化工——第三章1.pptVIP

第三章 传热过程及换热器 漳州师范学院化学与环境科学系 一、概述 传热过程——系统内由于温度的差异使热量从高温向低温转移的过程为热量传递过程，简称传热过程。 传热在化工中的重要性： 化工生产中的化学反应通常是在一定的温度下进行； 在其他单元操作中物料都有一定的温度要求，需要加入或输出热量。 非常温下操作的设备和管道需保温，以便减少对外界的传热。 能源价格的不断上升和对环保要求增加，热量的合理利用和废热的回收越来越得到人们的重视。 化工对传热过程有两方面的要求： （1）强化传热过程：在传热设备中加热或冷却物料，希望以高传热速率来进行热量传递，使物料达到指定温度或回收热量，同时使传热设备紧凑，节省设备费用。 （2）削弱传热过程：如对高低温设备或管道进行保温，以减少热损失。 二、传热的三种基本方式 按用途分： 可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。 按冷、热流体热量交换的原理和方式： 可分为混合式、蓄热式、间壁式。 按结构分： 夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、翅片式、板翅式、热管式等 夹套式换热器 结构：夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。 优点：结构简单，加工方便。 缺点：传热面积A小，传热效率低。 用途：广泛用于反应器的加热和冷却。 为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。 蛇管式换热器 （1）沉浸式蛇管换热器 结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小。 为了强化传热，容器内加搅拌。 优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好。 缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。 用途：用于冷却或冷凝管内液体。 套管式换热器 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。 缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。 用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。 列管式换热器(管式换热器) 主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。 在管内流动的流体，其行程称为管程；在管外流动的流体，其行程称为壳程。 管束的壁面即为传热面。 因冷热流体温度不同，壳体和管束受热不同，其膨胀程度也不同，因此，列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取温差补偿措施。 根据温差补偿措施，列管式换热器可分为： 板式换热器 板式换热器特点：制作简便，结构紧凑，能节约金属材料；缺点是操作压力和温度都不能太高。 可分为平板式换热器和螺旋板式换热器。 优点：结构紧凑，传热效率高，不易堵塞，结构紧凑，A/V大，成本较低。 缺点：操作压力、温度不能太高，螺旋板难以维修，流体阻力较大。 翅片管换热器 因气体或高粘度液体侧的对流传热系数很小，为强化传热，须减小该侧热阻，因而可在换热管对流传热系数小的一侧加上翅片。 特点：管外安装翅片，增加传热面积，增强管外流体的湍流程度从而提高传热系数。 板翅式换热器 板翅式换热器是一种传热效果好，结构更为紧凑的板式换热器。它是由多个单元体组成的，所谓的单元体是在两块平行的金属薄板之间夹入波纹状或其他形状的翅片，两边以侧条密封的结构。 优点：结构高度紧凑，传热效率高，允许较高的操作压力。 缺点：制造工艺复杂，检修清洗困难。 热管换热器 热管是一种新型传热元件，它是在一根装有毛细吸芯金属管内充以定量的某种工作液体，然后封闭并抽除不凝性气体。当加热段受热时，工作液体遇热沸腾，产生的蒸汽流至冷却段放出潜热。冷凝液沿毛细结构的吸液芯在毛细管渗透力作用下回流至加热段再次沸腾。 特点：有相变对流传热系数大，结构简单，壁温均匀。 * * 4.2 传导传热（导热） 4.3 对流传热（给热） 4.4 间壁式热交换的计算 4.5 换热器的选择及传热过程的强化 4.1 概述 本章内容 工业上的换热方式 为了调节和控制物料的温度，以满足工艺要求，常需要对物料进行加热或冷却。需要加热的物料，常用一种热流体来供给热量；需要冷却的物料，又常用一种冷流体来吸收它的热量。这种用来对物料供热或吸热的流体统称为载热体（载冷体），物料和载热体之间的传热过程称为热交换（换热）。 工业上的传热过程中，冷、热流体的换热方式有三种：直接接触式、蓄热式、间壁式。 热量传递的基本方式有传导传热、对流传热和辐射传热三种。 传导传热（热传导，导热）：热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的 温度较低的另一物体的过程。 特点：发生在相互接触的物质之间和物质内部，传热靠微观粒子的运动而完成，无物质的宏观运动。 对流传热