洗时可不停车，每次清洗只需切换磷酸和水的通道即可。由于螺旋板换热器能够准确的控制其出口温度，所以用这
种换热器冷却脂肪酸，能够控制脂肪酸出口温度不低于80℃。螺旋板换热器在国内首先用在小化肥生产中半水煤气的预热器和氨合成塔下部的换热器，目前已逐步推广应用到其它化工生产工艺中。
伞板式换热器是在六十年代我国独创的一种新型高效式换热器。它不仅具有一般板式换热器的特点，同时还具有螺旋通道，兼有螺旋板换热器的一些特点。由于它制造简便，加工过程简化，成本低廉，已开始应用于各种生产中，如压缩机油的冷却，酸和碱等腐蚀介质的换热过程。
在化工生产中，除了遇到高温、高压、高真空和深冷等一些操作条件以外，有时还常常伴随着所处理物料的强烈腐蚀性，为了在换热过程中能妥善的解决这个问题提出和使用了一些新型材料的换热器，如玻璃、石墨和聚四氟乙烯等非金属材料以及钛、钽、锆等稀有金属材料制作的换热器,以此达到耐热、耐压和防腐的效果。玻璃换热器主要应用于制药工业生产中，石墨换热器主要用来处理盐酸、硫酸、醋酸和磷酸等腐蚀介质的生产场合。国内石墨换热器在农药生产中用得较多。美国“石墨换热设备公司”生产的石墨换热器有100多种型号，面积从0.16～240㎡，操作温度可达800℃，操作压力可达2.0Mpa。联邦德国更为广泛地使用块状石墨换热器，同时也制作了一种石墨板式换热器，用于两腐蚀介质之间的换热。聚四氟乙烯换热器主要用于冷却各种浓度的硫酸，加热腐蚀性极强的氯化物溶液和醋酸，用于混合二甲苯冷却器、矿用泥浆冷却器和加热苛刻性介质等。钛、钽、锆等稀有金属换热器也开始应用于化工生产中，虽然这些金属价格很昂贵，但由于它们具有一些优良特性，而得到推广使用。国内钛换热器早已开始应用于氯碱工业(钛制外冷器，氨母液换热器等的使用，解决了氯碱行业长期以来换热管腐蚀，结疤等严重问题)。
在其它新型换热器应用中，值得提出来的是热管。他是一种新型的传热元件，在六十年代开始应用于宇宙航行，但目前他的发展已日趋完善，且逐步推广应用于其它工业部门。它能利用小的传热面积传递大的热量，因此他能充分体现换热器的一种优良设计。预计热管将在化工生产中得到推广应用。
总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。特别是在面临能源供应日趋紧张的时候，各种节能性新型换热器有待进一步开发，以便更好地服务于化工生产实践中。
1.2换热器的分类
换热器按其传热特征可分为一下三大类。
（1） 直接接触式 直接接触式换热器中，冷热两流体通过直接混合而实现能量交换。在工艺上允许两流体相互混合的情况下，这是比较方便和有效的，其结构也比较简单。这类换热器常用于气体的冷却或水蒸气的冷凝。
图1-1 直接接触式换热器 图1-2 蓄热式换热器
（2） 蓄热式 蓄热式换热器简称蓄热器，它主要由热容量大的蓄热室构成，室中可充填耐火砖或金属带等作为填料。当冷热两种流体交替的通过同一蓄热室时，即可通过填料将得自热流体的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。这类换热器结构较为简单，且可耐高温，常用于气体的余热或冷量的利用。其缺点是设备体积较大，而且两种流体交替时难免有一定程度的混合。
（3） 间壁式 间壁式换热器的特点是在冷热两种流体之间用一金属壁（或石墨等耐腐蚀且导热性能良好的非金属壁）隔开，以使两种流体在互不接触的情况下进行热量传递。
在这里主要介绍间壁式换热器，并着重介绍其中的列管式换热器。
图1-3 沉浸式蛇管
1.3间壁式换热器
1.3.1 蛇管式换热器
蛇管式换热器一般由金属和非金属管子，按需要弯曲成所需形状，如圆盘形、旋形和长的蛇形等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。 1.3.2套管式换热器
它是由两种不同大小直径的管子组成同心管，两端用U形弯管将它们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，如图1-5所示。换热
时，一种流体走管内另一种流体走内外管之间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热，两种流体都可以在较高的温度的温度、压力、流速下进行换热。
图1-4 喷淋式蛇管换热器
图1-5 套管式换热器 图1-6 管壳式换热器
1.3.3列管式换热器
列管式换热器又称管壳式换热器。与前面提到的几种间壁式换热器相比，单位体积的设备所能提供的传热面积要大得多，传热效果也好。由于结构紧凑﹑坚固，材料节省﹑且能选用多种材料来制造，故适应性较强，尤其在大型装置和高温﹑高压中得到普遍采用。
列管式换热器在操作时，由于冷热流体温度不同，使壳体和管壁的温度互有差异。这种差异使管子和壳体的热膨胀程度不同，当两者温差较大（50℃以上）时可能将管子扭曲，或从管板上拉松，甚至毁坏整个换热器。对此，必须从结构上考虑热膨胀的影响，采用各种补偿的办法。目前广泛使用的按
照有无热补偿或补偿方法的不同，主要由以下几种。
（1）固定管板式换热器 固定管板式换热器两端的管板固定在壳体上。其特点是结构简单，制造成本低，适用于壳体和管束温差小﹑管外物料比较清洁且不易结构的场合。
当壳体和管束之间的温差比较大（大于50℃）而壳体承受压力不太高时，仍可采用固定管板式，但需在壳体上加上热补偿结构以消除过大的热应力。 图1-7 所示为壳体上具有补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器。 （2） 浮头式换热器 当壳体和管束间的温差比较大，而管束空间经常需要清洗时可以采用这种形式。
浮头式换热器的典型结构见图1-8所示，两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移
图1-8 浮头式换热器
图1-7 具有补偿圈的固定管板式换热器
动，成为浮头，浮头由浮动管板、勾圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互补约束，因而不会产生热应力。浮头式换热器的特点是管间和管内的清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板换热器高，设备笨重，材料消耗大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。