化工原理第五章第一节讲稿

2020/1/24第四章传热一、传热在化工中的应用二、传热的三种基本方式三、传热速率与热通量四、两种流体热交换方式和换热器五、热源和冷源六、典型的间壁式换热器及其传热过程第一节概述2020/1/24一、传热在化工生产中的应用传热：就是热的传递，是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程。1、化工与传热1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸收的热量。2020/1/242020/1/242020/1/242）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按一定的速率向设备输入或输出热量。3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和外界传热。4）对于废热也需合理的利用与回收。2、化工生产中传热过程的两种情况1）强化传热：各种换热设备中的传热。2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失2020/1/24二、传热的三种基本方式1、热传导热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种传热方式。微观机理因物态而异2020/1/242、热对流流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对流对流只能发生在流体中。强制对流自然对流用机械能（泵、风机、搅拌等）使流体发生对流而传热。由于流体各部分温度的不均匀分布，形成密度的差异，在浮升力的作用下，流体发生对流而传热2020/1/243、辐射辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原因而发出辐射能的过程，称为热辐射。辐射传热，不仅是能量的传递，还伴随着能量形式的转化。辐射传热不需要任何介质作媒介，可以在真空中传播。2020/1/24三、传热速率与热通量•传热速率（热流量）Q•单位时间内通过传热面的热量，单位为W。•热通量（又称为热流密度或传热速度）q•单位传热面积的传热速率。单位为W/m2•传热速率与热通量的关系为dSdQq热阻（阻力）传热温差（推动力）传热速率传热温差以△T表示，热阻通常以R表示RtQ2020/1/24四、两种流体热交换方式和换热器1、直接接触式传热直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。2、蓄热式换热蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。2020/1/242020/1/242020/1/242020/1/243、间壁式换热间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。传热过程可分为三步：•热流体将热量传给固体壁面（对流传热）•热量从壁的热侧传到冷侧（热传导）•热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热）壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。2020/1/24列管式换热器2020/1/24五、热源和冷源•1、热源•1）电热：特点是加热能达到的温度范围广，而且便于控制，使用方便，比较清洁。但费用比较高。•2）饱和水蒸气：•优点：饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关系，调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便，而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。•缺点：饱和水蒸气冷凝传热能达到的温度受压强的限制。2020/1/243）烟道气烟道气的温度可达700℃以上，可以将物料加热到比较高的温度。缺点：传热速度慢，温度不易控制。4）高温载热体：优点：沸点高（饱和蒸汽压低），化学性质稳定。2、冷源一般采用水、空气和冷冻盐水等作为冷源。2020/1/24六、典型的间壁式换热器及其传热过程1、套管式换热器套管式换热器是由两种直径大小不同的直管组成的同心管，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁间的环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面积即为传热面积。2、列管式换热器列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。2020/1/24套管换热器2020/1/242020/1/24单程列管换热器2020/1/24一种流体由封头的进口管进入器内，流经封头与管板的空间分配至各管内（称为管程）。通过管束后，从另一端封头的出口流出换热器。另一种流体则由壳体的接管流入，在壳体与管束间的空隙流过（称为壳程），从壳体的另一端接管流出。壳体内往往安装若干块与管束相垂直的折流挡板。流体在管束内只通过一次，称为单程列管式换热器。若在换热器封头内设置隔板，将管束的全部管子平均分隔成若干组，流体每次只通过一组管子，然后折回进入另一组管子，如此往复多次，最后从封头接管流出换热器。这种换热器称为多管程列管式换热器。2020/1/24