化工单元过程与操作 化工单元过程与操作 情境三 传热过程及设备的选择与操作.ppt

(3)利用公式计算K值 传热过程： （1）热流体在流动过程中把热量传给间壁的对流传热； （2）通过间壁的热传导； （3）热量由间壁另一侧传给冷流体的对流传热。 (3)利用公式计算K值 T tw2 tw1 t 对流 传导 对流 用公式计算K值 若传热面两侧表面上的污垢热阻分别为：R污内和R污外 或用RSi和RSo表示，则 有： 讨论： 1)当传热间壁为平壁时 2)总热阻必大于每一个分热阻，总传热系数必小于任何一个膜系数。 3)若固体壁是金属材料，?很大，而?很小时，?/?很小，且污垢热阻可忽略时，则 4)各分热阻中，最大的分热阻对K值的影响最大。当传热间壁两侧a相差较大时，K值总是接近于小的膜系数，K=a小，提高K以强化传热时，必须设法提高a小。 5)壁温接近于a大的一边流体温度。 常见对流传热过程的α值 换热方式 空气 自然对流 气体加热或冷却 强制对流 水 自然对流 水加热或冷却 强制对流 α/[W/(m2.K)] 5～25 20～100 20～1000 1000～15000 换热方式 水蒸汽 冷凝 有机蒸汽 冷凝 水沸腾 油加热或冷却 强制对流 α/[W/(m2.K)] 5000～15000 500～2000 2500～25000 1000～1700 降低总热阻的措施(提高 K值的措施） 一般来说，在金属材料换热器中，金属材料壁面较薄且导热系数高，不会成为主要热阻；污垢热阻是一个可变因素，在换热器刚投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要矛盾，但随着使用时间的加长，污垢逐渐增加，便可成为阻碍传热的主要因素。 要提高 K 值，就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占比例不同，故应设法减少对K值影响较大的热阻。 对流给热热阻经常是传热过程的主要矛盾，对流给热热阻很多情况下是换热过程的关键热阻，是换热器设计与使用过程中要着重考虑的因素。 因为加大流速，使流体的湍动程度加剧，可减少传热边界层中层流内层的厚度 ，提高对流传热膜系数（对流给热系数），也即减少了对流传热的热阻。 例如：在管壳式换热器中增加管程数和壳程的挡板数，可分别提高管程和壳程的流速。 减少对流给热热阻的主要方法是 提高流体的速度 五、换热器传热过程的强化途径 换热器传热过程的强化，就是提高冷热流体间的传热速率。也就是用较小的传热面积或用较小体积的传热设备来完成同样的传热任务，以提高经济性。由总传热速率方程式Q=KA⊿tm 可知 1.增大⊿tm 对于一定的换热器， ⊿tm越大，对传热越有利， ⊿tm的大小由两流体的温度决定，目的流体温度工业条件所规定无法改变，而加热剂或冷却剂的温度可以改变，在无相变的条件下，应尽量选用逆流操作以获得较大的⊿tm 。 。 2.增大单位体积的传热面积A 增大A，不能单纯从增大体积的角度来增大A，而应考虑如何增大单位体积的传热面积，如用小管代替大管、用螺纹管、波纹管代替光滑管，采用翅片式换热器等等。 3.增大传热系数K ①增大流速，增强流体的湍动程度以减薄层流内层厚度。如增加管程数或壳程的挡板数。 ②增加流体的扰动，以减薄层流内层厚度。 ③减小污垢热阻，及时清除垢层。 注意：是增大关键热阻对应的流速和扰动程度 任务四 换热设备的保温与隔热 一、保温材料的确定（自学） 二、保温层厚度的确定（以平壁为例） 稳定传热：传热系统中温度分布不随时间而改变的传热过程。 不稳定传热：传热系统中温度分布随时间变化的传热过程。 δ t1 t2 Q t t1 t2 o δ x 平壁壁厚为δ ，壁面积为A； 壁的材质均匀，导热系数λ不随温度变化，视为常数； 平壁的温度只沿着垂直于壁面的x轴方向变化，故等温面皆为垂直于x轴的平行平面。 平壁侧面的温度t1及t2恒定。 （1）单层平壁的稳定热传导 如图所示：以三层平壁为例 Q δ1 δ2 δ3 x t t1 t2 t3 t4 假定各层壁的厚度分别为δ1，δ2，δ3，各层材质均匀，导热系数分别为λ1，λ2，λ3，皆视为常数； 层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等，各等温面亦皆为垂直于x轴的平行平面。 壁的面积为A，在稳定导热过程中，穿过各层的热量必相等。 （2） 多层平壁的稳定热传导 （2） 多层平壁的稳定热传导 结论：多层平壁的导热的总推动力等于各层导热的推动力之 和；多层平壁的导热的总热阻等于各层导热的热阻之和。 例3-6 * * 变温传热——参与传热的两种流体（或其中之一）有温度变化。变温传热时，其平均温度差的计算方法因流向的不同而异。 * * ①根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差，