化工原理第四章第一節(jié)講稿

1、2021-7-27 第四章第四章 傳熱傳熱 一、傳熱在化工中的應(yīng)用一、傳熱在化工中的應(yīng)用 二、熱源和冷源二、熱源和冷源 三、傳熱的三種基本方式三、傳熱的三種基本方式 四、兩種流體熱交換的基四、兩種流體熱交換的基 本方式本方式 五、典型的間壁式換熱器五、典型的間壁式換熱器 及其傳熱過程及其傳熱過程 六、傳熱速率與熱通量六、傳熱速率與熱通量 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 2021-7-27 一、傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用一、傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 傳熱：就是熱的傳遞，是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的 一種傳遞過程 。 1、化工與傳熱、化工與傳熱 1）絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)過程都要求在一定的溫度下進(jìn)行，為 了使物料

2、達(dá)到并保持指定的溫度，就要預(yù)先對(duì)物料進(jìn)行加 熱或冷卻，并在過程中及時(shí)取出放出的熱量或補(bǔ)充需要吸 收的熱量。 2021-7-27 2）一些單元操作過程，例如蒸發(fā)、蒸餾、干燥等，需要按 一定的速率向設(shè)備輸入或輸出熱量。 3）在高溫或低溫下操作的設(shè)備，要求保溫，以減少它們和 外界傳熱。 4）對(duì)于廢熱也需合理的利用與回收。 2、化工生產(chǎn)中傳熱過程的兩種情況、化工生產(chǎn)中傳熱過程的兩種情況 1）強(qiáng)化傳熱：）強(qiáng)化傳熱：各種換熱設(shè)備中的傳熱。 2）削弱傳熱：）削弱傳熱：如對(duì)設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失 2021-7-27 二、熱源和冷源二、熱源和冷源 1、熱源、熱源 1）電熱：）電熱：特點(diǎn)是加熱能達(dá)到的溫度

3、范圍廣，而且便于控制， 使用方便，比較清潔。但費(fèi)用比較高 。 2）飽和水蒸氣：）飽和水蒸氣： 優(yōu)點(diǎn)：飽和水蒸氣的冷凝溫度和壓強(qiáng)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系， 調(diào)節(jié)飽和水蒸汽的壓強(qiáng)就可以控制加熱溫度，使用方便， 而且飽和蒸汽冷凝過程的傳熱速率快。 缺點(diǎn)：飽和水蒸氣冷凝傳熱能達(dá)到的溫度受壓強(qiáng)的限制。 2021-7-27 3）煙道氣）煙道氣 煙道氣的溫度可達(dá)700以上，可以將物料加熱到比較高 的溫度 。 缺點(diǎn)：傳熱速度慢，溫度不易控制。 4）高溫載熱體：）高溫載熱體： 優(yōu)點(diǎn)：沸點(diǎn)高（飽和蒸汽壓低），化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 2、冷源、冷源 一般采用水、空氣和冷凍鹽水等作為冷源。 2021-7-27 三、傳熱的三種基本方式

4、三、傳熱的三種基本方式 1、熱傳導(dǎo)、熱傳導(dǎo) 熱量從物體內(nèi)部溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分 或者傳遞到與之相接觸的溫度、較低的另一物體的過程稱 為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。 特點(diǎn)：物質(zhì)間沒有宏觀位移，只發(fā)生在靜止物質(zhì)內(nèi)的一種 傳熱方式。 微觀機(jī)理因物態(tài)而異 2021-7-27 2、熱對(duì)流、熱對(duì)流 流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳遞，稱為熱對(duì)流 對(duì)流只能發(fā)生在流體中。 強(qiáng)制對(duì)流 自然對(duì)流 用機(jī)械能（泵、風(fēng)機(jī)、攪拌等）使流體發(fā)生 對(duì)流而傳熱。 由于流體各部分溫度的不均勻分布，形成 密度的差異，在浮升力的作用下，流體發(fā) 生對(duì)流而傳熱 2021-7-27 3、輻射、輻射 輻射是一種通過電磁波傳遞能量的過

5、程。物體由于熱的原 因而發(fā)出輻射能的過程，稱為熱輻射。 輻射傳熱，不僅是能量的傳遞，還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化。 輻射傳熱不需要任何介質(zhì)作媒介，可以在真空中傳播。 2021-7-27 四、兩種流體熱交換的基本方式四、兩種流體熱交換的基本方式 1、直接接觸式傳熱、直接接觸式傳熱 直接接觸式傳熱的特點(diǎn)是冷、熱兩流體在傳熱器中以直接 混合的方式進(jìn)行熱量交換，也稱混合式換熱。 2、蓄熱式換熱、蓄熱式換熱 蓄熱式換熱器是由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成。室中充填耐 火磚作為填料，當(dāng)冷、熱流體交替的通過同一室時(shí)，就可 以通過蓄熱室的填料將熱流體的熱量傳遞給冷流體，達(dá)到 兩流體換熱的目的。 2021-7-27 2021

6、-7-27 2021-7-27 2021-7-27 2021-7-27 3、間壁式換熱、間壁式換熱 間壁式換熱的特點(diǎn)是冷、熱流體被一固體隔開，分別在壁 的兩側(cè)流動(dòng)，不相混合，通過固體壁進(jìn)行熱量傳遞。 傳熱過程可分為三步： 熱流體將熱量傳給固體壁面（對(duì)流傳熱） 熱量從壁的熱側(cè)傳到冷側(cè)（熱傳導(dǎo)） 熱量從壁的冷側(cè)面?zhèn)鹘o冷流體（對(duì)流傳熱） 壁的面積稱為傳熱面，是間壁式換熱器的基本尺寸。 2021-7-27 五、典型的間壁式換熱器及其傳熱過程五、典型的間壁式換熱器及其傳熱過程 1、套管式換熱器、套管式換熱器 套管式換熱器是由兩種直徑大小不同的直管組成的同心 管，一種流體在內(nèi)管中流動(dòng)，另一種流體在內(nèi)、外兩

7、壁 間的環(huán)隙中流動(dòng)，通過內(nèi)管管壁進(jìn)行熱量交換。內(nèi)管壁 的表面積即為傳熱面積。 2、列管式換熱器、列管式換熱器 列管式換熱器由殼體、管束、管板和封頭等部件組成。 2021-7-27 2021-7-27 2021-7-27 一種流體由封頭的進(jìn)口管進(jìn)入器內(nèi)，流經(jīng)封頭與管板的空間 分配至各管內(nèi)（稱為管程）。通過管束后，從另一端封頭的 出口流出換熱器。另一種流體則由殼體的接管流入，在殼體 與管束間的空隙流過（稱為殼程），從殼體的另一端接管流 出。殼體內(nèi)往往安裝若干塊與管束相垂直的折流擋板。 流體在管束內(nèi)只通過一次，稱為單程列管式換熱器。 若在換熱器封頭內(nèi)設(shè)置隔板，將管束的全部管子平均分隔 成若干組，流體每次只通過一組管子，然后折回進(jìn)入另一組 管子，如此往復(fù)多次，最后從封頭接管流出換熱器。這種換 熱器稱為多管程列管式換熱器。 2021-7-27 2021-7-27 2021-7-27 列管式換熱器的換熱面積為管束管壁的全部表面積。 lndS d管徑可分別用管內(nèi)徑di,管外徑d0或平均直徑dm來表示。 則對(duì)應(yīng)的傳熱面積分別為管內(nèi)側(cè)面積Si，外側(cè)面積S0或平均面 積Sm 2021-7-27 六、傳熱速率與熱通量六、傳熱速率與熱通量 傳熱速率（熱流量傳熱速率（熱流量 ）Q 單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面的熱量，單位為w。 熱通量（又稱為