3.1 概述(课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版社）

第三章 传 热 传热 Heat transfer 3.1.1 传热在化工生产过程中的应用： 1）加热或冷却，使物料达到指定的温 度； 2）通过换热，回收利用热量； 3）保温，以减少热损失。 3.1 概述 化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况； 一种是强化传热过程，如各种换热设备中的传热； 另一种是削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。 为此必须掌握传热的共同规律。 传热方向：高温→低温 传热极限：温度相等 传热推动力：温度差 传热应用：科研、生产、生活 3.1.2 传热的基本方式 热传递三种基本方式：传导、对流和辐射。 1、热传导（导热） 　机理：当物体内部或两物体间存在温度差时，高温物体将一部分热量传递给低温物体。 （导热不能在真空中传播） 特点：物体中的分子或质点不发生宏观的相对位移。 例如：金属固体—自由电子扩散 运动 不良导体和液体—通过振动能从一分子传递到另一分子。 气体—分子不规则运动 2、对流（热对流、对流传热） 机理：由于流体中质点的相对位移和混合，将热能由一处传至另一处的传递热量的方式。 分为：自然对流：流体的运动是由于流体内部各 处温度不同而引起局部的密度差异所致。 强制对流：若流体的运动是由于受到外力的作用(如风机、泵或其它外界压力等）所 引起。 实质：流体质点携带着热能在不断的流动中，把热能给出或吸热的过程。 3、辐射 辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。以电磁波的形式向外界辐射能量。其热能不依靠任何介质而以电磁波形式在空间传播，当被另一物体部分或全部接受后，又重新转变为热能。 特点：不仅产生能量的转移，还伴随能量形式的转换。 本章中限研究热量从高温自动地向低温部分的传递过程。 思考： 暖水瓶保温原理？ 3.1.3 工业上换热方法 一、混合式换热和混合式换热器 特点：冷热流体间的热交换，是依靠热流体和冷流体直接接触和混合过程实现的。 优点：传热速度快，效率高，设备简单。 例如气体的冷却或水蒸气的冷凝等，可使热、冷流体直接混合进行热交换。 典型设备：如凉水塔、 喷洒式冷却塔、混合 式冷凝器 适用范围：无价值的 蒸气冷凝，或其冷凝 液不要求是纯粹的物 料等，允许冷热两流 体直接接触混合的场合。 废蒸气 冷水 热水 二、间壁式换热和间壁式换热器 特点：冷热流体被固体壁面所隔开，换热时两流体互不接触，热量由热流体通过间壁传给冷流体。 如图所示，热、冷流体通过间壁两侧的传热过程包括以下三个步骤： (1)热流体将热量传至固体壁面左侧(对流传热)。 (2)热量自壁面左侧传至壁面右侧(热传导)。 (3)热量自壁面右侧传至冷流体(对流传热)。 通常，将流体与固体壁面之间的传热称为对流传热过程，将热、冷流体通过壁面之间的传热称为热交换过程，简称传热过程。 主要特点： 冷热两种流体被一固体间壁所隔开，在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通过间壁传给冷流体。以达到换热的目的。 优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利用和回收便利。 缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。 典型设备：列管式换热器、套管式换热器。 适用范围；不许直接混合的两种流体间的热交换。 冷溶液进 冷溶液出 热溶液进 热溶液出 套管式换热器 1 2 3 3 6 6 5 4 4 5 7 单程列管式换热器 双程列管式换热器 列管式换热器 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 换热器的外形 换热器的管束 返回 三、蓄热式换热和蓄热器 特点：冷热两流体间的热量交换是通过壁面周期性的加热和冷却来实现的。 主要用于气体间的换热。如石油化工中的蓄热式裂解炉。 蓄热器内装有固体填充物(如耐火砖等)，热、冷流体交替地流过蓄热器，利用固体填充物来积蓄和释放热量而达到换热的目的。通常在生产中采用二个并联的蓄热器交替地使用，如图所示 蓄热器 四、生产中常用的加热和冷却方法 载热体：使工艺物料被加热或被冷却的流体。（参与热交换的两流体） 热载热体：起加热作用的载热体，在换热过程中放出热量。（加热剂） 冷载热体：起冷却作用的载热体，在换热过程中获得热量。（冷却剂） （一）载热体的选用原则 （1）满足工艺要求的温度。 （2）载热体的温度要易于调节。 （3）饱和蒸汽压低，热稳定性好。 （4）载热体应具有化学稳定性，使用过程中不会分解或变质。 （5）为了安全起见，载热体应无毒或毒性较小、不易燃、不易爆、腐蚀性小、安全可靠。 （6）价格低廉、来源广泛。 此外，对于