专题七 认知传热装置的工艺流程（课件）-《化工单元操作》（化工社）专题复习讲练测

专题七 认知传热装置的工艺流程 《化工单元操作》（第1版）化工社 专题复习讲练测 1 一.考纲解读 二.知识点梳理和重点概念复习 三.真题或常考题讲解 四.课内练习及讲评 五.内容归纳小结 CONTENTS 01 一.考纲解读 02 二.知识点梳理和重点概念复习 03 三.常考习题练习与讲解 04 四.课内练习与讲解 05 五.课堂小结 目录 考纲解读 01 区分稳态传热与非稳态传热的特点，能够判断给定的传热过程属于哪种类型。 阐述傅里叶定律的内容及意义，会运用该定律进行简单的热传导计算。 热辐射的特点及与热传导、热对流的区别。 描述直接接触式换热、间壁式换热、蓄热式换热的工作原理及各自的优缺点。 比较列管式换热器和套管式换热器的结构特点和工作性能。 常见考点： 01 1.理解稳态传热与非稳态传热的概念，能够准确判断给定传热过程的类型，并阐述其特点。 02 03 考纲解读 01 2.掌握工业换热的三种方法（直接接触式换热、间壁式换热、蓄热式换热），能够描述其工作原理和应用场景。 3.准确阐述傅里叶定律的内容并能进行简单的计算应用。 考试要求： 考纲解读 01 选择题 下列属于稳态传热的是、傅里叶定律中，热流密度与什么成正比 简答题 分别说明三种工业换热方法的工作原理及优缺点、解释傅里叶定律的含义，并举例说明其在实际中的应用 填空题 常用的加热剂中什么的加热温度较高、热传导的传热速率与温度梯度成 易考题型： [图片] 考纲解读 01 知识点思维导图： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 一、传热概念 传热是生活、生产领域每天都在发生的一种物理现象。热量的传递是由于物体间或物体内温度不同而引起的。热量总是自动地从同一物体的高温部分传给低温部分，或是从较高温度的物体传给较低温度的物体。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 二、常用的加热剂与冷却剂 化工生产中加热剂与冷却剂的选择，主要取决于加热或冷却所要达到的温度，同时还要考虑温度调节的方便，以及载热体的热容、蒸气压、冰点、热稳定性、毒性、腐蚀性和价格等因素。 知识点梳理： 水 盐水 氨蒸气 空气 常用冷却剂 热水 二笨混合物 矿物油 烟道气 饱和水蒸气 电 常用加热剂 熔盐 [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 三、工业换热方法 直接接触式换热—冷、热流体直接接触，在混合过程中进行传热。这种换热方法适用于冷、热流体允许直接混合的场合，又称作混合式换热。 间壁式换热—这是生产中使用最广泛的一种形式。这种换热方法适用于冷、热流体不允许直接混合的场合。 蓄热式换热—又称回流式换热器，这种换热方法通常是在蓄热式换热器中进行的。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 四、传热基本方式 根据传热机理的不同，传热的基本方式有三种，即热传导、热对流和热辐射。 知识点梳理： 热传导-又称导热，是由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动，使热量从物体的高温部分向低温部分传递的过程。 热对流-是由于流体中各部分质点发生相对宏观位移而引起的热量传递过程。 热辐射-是一种通过电磁波传递能量的过程方式。 [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 五、换热器的分类 知识点梳理： B 按形状分类：管式换热器、特殊形式换热器、板式换热器 C 按用途分类：加热器、预热器、冷凝器、冷却器、再沸器、蒸发器、过滤器 A 按换热方法分类：直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器 知识点梳理和重点概念复习 02 六、列管式换热器 列管式换热器具有如下优点： 在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少； 每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。 结构简单，紧凑，使用方便，制造成本低。当换热管壁温与壳体壁温差较大(大于50℃)时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节。 该类换热器适用于壳程流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程流体压力不高的场合(因壳程压力受膨胀节强度的限制)。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 重点概念复习： 1.传热：传热是生活、生产领域每天都在发生的一种物理现象。 2.热换器：在工业生产中，实现热量交换的设备称为热量交换器，简称换热器。 3.对流传热：又称给热，是发生在流体与固体壁面间的热量传递。对流传热包括固体壁面与紧靠固体壁面的流体层流内层的热传导和流体内湍流主体的对流等传热过程。 4.热传导：又称导热，是由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动，使热量从物体的高温部分向低温部分传递的过程。 常考题练习与讲解 03 选择题 1.冷热流体进行直接接触换热，此换热方法称为( )。 A.间壁式换热 B.混合式换热 C.蓄热式换热 D.对流传热 1.冷热流体进行直接接触换热，此换热方法称为( )。 A.间壁式换热 B.混合式换热 C.蓄热式换热 D.对流传热 答案：B。 解析：冷热流体进行直接接触换热的方法称为混合式换热。 常考习题练习与讲解 03 选择题 2.蓄热式换热器又称( )。 A.列管式换热器 B.回流式换热器 C.板式换热器 D.夹套换热器 答案：B。 解析：蓄热式换热器又称回流式换热器。它是通过蓄热体交替地被热流体加热和被冷流体冷却，从而实现热量的传递。 常考习题练习与讲解 03 选择题 3.化工厂的凉水塔属于( )。 A.混合式换热器 B.蓄热式换热器 C.间壁式换热器 D.列管式换热器 答案：A。 解析：化工厂的凉水塔是使热水和空气直接接触进行换热，属于混合式换热器。 常考习题练习与讲解 03 选择题 4.工业上对流传热，多数采用( )。 A.自然对流传热 B.强制对流传热 C.导热传热 D.辐射传热 答案：B。 解析：工业上对流传热多数采用强制对流传热。 常考习题练习与讲解 03 选择题 5.金属的纯度对热导率的影响很大，一般合金的热导率比纯金属的热导率会( )。 A.增大 B.减小 C.相等 D.不同金属不一样 答案：B。 解析：金属的纯度对热导率的影响很大，一般合金的热导率比纯金属的热导率会减小。 常考习题练习与讲解 03 选择题 6.对流传热速率与传热面积( )。 A.成反比 B.成正比 C.没关系 D.有关系 答案：B。 解析：对流传热速率与传热面积成正比。对流传热速率公式可以看出，当其他条件一定时，对流传热速率随着传热面积的增大而增大，两者成正比关系。 常考习题练习与讲解 03 选择题 7.当冷热流体温差过大，需采用补偿措施的换热器有（ ）。 A.U形管换热器 B.固定管板式换热器 C.浮头式列管换热器 D.套管换热器 答案：B。 解析：冷热流体温差过大时，固定管板式换热器由于管束与壳体是刚性连接，在温差较大时会产生较大的热应力，需要采用补偿措施，如设置膨胀节等。 常考习题练习与讲解 03 选择题 8.下列换热器中，属于列管式换热器的是( )。 A.套管换热器 B.沉浸式蛇管换热器 C.U形管换热器号 D.夹套换热器 答案：C。 解析：列管式换热器主要有固定管板式、浮头式和 U 形管式等类型。 常考习题练习与讲解 03 判断题 1.列管换热器单管程与双管程的区别是管子的根数不同。 ( ) 答案：错误。 解析：单管程与双管程列管换热器的主要区别不在于管子的根数，而在于流体在换热器内的流动路径不同。 常考习题练习与讲解 03 判断题 2.列管换热器主要由壳体、封头、管束、管板等部件构成。 ( ) 答案：正确。 解析：列管换热器主要由壳体、封头、管束、管板等部件组成。壳体为容纳流体提供空间；封头用于封闭壳体的两端；管束由多根换热管组成，是进行热量交换的主要部位；管板则用于固定换热管，并将其与壳体连接起来。 常考习题练习与讲解 03 判断题 3.U形管换热器适用于温差较大的冷热流体换热。 ( ) 答案：正确。 解析：U 形管换热器的管束由 U 形管组成，U 形管的两端固定在同一管板上，管束可以自由伸缩。这种结构使得 U 形管换热器能够适应较大的温差，因为在温度变化时，U 形管可以通过自身的伸缩来吸收热膨胀和冷收缩，从而减少了温差应力对设备的影响。 常考习题练习与讲解 03 判断题 4.热流体即加热剂，冷流体即冷却剂。 ( ) 答案：错误。 解析：热流体是需要被冷却的高温流体，它将热量传递给冷流体；冷流体是用于吸收热流体热量从而温度升高的流体，它可以是冷却剂，但不一定只是冷却剂的唯一角色，冷流体也可以是在某些工艺中需要被加热升温的物料等。 常考习题练习与讲解 03 判断题 5.热传导主要在固体和静止流体中进行。 ( ) 答案：正确。 解析：热传导是依靠物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞而发生的热量传递现象。 常考习题练习与讲解 03 填空题 1. 翅片管式换热器是通过 增加传热面积。 答案：翅片。 解析：翅片管式换热器在管子上安装翅片，以增加传热面积，提高换热效率。 常考习题练习与讲解 03 填空题 2.夹套式换热器通常用于 的加热或冷却。 答案：容器外壁。 解析：夹套式换热器是在容器外壁加上夹套，用于对容器内的物质进行加热或冷却。 常考习题练习与讲解 03 填空题 3.U 型式换热器的优点是 。 答案：可以适应一定的热膨胀。 解析：U 形管式换热器的 U 形管结构可以在一定程度上适应热膨胀。 常考习题练习与讲解 03 填空题 4.套管式换热器由 和 组成。 答案：内管、外管。 解析：套管式换热器主要由内管和外管组成，流体在内外管之间进行换热。 常考习题练习与讲解 03 填空题 5.列管式换热器中， 式适用于温差较大的场合。 答案：浮头。 解析：浮头式列管换热器的浮头端可以自由伸缩，能较好地适应温差变化。 课内练习与讲解 04 计算题 1.有一个用10mm不锈钢板制成的平底反应器，其底面积为2m²，内外表面温度分别为378K和368K，求每秒从反应器底部散失于外界的热量为多少? 解： 不锈钢的热导率可查得约为16W/（m·K） 反应器底部面积A＝2m² 不锈钢板厚度d＝10mm＝0.01m 根据热传导公式进行计算 课内练习与讲解 04 计算题 2.有一面耐火砖墙，厚度为230mm，面积为40m，墙内壁的温度为483K，外壁的温度为523K，试估算这面墙每小时向外散失的热量。 课内练习与讲解 04 简答题 1.板翅式换热器的优点有哪些？ 答案：板翅式换热器传热效率高，因为其采用薄金属板和翅片结构，增大了传热面积。同时，它可以实现多种流体之间的换热，适应性强。结构紧凑，占用空间小。但板翅式换热器对流体的清洁度要求较高，否则容易堵塞翅片间隙，影响传热效果。适用于对空间要求严格、传热效率要求高的场合。 课内练习与讲解 04 简答题 2.浮头式换热器为什么能适应较大的温差？ 答案：浮头式换热器的浮头端可以在一定范围内自由伸缩，当热流体和冷流体的温差较大时，换热器的壳体和管束之间不会因为热膨胀差异而产生过大的热应力。这样就可以在较大的温差下正常工作，而不会损坏设备。例如在一些化工生产中，由于工艺要求可能会出现较大的温差，此时浮头式换热器就比较适用。 课内练习与讲解 04 简答题 3.热辐射与热传导、热对流有什么不同？ 答案：热辐射是通过电磁波的形式传递热量，无需介质，可以在真空中进行。而热传导是依靠分子的热运动在固体或静止流体中传递热量，热对流是通过流体的宏观运动传递热量。热辐射的传热速率与物体的温度、表面性质等因素有关，与流体的性质无关。 课内练习与讲解 04 简答题 4.阐述傅里叶定律的内容及意义。 答案：傅里叶定律表明热流密度与温度梯度成正比。其意义在于定量地描述了热传导过程中热量传递的规律。在实际应用中，可以根据傅里叶定律计算热传导的速率，为设计传热设备提供理论依据。例如在计算换热器中通过固体壁面的热传导时，就会用到傅里叶定律。 课内练习与讲解 04 简答题 5.说明直接接触式换热的优缺点。 答案：优点是换热效率高，因为两种流体直接接触，热量传递迅速。 缺点是可能会造成流体混合，对于不希望两种流体混合的情况不适用。例如在某些化工生产中，如果两种流体混合会产生不良后果，就不能采用直接接触式换热。 课堂小结 05 在本次课程中，我们学习了传热装置的工艺流程相关知识。 首先，我们了解了稳态传热与非稳态传热的区别，认识到不同传热状态在实际生产中的应用场景。学习了载热体的概念，以及常用的加热剂和冷却剂，为合理选择传热介质提供了依据。其次，我们还深入探讨了三种工业换热方法，直接接触式换热高效但可能导致流体混合，间壁式换热应用广泛但效率相对较低，蓄热式换热适用于间歇性换热。热传导、热对流和热辐射三种传热方式各有特点，傅里叶定律为热传导的计算提供了理论基础。对于各种换热器，我们认识了列管式、套管式、浮头式、U 型式、夹套式、沉浸式蛇管、翅片管式、平板式和板翅式等不同类型的换热器，了解了它们的结构特点、工作原理和适用场合。 通过本次课程的学习，希望同学们能够掌握传热装置的基本工艺流程，为今后在实际工作中正确选择和使用传热设备打下坚实的基础。 课堂小结 05 重点复习知识点 1.常用冷却剂：水、空气、盐水、氨蒸汽；常用加热剂：热水、矿物油、饱和水蒸气、电、熔盐、烟道气等。 2.工业换热方法：直接接触式换热、间壁式换热、蓄热式换热。 3.传热基本方式：热传导、热对流、热辐射。 4.列管式换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢观看 $$