第五章 传热1(课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版)

第五章 传热 第五章 传 热 第一节 传热的主要任务 一、传热在化工生产中的应用 大多数的化学反应都伴随着反应热的释放或吸收 （1） （2） 蒸发、蒸馏等单元操作伴随着传热过程 （3）设备保温 防止热量或冷量的损失 改善劳动条件 （4）废热的回收和能量的综合利用 二、传热的基本方式 根据传热机理的不同，热量传递的基本方式有三种： 1．热传导 物体中温度较高部分的分子因振动而与相邻分子相碰撞，将热能传给温度较低部分 的传热方式。 其特点：物体中的分子不发生相对位移。 2．热对流 流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 其特点：伴随流体运动，因运动方式不同，又分为 自然对流 强制对流 自然对流：因流体中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移。 强制对流：因外力作用，迫使流体的质点沿某个方向流动。 3．热辐射 高温物体以电磁波的形式进行的一种传热现象。 其特点：不需要任何介质作媒介，它可以在真空中传播 实际上，以上三种传热方式很少单独存在，一般都是两种或三种方式同时出现。本章 重点讨论导热和对流两种传热方式。 三、工业生产上的换热方法 参与传热的流体称为载热体 热载热体或加热剂 冷载热体或冷却剂、冷凝剂 冷载热体或冷却剂、冷凝剂 热载热体或加热剂 ：具有较高温度的放热流体 ：具有较低温度的吸热流体 冷、热两种流体在换热器内进行热交换，实现热交换的方式有以下三种： 1．直接接触式换热 冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换。如图5-1所示 利用固体填充物来积蓄和释放热量而达到换热的目的。如图5-2所示 2．蓄热式换热 3．间壁式换热 参与传热的两种流体被固体间壁隔开，冷、热两流体在不直接接触的条件下通过 固体间壁进行热量的交换。如图5-3所示 四、间壁式换热器简介 间壁式换热的特点： 冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。 1．套管式换热器 套管式换热器是由两种直径大小不同的直管 组成的同心管，一种流体在内管中流动， 另一种流体在内、外两壁间的环隙中流动， 通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面积即为传热面积。 2．列管式换热器 列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。 换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程 换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程 流经管程的流体称为管程流体。若管流体一次通过管程，称为单管程 流经壳程的流体称为壳程流体。壳流体一次通过壳程，称为单壳程 五、稳定传热与不稳定传热 稳定传热 : 在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: 若传热系统中温度分布随时间变化的传热过程 化工生产过程中的传热多为稳定传热，本章只讨论稳定传热 第二节 传热计算 一、传热速率方程 传热速率Q：单位时间内通过传热面的热量。 实践证明：两股流体单位时间所交换的热量，与传热面积A成正比，与冷热两种流体 的温度差成正比 即 把上述比例式改写成等式，以 表示比例常数，则得 传速率方程式 式中 称为传热系数 传热系数的意义是：当温度差为1 时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量。 显然， 值的大小是衡量换热器性能的一个重要指标， 值越大，表明在单位传 热面积上在单位时间内传递的热量越多。 单位传热面积上的传热速率与传热推动力成正比， 与热阻成反比。因此，提高换热器传热速率的途径 为提高传热推动力和降低传热阻力。 二、热负荷和载热体用量的计算 1．热负荷的计算 换热器的热负荷：热流体的放热量或冷流体的吸热量 热负荷与传热速率的区别： 热负荷是由工艺条件决定的，是对换热器的要求 传热速率是换热器本身的换热能力，是设备的特征 一个能满足生产换热要求的换热器，必须使其传热速率等于（或略大于）热负荷。 所以，通过计算热负荷，便可确定换热器的传热速率。 热负荷的计算有以下三种方法： （1）焓差法 利用流体换热前、后焓值的变化计算热负荷的计算式如下 或 焓的数值决定于流体的物态和温度。通常取0℃为计算基准，规定液体和蒸汽的焓 均取0℃液态的焓为0 J/kg，而气体则取0℃气态的焓为0 J/kg。 （2）显热法 此法用于流体在换热过程中无相变化的情况。计算式如下 或 （3）潜热法 此法用于流体在换热过程中仅发生相变化(如冷凝或气化)的场合。 或 2．载热体消耗量 当确定了换热器的热负荷以后，载热体的流量可根据热量衡算确定。 3．载热体的选用 【例题5-1】 载