2022年化工知识培训教案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载有机化工学问培训教案水汽车间名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载有机化工学问培训教案第一节 热量传递的基本方式人们从长期的实践中,总结出热量由高温物体向低温物体的传热过程,其传递的基本方式有三种:热传导、对流传热和辐射传热;名师归纳总结 一热传导(导热)第 2 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载导热是物体中温度较高部分的分子振动较猛烈,当与相 邻的分子
2、碰撞时,将能量传给相邻的分子;反映在相邻部分 温度上升,这样按次序地将热量从高温向低温传递的方式称 为热传导,简称导热;由此可见,导热可以发生在固体、静止流体及没有传热 方向上流淌的流体内部;导热的明显特点是:质点(分子或 原子团)没有传热方向上的位移;例如:把铁棒的一端放进 火炉中烧,过一会儿,另一端便会烫手;这说明热量已由一 端传递到另一端,在此过程中并没有发觉受热的质点发生位 移;这是一个典型的导热过程;二 对流传热 对流传热是由于受热的质点位移,使热量发生空间位置 的转移而进行传递;这种传热方式称为对流传热;可见对流传热只能发生在流体内部;特点是质点有传热 方向上的位移;对流传热又分为
3、自然对流和强制对流;假如 流体的质点位移没有外力作用,完全是由于流体各部分不同 而造成的密度差异所引起的,就称为自然对流;假如流体的 运动是由于泵或搅拌机械的作用而产生的,就称为强制对 流;例如,在用水壶烧开水时,受热的部位仅仅是 壶的底 部,但过一段时间全壶都会沸腾;这是由于,靠近壶底的水 先受热,温度上升,密度变小,所以上升;而壶上部的水温 度低、密度大,故而下降,这样壶中的水因各部密度不同而名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载形成循环流淌,便是一个自然对流传热过程;假如在上述过程中,边加热边
4、用器械搅动,三 辐射传热便形成一个强制对流传热过程;辐射传热过程是物体以电磁波的形式向四周散发辐射 能;辐射能遇到另一个物体时,被全部或部分吸取,被吸取 的辐射能重新变成热量,这一过程称为辐射传热,简称热辐 射;任何物体只要在0 K 以上都能发射辐射能,温度越高,辐射才能越强;辐射传热的特点是不需要任何物质为媒介,并相伴着能量形式的转换;例如:太阳对大地的传热,在大 气层外这一段不经任何介质,是太阳的热能先以电磁波形式 辐射出来,被地球上的物体吸取后又转化成热能,实现热量 传递;实际上,以上三种传热方式很少单独存在,一般是二种 或三种方式同时显现;例如:在锅炉中,高温的烟道气将热 量传给水的过
5、程,就包括有气体的辐射与对流、锅炉壁的热 传导及水的对流传热;化工生产的传热过程中,涉及的温度不太高时,辐射影 响一般较小,所以,对传热的争论或运算,通常不考虑辐射 的影响;其次节 工业上的换热方式名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载冷热两流体间的传热统称为换热;换热中所用的设备称 为热交换器或换热器;工业上的换热方式有以下几种:一 混合式 冷、热两股流体直接接触,在混合过程中进行传热;此 种换热方式只适用于两股流体可以直接接触的场合;二 蓄热式 冷、热两股流体交替着通过装有固体填充物的蓄热器;热
6、流体通过时将蓄热器内的填充物加热,将其贮存热量;当 冷流体通过时,填充物又把贮存的热量传给冷流体,从而实 现热、冷两股流体的热量传递;由于此类换热操作是两股流 体交替进行, 所以,难免在交替时发生两股流体的少量混合,故在化工生产中使用不多,而多用于石油裂解和冶金工业 中;间壁式 三 冷、热两股流体被固体壁面隔开,互不混合;传热时,热流体将热量传给壁面,而后再由壁面传给流体;在化工生 产中,冷、热两股流体大多数是只需热量交换,因此,间壁 式换热是生产中应用最广泛的一种形式;完成间壁换热的设备称为间壁式换热器;在各种间壁式 换热器中,使用最多的是列管式,简称管壳式;结构比较简 单的为套管式换热器;
7、换热器的主要性能为传热面积,它表名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载明设备传热才能的大小;所谓传热面积就是隔开冷、热流体 的间壁面积;对套管式换热器,传热面积为内管的表面积;对列管式换热器就为全部内管表面积之和;第三节 间壁式换热器的传热一 传热过程分析 间壁式换热器是化工生产常用的一种换热设备;在间 壁式换热器中,冷、热两股流体被固体壁面分开;依据前面对流 -导热 -对流叙述的传热方式,热量从热流体通过间壁传给冷流体的传热过程,如图2-1-1 所示;热流体第一以对流传热方式将热量传给 管壁一侧,
8、再以导热方式将热量传给管壁另图 2-1-1 间壁两一侧,最终又将热量以导热方式传给冷流体;侧 流 体 的 传 热 过即热流体对流管壁一侧导热管壁另一侧对流冷流体二传热速率方程式冷、热两股流体进行热量传递;用 T 表示热流体的温度,t 表示冷流体的温度,就冷、热两股流体温度差t = (T-t);实践证明,间壁两侧流体在单位时间内所传递的热量,即传热速率与冷、热两流体的温度差成正比;引入比例常数 K ,得t 成正比,且与传热面积名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载q = K A t 式中 q间壁式换热
9、器的传热速率,J/s;K 总传热系数,J/ (s.K );A间壁的传热面积,; t冷、热流体的温度差,K ;上式是传热过程的一个基本方程式,称为传热速率方程式;从式中可以看出传热系数 K 的物理意义是当冷、热两股流体的温度差是 1K,传热面积为 1 时,在单位时间内所传递的热量;可见,K 值越大,所传递的热量越多,传热忱形越好,因此 K 值的大小是衡量换热器性能的一个重要标志;K 的数值打算于两流体的流淌状况,流体性质、设备的外形尺寸等很多因素;三 间壁式换热器冷、热流体的流向在间壁式换热器中,冷、热流体的流向可分如下四种基本类型;如图2-1-2 所示:1 并流:冷、热流体在传图热壁两侧按同一
10、个方向流淌;中( a)所示;图 2-1-2 换热器中流体流向示意图2 逆流:冷、热流体在传热壁两侧按相反的方向流淌;图中( b)所示;名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载3 错流:冷、热流体在传热壁两侧彼此呈垂直方向流淌;图中( c)所示;4 折流:冷、热流体在传热壁两侧并流与逆流交替进行;图中( d)所示;第四节 提高传热速率的途径从传热方程式q=KA t 均可以看出, 提高传热速率的途径有三个:增大传热面积 A;提高冷、热流体的平均温度差 t 均和提高传热系数 仍要做进一步分析;K 均能使 q
11、 增加,但到底应如何提高一增大传热面积A 增大传热面积可以提高传热速率,但仍意味着金属材料 用量增加;设备投资费用增加;因此应从设备结构改造上着 手,设法增加单位体积的传热面积;例如用螺纹管代替光滑 管,圆管上加翅片,可显著提高传热成效;又如当间壁两侧 流体的对流传热系数相差较大时,就增加系数小的一侧的传 热面积,采纳翅片管可以明显地提高传热速率,尽可能的采 用一些传热成效较好的新型换热器;增大传热温度差 二 冷、热两种流体的进、 出口温度一般由生产工艺所规定,不能随便变动;当两种流体的进、出口温度肯定时,采纳逆名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页精选学习资料 -
12、- - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载流操作可以得到较大的平均温度差t 均值;用水蒸气作加热剂时,增大蒸气压力可以提高热流体的温度;用水作冷却剂时,降低水温或增加水的流量,也都可以增大传热温度差;三提高传热系数K 强化传热最有效的途径是提高传热系数K 值;K 值打算于两个流体的对流传热膜系数、管壁和污垢热阻,在提高 K 值时主要应削减热阻较大的一项;换热器的管壁一般都是金 属壁,导热系数较大,再加上壁厚不大,故管壁热阻通常可 能忽视不计; 因而提高 K 值途径是设法提高对流传热膜系数 a 和削减垢层热阻;1 提高对流传热膜系数a 依据对流传热过程的分析,对流传热热阻主要集中在靠
13、近管壁的层流内层中,在层流内层中的传热方式又是以导热 方式进行,而流体的导热系数又很小,因此要提高对流传热 系数的详细途径如下:1)增加流体的流速或转变流淌方向,以增加流体的湍动程度,削减层流内层的厚度;例如增加列管式换热器的程数、壳程加设档板均可以提高流体的流速和湍动程度,提高其 a值;板式换热器中使流体在波形板间流淌,不断转变流向,致使 Re=200 时就呈湍流状态;2)用导热系数较大的流体作加热剂或冷却剂;名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载3)尽量采纳有物态变化的流体,系数;可得到很高的对
14、流传热应当指出:如 a 内和 a 外在数值上相差较大时,由于 K值总是接近小 a 值,所以应设法提高小的 a 值才会有效地提高 K 值;2 设法防止垢层的形成,削减垢层热阻R 垢,准时消除垢层和尽量使用不易成垢流体;第五节 热绝缘方法一 热绝缘目的对于不在常温下操作的管路及设备,都应实行妥当的绝热措施,其目的在于:1 削减热量缺失,提高操作的经济成效;2 保持设备内所需要的高温或低温操作条件;3 爱护正常的车间温度,保证良好的劳动条件;二 热绝缘方法1 夹层、夹套绝热这种方法主要是利用气体或液体导热系数较小的特点,使其在夹层、夹套中起绝热作用;例如,锅炉的砖壁,在耐火砖与一般砖之间留有肯定间隙
15、,所形成的夹层中为静止空气层,这样不但有较好的隔热成效,仍节约了其它绝热材料;名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载某些完成放热反应的反应器,在外壁装有水夹套,水从夹套 中流过,可起到隔热爱护环境的作用,同时也回收了热能;2 包裹、涂抹保温 这种方法是选用导热系数较小的保温材料,包裹或涂抹 在设备或管路的外面,这样就增加了设备或管路的导热热 阻,从而使热缺失大大削减;从削减热缺失角度看,增加保温层的厚度是有利的,但 增加保温层的厚度就会使保温工程的投资加大,而且热缺失 并不是随保温层厚度的增加而按
16、比例削减;对于直径较小的 管路,更应选用优质的保温材料,以削减保温层的厚度;第六节 化工生产的传热设备一 换热器的分类 工业上用来实现冷、热流体间热量交换的设备称为换热 器或热交换器;在换热器内可以使物料进行加热或冷却,也 可以使物料沸腾或冷凝等相变化过程;换热器的种类很多,依据传热原理可分为三大类;1 混合式换热器 混合式换热器,又称为直接接触式换热器;它是将冷、热两流体直接接触而进行热量交接的;如工业上的冷却塔(或称凉水塔) 、洗涤塔等;名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 学习好资料欢迎下载蓄热式换热器它是
17、将冷、热两股流体交替地通过装有固体填充物的蓄 热器;蓄热式换热器是一种间歇操作的换热设备,由于难免 发生两股流体混合,化工生产中使用不多;3 间壁式换热器 冷、热两流体被一固体壁隔开,流体通过固体壁进行传 热,它是化工生产中应用最广的一种换热器;间壁式换热器的种类很多,可以按如下方法进行分类;1 按用途来分: 1)加热器:用于流体的加热;2)冷却 器:用于流体的冷却;3)预热器:用于流体的预热;4)冷 凝器(或称全凝器) :用于蒸气的冷凝、蒸馏中馏分的回收和产生真空等;5)分凝器(或称部分冷凝器):使蒸气部分冷凝,广泛用于蒸馏操作过程;6)再沸器(汽化器) :用于物料加热汽化,蒸馏操作中应用较
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