传热操作课件精讲.ppt

单元三 传 热 单元四 蒸 发 单元五 干 燥 化工生产需要大规模地改变物质的化学性质和物理性质，而这些性质的变化都涉及热能的传递，主要应用在： （1）化学反应：向反应器提供热量或从反应器移走热量； （2）蒸发、蒸馏、干燥：按一定的速率向这些设备输入热量；高温或低温设备：隔热保温，减少热损失； （3）热能的合理利用和废热回收。 （4）隔热与节能 化工生产中对传热的要求有两种情况： 强化传热 削弱传热 固定管板式换热器 结构特点：管束固定在两管板上 优 点：结构简单、紧凑，管内便于清洗 缺 点：壳程不能机械清洗，不能承受温度应力 适用场合：壳程内为清洁流体 温差不大 温差较大壳程压力不高 浮头式换热器 结构特点：一端管板可以自由伸缩（浮头） 优 点：不产生温差应力，壳程、管间清洗方便 缺 点：结构复杂，用材多，费用高 适用场合：温差较大 壳程内易结垢的场合 U型管式换热器 结构特点：管子成U型，只有一端固定 优 点：结构简单、不会产生温差应力 缺 点：管内清洗不变；可排管子数目较少 壳程易短路 适用场合：管、壳程温差不大 管程不易结垢的场合 填料函式换热器 结构特点：一端采用填料函密封 优 点：结构简单、易于清洗 缺 点：高压下填料函易泄漏 适用场合：管、壳程温差较大 介质易结垢需要经常清洗的场合 壳程压力不高 夹套换热器 稳定传热与不稳定传热 稳定传热:温度随位置改变，不随时间而变. 特点:输入的能量=输出的能量 不稳定传热:若传热系统中各点的温度既随位置变化又随时间变化。 热传导： 热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移。 热传导在气、液、固中均可以进行，但传导的机理不同。 金属--自由电子的扩散运动； 非金属和大部分液体（除水银等）——晶格振动和分子碰撞； 气体———分子不规则热运动。 如：一根铁棒一端放在火炉上烧，热量会通过铁棒传递到另一侧，但无物质的宏观位移。 对流传热过程：流体与固体壁面之间的传热。 传热（热交换过程）：热冷流体通过壁面之间的传热。——间壁式换热（★） 载热体选择原则 ◎ 载热体的温度易调节控制 ◎ 载热体的饱和蒸汽压较低，加热时不易分解 ◎ 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备 ◎ 价格便宜，来源容易 例：有一钢板平壁，壁厚为5mm，若高温壁面温度t1=330K，低温壁面温度t2=310K，导热系数λ=45.4W/(m.K).求该平壁在单位时间、单位面积上所传递的热量。 通常，对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程。对流传热主要是依靠流体质点的移动和混合来完成的。 因此，对流传热与流体的状态及流动状况密切相关。例如，在传热过程中，有无相变化；流体的流动是强制对流还是自然对流等，都影响对流传热速率。不同情况下对流传热的机理也不相同。以下仅对流体无相变化作强制对流的情况作简单的分析 膜假设：所有的传热阻力集中在厚度为?的一层膜中， 其中的传热方式为导热，则对于微元传热面积dS 令 则 其中?称为对流传热系数 ，单位为W/(m2·℃)或W/(m2·K)， 上式称为牛顿冷却定律。热流体的温度为T，冷流体的温度 表示为TW。 化工生产中的对流传热 一是流体无相变传热，包括强制对流和自然对流； 二是流体相变传热，包括蒸汽冷凝和液体沸腾。 壁温的估算 间壁式换热器内的传热过程 在间壁式换热器中，热流体和冷流体之间由固体间壁隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体，在传热方向上热量传递过程包括三个步骤。 热流体——间壁——冷流体 化工过程的传热问题分两类： 一类是设计型问题，即根据生产要求，选定（或设计）换热器； 另一类是操作型问题，即对于给定换热器，计算其传热量、流体的流量或湿度等。 当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，上式可简化为 若αiα0，则1/K ≈ 1/α0，称为管壁外侧对流传热控制； 若α0αi，则1/K ≈ 1/αi，称为管壁内侧对流传热控制； 由此可见，K值