化工单元操作传热课件优秀PPT.ppt
《化工单元操作传热课件优秀PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工单元操作传热课件优秀PPT.ppt(67页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、LOGO模块四模块四 传热传热LOGO项目一项目一 概述概述一一.传热过程在化工生产中的应用传热过程在化工生产中的应用 传热,即热量的传递,是自然界中普遍存在的物理传热,即热量的传递,是自然界中普遍存在的物理现象。由热力学其次定律可知,凡是有温度差存在的物现象。由热力学其次定律可知,凡是有温度差存在的物系之间,就会导致热量从高温处向低温处的传递,故在系之间,就会导致热量从高温处向低温处的传递,故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及很多的传热科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及很多的传热过程。过程。化工生产过程与传热关系特别亲密。这是因为化工化工生产过程与传热关系特别亲密。这是因为化工生产
2、中的很多过程都须要进行加热和冷却。例如,生产中的很多过程都须要进行加热和冷却。例如,LOGO为保证化学反应在确定的温度下进行,就须要向反应器输入或移为保证化学反应在确定的温度下进行,就须要向反应器输入或移出热量;化工生产设备的保温或保冷;生产过程中的热量的合理出热量;化工生产设备的保温或保冷;生产过程中的热量的合理运用以及废热的回收利用,换热网络的综合;蒸发、精馏、吸取、运用以及废热的回收利用,换热网络的综合;蒸发、精馏、吸取、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。化工生产过程中对传热的要求有两种状况:化工生产过程中对传热的要求有两种状况:(1)强化传热强
3、化传热(2)减弱传热减弱传热LOGO二二.传热的基本方式传热的基本方式 依据热量传递机理的不同,传热基本方式有三种,即热传导、依据热量传递机理的不同,传热基本方式有三种,即热传导、对流和辐射。对流和辐射。1.热传导:热传导:热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它干脆接触的低温物体低温部分、或者从一个高温物体向一个与它干脆接触的低温物体传热的过程。传热的过程。特点:物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和特点:物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起
4、的热量传递。自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。LOGO2.2.对流传热:对流传热:对流传热是依靠流体的宏观位移,将热量由一处带到另对流传热是依靠流体的宏观位移,将热量由一处带到另一处的传递现象。在化工生产中的对流传热,往往是指流体一处的传递现象。在化工生产中的对流传热,往往是指流体与固体壁面干脆接触时的热量传递。与固体壁面干脆接触时的热量传递。由于引起质点发生相对位移的缘由不同,可分为自然对由于引起质点发生相对位移的缘由不同,可分为自然对流和强制对流。自然对流:流体原来是静止的,但内部由于流和强制对流。自然对流:流体原来是静止的,但内部由于温度不同、密度不同,造成流体内部上升下降运动
5、而发生对温度不同、密度不同,造成流体内部上升下降运动而发生对流。强制对流:流体在某种外力的强制作用下运动而发生的流。强制对流:流体在某种外力的强制作用下运动而发生的对流。对流。LOGO3.3.辐射传热:辐射传热:又称为热辐射,是指因热的缘由而产生的电磁波在空间又称为热辐射,是指因热的缘由而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能,以电磁波的形式在空中传的传递。物体将热能变为辐射能,以电磁波的形式在空中传播,当遇到另一物体时,又被全部或部分地吸取而变为热能。播,当遇到另一物体时,又被全部或部分地吸取而变为热能。热辐射不仅是能量的转移,而且伴有能量形式的转化。热辐射不仅是能量的转移,而且伴有
6、能量形式的转化。此外,辐射能可以在真空中传播,不须要任何物质作媒介。此外,辐射能可以在真空中传播,不须要任何物质作媒介。LOGO三、典型的传热设备三、典型的传热设备1.间壁式换热器间壁式换热器主要有套管式换热器和列管式换热器主要有套管式换热器和列管式换热器套管式换热器 冷溶液进 冷溶液出 热溶液进热溶液出套管式换热器套管式换热器LOGO列管式换热器列管式换热器 LOGO单程列管式换热器单程列管式换热器 双程列管式换热器双程列管式换热器 1 2 3 3 6 6 5 445 7LOGO间壁式换热器热交换计算方程式间壁式换热器热交换计算方程式Q=KA tm 式中:式中:Q-冷流体吸取或热流体放出的热
7、流量,冷流体吸取或热流体放出的热流量,W;K-传热系数,传热系数,W/(m2.)A-传热面积,传热面积,m2;tm-平均传热温差,平均传热温差,。上式称传热速率方程式或传热基本方程式。上式称传热速率方程式或传热基本方程式。LOGO2.干脆接触式传热干脆接触式传热 在这类传热中,冷、热流体在传热设备中通过干脆混合的在这类传热中,冷、热流体在传热设备中通过干脆混合的方式进行热量交换,又称为混合式传热。方式进行热量交换,又称为混合式传热。优点:便利和有效,而且设备结构较简洁,常用于热气体优点:便利和有效,而且设备结构较简洁,常用于热气体的水冷或热水的空气冷却。的水冷或热水的空气冷却。缺点:在工艺上必
8、需允许两种流体能够相互混合。缺点:在工艺上必需允许两种流体能够相互混合。3.蓄热式换热蓄热式换热 这种传热方式是冷、热两种流体交替通过同一蓄热室时,这种传热方式是冷、热两种流体交替通过同一蓄热室时,即可通过填料将从热流体来的热量,传递给冷流体,达到即可通过填料将从热流体来的热量,传递给冷流体,达到换热的目的。换热的目的。LOGO优点:结构较简洁,可优点:结构较简洁,可耐高温,常用于气体的耐高温,常用于气体的余热或冷量的利用。余热或冷量的利用。缺点:由于填料须要蓄缺点:由于填料须要蓄热,所以设备的体积较热,所以设备的体积较大,且两种流体交替时大,且两种流体交替时难免会有确定程度的混难免会有确定程
9、度的混合。合。LOGO四、热载体及其选择四、热载体及其选择热载体:为了将冷流体加热或热流体冷却,必需用另一热载体:为了将冷流体加热或热流体冷却,必需用另一种流体供应或取走热量,此流体称为热载体。起加热作种流体供应或取走热量,此流体称为热载体。起加热作用的热载体称为加热剂;而起冷却作用的热载体称为冷用的热载体称为加热剂;而起冷却作用的热载体称为冷却剂。却剂。(1)加热剂)加热剂 工业中常用的有热水(工业中常用的有热水(40100)、饱和水蒸气)、饱和水蒸气(100180)、矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔)、矿物油或联苯或二苯醚混合物等低熔混合物(混合物(180540)、烟道气()、烟道气(50
10、01000)等;)等;除此外还可用电来加热。除此外还可用电来加热。LOGO用饱和水蒸汽冷凝放热来加热物料是最常用的加热方法,用饱和水蒸汽冷凝放热来加热物料是最常用的加热方法,其优点是饱和水蒸汽的压强和温度一一对应,调整其压其优点是饱和水蒸汽的压强和温度一一对应,调整其压强就可以限制加热温度,运用便利。其缺点是饱和水蒸强就可以限制加热温度,运用便利。其缺点是饱和水蒸汽冷凝传热能达到的温度受压强的限制。汽冷凝传热能达到的温度受压强的限制。(2)冷却剂)冷却剂 工业中常用的有水(工业中常用的有水(2030)、空气、冷冻盐水、)、空气、冷冻盐水、液氨(液氨(-33.4)等等。)等等。水又可分为河水、海
11、水、井水等,水的传热效果好,应水又可分为河水、海水、井水等,水的传热效果好,应用最为普遍。在水资源较缺乏的地区,宜接受空气冷却,用最为普遍。在水资源较缺乏的地区,宜接受空气冷却,但空气传热速度慢。但空气传热速度慢。LOGO五、稳定传热与不稳定传热五、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变更的传稳定传热:在传热系统中温度分布不随时间而变更的传热过程称为稳定传热。热过程称为稳定传热。不稳定传热:在传热系统中温度分布随时间变更的传热不稳定传热:在传热系统中温度分布随时间变更的传热过程称为不稳定传热。过程称为不稳定传热。化工生产过程中的传热多为稳定传热。化工生产过程中的传热多为
12、稳定传热。LOGO其次节其次节 热热 传传 导导一、基本概念和傅立叶定律一、基本概念和傅立叶定律 从微观角度来看,气体、液体、导电固从微观角度来看,气体、液体、导电固体和非导电固体导热机理各有不同。体和非导电固体导热机理各有不同。气体气体-温度不同(能级不同)的分子温度不同(能级不同)的分子相互碰撞,使温度较高的分子将热能传递相互碰撞,使温度较高的分子将热能传递给温度较低的分子,造成热量传递;给温度较低的分子,造成热量传递;液体液体-液体中的分子比气体密集,分液体中的分子比气体密集,分子间的作用力较强,由分子振动的强弱导子间的作用力较强,由分子振动的强弱导致热量传递;致热量传递;LOGO 固体
13、固体-相邻分子的碰撞或电子的迁移导致热量传相邻分子的碰撞或电子的迁移导致热量传递。这种碰撞和迁移,类似于分子运动。递。这种碰撞和迁移,类似于分子运动。在金属中自由电子的扩散运动对于导热起主导作用,在金属中自由电子的扩散运动对于导热起主导作用,即良好的导电体也是良好的导热体。即良好的导电体也是良好的导热体。导热是一种以温度差为推动力的分子传递现象;没导热是一种以温度差为推动力的分子传递现象;没有物质的宏观位移。有物质的宏观位移。1.温度场和等温面温度场和等温面 物体的温度分布是空间和时间的函数,即物体的温度分布是空间和时间的函数,即 t=f(x、y、z、)LOGO 温度场:某一瞬间空间中各点的温
14、度分布。温度场:某一瞬间空间中各点的温度分布。稳定温度场是指在温度场内各点的温度分布不稳定温度场是指在温度场内各点的温度分布不随时间而变更;不稳定温度场是指在温度场内各随时间而变更;不稳定温度场是指在温度场内各点的温度分布随时间而变更。点的温度分布随时间而变更。等温面:同一瞬间,具有相同温度各点组成的等温面:同一瞬间,具有相同温度各点组成的面称为等温面。温度不同的等温面彼此不会相交。面称为等温面。温度不同的等温面彼此不会相交。LOGO2.温度梯度温度梯度 沿等温面法线方沿等温面法线方向的温度变更率称向的温度变更率称为温度梯度。为温度梯度。LOGO3.傅立叶定律傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基
15、本定律,表示传导的热流量傅立叶定律是热传导的基本定律,表示传导的热流量和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比,即:和温度梯度以及垂直于热流方向的截面积成正比,即:4.热导率热导率热导率热导率定义由傅立叶定律给出:定义由傅立叶定律给出:一般金属的导热系数最大,非金属固体次之,液体的较一般金属的导热系数最大,非金属固体次之,液体的较小,而气体的最小。小,而气体的最小。LOGO物质热导率的大致范围物质热导率的大致范围 物质种类物质种类 热导率热导率纯金属纯金属金属合金金属合金液态金属液态金属非金属固体非金属固体非金属液体非金属液体绝热材料绝热材料气体气体 1001400 50500303000.
16、05500.550.0510.0050.5 LOGO(1)固体的热导率)固体的热导率对于固体对于固体:金属金属 t ,(高合金钢例外)高合金钢例外)非金属非金属 t ,(冰例外)冰例外)多数匀质固体多数匀质固体 和和t有如下关系:有如下关系:式中式中 t时的热导率,时的热导率,W/(m)或或W/(mK);0 0时的导热系数,时的导热系数,W/(m)或或W/(mK);a 温度系数,对大多数金属材料为负值(温度系数,对大多数金属材料为负值(a 0)。)。LOGO(2)液体的导热系数)液体的导热系数 对于液体对于液体:t,(水、甘油例外)水、甘油例外)LOGO(3)气体的热导率)气体的热导率对于气体
17、对于气体:t,1-水蒸气水蒸气 2-氧氧 3-二氧化碳二氧化碳 4-空气空气 5-氮氮 6-氩氩 LOGO二、平壁的稳定热传导二、平壁的稳定热传导1.单层平壁的稳定热传导单层平壁的稳定热传导假设:假设:(1)平壁内温度只沿平壁内温度只沿x方向变方向变更,更,y和和z方向上无温度变更,即这方向上无温度变更,即这是一维温度场。是一维温度场。(2)各点的温度不随时间而变,稳各点的温度不随时间而变,稳定的温度场。定的温度场。导热系数为常数,对于稳态的一导热系数为常数,对于稳态的一维平壁热传导,傅立叶定律可写为:维平壁热传导,傅立叶定律可写为:LOGO过程传递速率过程传递速率=传热推动力传热推动力/阻力
18、阻力平壁内的温度分布:平壁内的温度分布:边界条件为:当边界条件为:当x=0时,时,t=t1;x=b时,时,t=t2。积分得:积分得:沿壁厚方向温度分布为始终线。沿壁厚方向温度分布为始终线。LOGO二、多层平壁的稳定热传导二、多层平壁的稳定热传导 工业上常遇到由多层不同材工业上常遇到由多层不同材料组成的平壁料组成的平壁,称为多层平壁称为多层平壁,如图所示如图所示.假设层与层之间接触假设层与层之间接触良好良好,即接触的两表面温度相同即接触的两表面温度相同.由于各等温面的温度保持恒定由于各等温面的温度保持恒定,仍为一维稳态导热仍为一维稳态导热,通过各层的通过各层的热流量均等于热流量均等于Q,则则:L
19、OGO推广到至推广到至n层层LOGO例例1:某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成:耐火:某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成:耐火砖砖 b1=230mm,1=1.05W/(m);绝热砖;绝热砖 b2=230mm,2=0.151W/(m);一般砖;一般砖 b3=240mm,3=0.93W/(m)。若已知耐火砖内侧温度为。若已知耐火砖内侧温度为1000,耐火砖与绝热砖接触处的温度为,耐火砖与绝热砖接触处的温度为940,而,而绝热砖与一般砖接触处的温度不超过绝热砖与一般砖接触处的温度不超过138,试问:,试问:(1)绝热层需几块绝热砖?()绝热层需几块绝热砖?(2)一般砖外侧温度)一般砖外侧温度为若干。
20、为若干。LOGO解:解:q=1(t1-t2)/b1=1.05(1000-940)/0.23=273.9(W/m2)q=2(t2-t3)/b2 b2=2(t2-t3)/q=0.151(940-138)/273.4=0.442(m)0.442/0.23=1.9 所以须要所以须要2块绝热砖块绝热砖t4=34.9LOGO三、三、圆筒壁的稳定热传导圆筒壁的稳定热传导 1.单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导 对于单层圆筒壁的傅立叶定律改写对于单层圆筒壁的傅立叶定律改写为:为:边界条件为:边界条件为:r=r1,t=t1;r=r2,t=t2 LOGO上式可改写为:上式可改写为:其中其中Sm为对数平均
21、面积为对数平均面积 LOGO对于多层圆筒壁:对于多层圆筒壁:2.多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导 LOGO留意:留意:Q恒定,但恒定,但 q 是变更的,故有是变更的,故有 例例2:有一蒸汽管外径为:有一蒸汽管外径为50mm,管外包以两层保温材管外包以两层保温材料,每层厚度均为料,每层厚度均为25mm,外层与内层保温材料的导外层与内层保温材料的导热系数之比为热系数之比为2/1=4,此时的热损失为此时的热损失为Q。现将内、现将内、外两层材料互换位置,且设管外壁与保温层外表面的外两层材料互换位置,且设管外壁与保温层外表面的温度均不变,则热损失为温度均不变,则热损失为Q。求求Q/Q,并说明
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工 单元 操作 传热 课件 优秀 PPT
限制150内