(2023年)化工工艺基础知识篇.docx

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1、化工工艺根底学问篇化工工艺根底学问篇编辑整理：敬重的读者朋友们：这里是编辑中心，本文档内容是由我和我的同事细心编辑整理后公布的，公布之前我们对文中内容进展认真校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然期望化工工艺根底学问篇的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的期望收到您的建议和反响，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，假设觉得对您有帮助请保藏以便随时查阅，最终祝您生活开心 业绩进步，以下为化工工艺根底学问篇的全部内容。目录致员工书1第一篇 销售人员治理政策篇6第一章 2023 年度市场营销策略6其次章 营销组织体系7其次章 责任分布/工作职责10第三章 业务治理/业务流程

2、15第四章 销售政策/奖惩政策18第五章 薪酬/绩效治理22其次篇 化工工艺根底学问篇26第六章 流体流淌26第七章 传热学根本学问35第八章 吸取根本学问38第九章 蒸馏根本学问40第十章 去湿/枯燥根本学问48第三篇 换热器根本学问篇50第四篇 公司产品学问篇65第十一章 公司产品概述65第十二章 JAD 换热器性能特点66第十三章 销售工程师学问问答68第五篇 产品工艺应用篇78第十四章 换热器工艺应用概述78第十五章 JAD 换热器工艺应用83第十六章 工程案例分析88其次篇 化工工艺根底学问篇第六章 流体流淌一、概述1、流体:气体和液体统称为流体。在化工生产中所处理的物料有很多是流体

3、.依据生产要求,往往需要将这些流体依据生产程序从一个设备输送到另一个设备.化工厂中,管路纵横排列，与各种类型的设备连接，完成着流体输送的任务。除了流体输送外，化工生产中的传热、传质过程以及化学反响大都是在流体流淌下进展的。流体流淌状态对这些单元操作有着很大影响。在争论流体流淌时，常将流体视为由很多流体微团组成的连续介质。所谓流体微团或流体质点是指这样的小块流体：它的大小与容器或管道相比是微缺乏道的。二、流体静力学:争论流体在外力作用下的平衡规律1、密度：单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为式中 流体的密度,kg/m3;m流体的质量，kg;V流体的体积，m3。液体的密度随压力的变化甚小

4、极高压力下除外),可无视不计，故常称液体为不行压缩的流体, 但其随温度稍有转变。气体的密度随压力和温度的变化较大.2、比容：单位质量流体的体积,称为流体的比容,用符号 v 表示，单位为m3/kg，亦即流体的比容是密度的倒数。3、压 力：流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的压强，简称压强。习惯上称为压力。作用于整个面上的力称为总压力.在法定单位制中,压力的单位是 N/m2,称为帕斯卡，以 Pa 表示。但长期以来承受的单位为 atm标准大气压。它们之间的换算关系为： 1 标准大气压atm)=101300Pa=760mmHg4、基准：压力可以有不同的计量基准（1） 确定压力和表压：确定压力以零压

5、力确定真空为基准,表压则以当地大气压为基准。(2)真空度：真空度也以当地大气压为基准，但真空度与表压的计算方向相反，即低于大气压 的数值称为真空度。它与确定压力的关系,可用下式表示表压确定压力大气压力当被测流体确实定压力小于大气压时，其低于大气压的数值称为真空度(vacuum)，即真空度大气压力确定压力留意，此处的大气压力均应指当地大气压.在本章中如不加说明时均可按标准大气压计算。确定压力、表压和真空度的关系，如下图.三、管内流体流淌规律1：流量与流速一流量(1 体积流量:单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称为体积流量，以V 表示，其单位为 m3/s.（2） 质量流量： 单位时间内流体流经

6、管道任一截面的质量，称为质量流量以 G 表示，其单位为 kg/s。体积流量与质量流量之间的关系为二流速1平均流速:流速是指单位时间内液体质点在流淌方向上所流经的距离。试验证明，流体在管道内流淌时，由于流体具有粘性，管道横截面上流体质点速度是沿半径变化的。管道中心流速最大，愈靠管壁速度愈小，在紧靠管壁处 ,由于液体质点粘附在管壁上， 其速度等于零.但工程上,一般系以管道截面积除以体积流量所得的值，来表示流体在管道中的速度。此种速度称为平均速度，简称流速，以 u 表示，单位为 m/s。流量与流速关系为uV/A 115)G=V=Au 1-16式中 A管道的截面积,m2。（2） 质量流速：单位时间内流

7、体流经管道单位截面的质量称为质量流速，以表示，单位为kg/m2s。它与流速及流量的关系为G/A=Au/A=u (117)由于气体的体积与温度、压力有关,明显，当温度、压力发生变化时,气体的体积流量与其相应的流速也将之转变，但其质量流量不变。此时,承受质量流速比较便利. (3管道直径的估算：假设以 d 表示管内径,则式1-15可写成流量一般为生产任务所打算 ,而合理的流速则应依据经济权衡打算 ,一般液体流速为 0.5 3m/s。气体为 1030m/s.四、管内流体流淌现象1、 粘度：流体流淌时产生内摩擦力的性质,称为粘性.流体粘性越大，其流淌性就越小.从桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，

8、这是由于甘油流淌时内摩擦力比水大的原因。牛顿粘性定律试验现象:板间液体运动，且形成上大下小的流速分布速度差). 现象说明：1 板间流体可看成为很多流体层,且其间存在相对运动速度差).2相邻流体层之间存在摩擦力，称为内摩擦力或粘滞力。(否则流体静止2、 内摩擦力或粘滞力： 这种运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流体的内摩擦力或粘滞力。流体运动时内摩擦力的大小，表达了流体粘性的大小. 3、 粘度：物理意义:单位速度梯度时单位面积上所产生的内摩擦力.粘度越大，流体流淌时生产的内摩擦力也越大。4、液体中的动量传递:流体流淌过程也称为动量传递过程,牛顿粘性定律就是定量描述

9、动量传递的定律.沿流淌方向相邻两流体层由于速度的不同，它们的动量也就不同 .速度较快的流体层中的流体分子,在随机运动的过程中有一些进入速度较慢的流体层中，与速度较慢的流体分子相互碰撞,使速度较慢的分子速度加快,动量增大。同时，速度较慢的流体层中京有同量分子进入速度较快的流体层。由于流体层之间的分子交换使动量从速度大的流体层向速度小的流体层传 递。由此可见，分子动量传递是由于流体层之间速度不等，动量从速度大处向速度小处传递。这与在物体内部温度不等热从温度高处向温度低处传递即热传导，是相像。5、 流体流淌类型与雷诺准数流体的流淌类型，首先由雷诺用试验进展了观看。在雷诺试验装置图 1-14)中，有一

10、入口为喇叭状的玻璃管浸没在透亮的水槽内，管出口有调整水流量用的阀门 ,水槽上方的小瓶内充有有色液体。试验时，有色液体从瓶中流出，经喇叭口中心处的针状细管流入管内。从有色流体的流淌状况可以观看到管内水流中质点的运动状况。流速小时,管中心的有色流体在管内沿轴线方向成一条轮廓清楚的直线，平稳地流过整根玻璃管,与旁侧的水丝毫不相混合,如图 1-a)所示.此试验现象说明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运动。当开大阀门使水流速渐渐增大到肯定数值时，呈直线流淌的有色细流便开头消灭波动而成波浪形细线，并且不规章地波动;速度再增,细线的波动加剧，然后被冲断而向四周散开，最终可使整个玻璃管中的水呈现

11、均匀的颜色，如图(C)所示。明显,此时流体的流淌状况已发生了显著地变化.上述试验说明:流体在管道中的流淌状态可分为两种类型.当流体在管道中流淌时，假设有色液体与水快速混合，如图 1-(c所示,则说明流体质点除了沿着管道向前流淌外，各质点的运动速度在大小和方向上都有时发生变化 ,于是质点间彼此碰撞并相互混合,这种流淌状态称为湍流turbulent flow)或紊流。依据不同的流体和不同的管径所获得试验结果说明：影响液体类型的因素,除了流体的流速外， 还有管径 d,流体密度和流体的粘度。u、d、越大，越小，就越简洁从层流转变为湍流。雷诺得出结论：上述中四个因素所组成的复合数群 du/,是推断流体流

12、淌类型的准则。这数群称为雷诺准数或雷诺数，用 Re 表示。上述结果说明，Re 数是一个无因次数群.不管承受何种单位制只要 Re 中各物理量用同一单位制的单位，那所求得 Re 的数值一样。依据大量的试验得知 Re2023 时,流淌类型为层流； 当 Re4000 时，流淌类型为湍流；而在 2023Re4000 范围内，流淌类型不稳定，可能是层流,也可能是湍流，或是两者交替消灭,与外界干扰状况有关。例如四周振动及管道入口处等都易消灭湍流。这一范围称为过渡区transition region.在两根不同的管中，当流体流淌的Re 数一样时，只要流体边界几何条件相像,则流体流淌状态也一样.这称为流体流淌的

13、相像原理.1. 试验现象及流淌类型a 流体质点只有轴向运动(层流或滞流(b 流体质点除有轴向运动外，还有径向运动。(过渡流c 流体质点除有轴向运动和径向运动外，还相互碰撞和混合。湍流或紊流 2。 雷诺准数(雷诺数)(Reynolds Number 层流底层区湍流过渡流区缓冲层)湍流主体区湍流核心3流体质点的运动方式1层流：轴向运动(稳态流淌)(2) 湍流：脉动(非稳态流淌 五、流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布是指流体流淌时，管截面上质点的轴向速度沿半径的变化。由于层流与湍流是本质完全不同的两种流淌类型，故两者速度分布规律不同。(1 流体在圆管内的速度分布a) 层流：抛物线分布,u=

14、0.5umaxb湍流：非抛物线分布,u0.82umax2) 流体在直管内的流淌阻力（a） 层流:阻力来自内摩擦力（b） 湍流：阻力来自内摩擦力和碰撞及混合,即阻力为摩擦应力与湍流应力之和边界层的概念1形成:润湿附着内摩擦力减速梯度(1边界层：壁面四周存在速度梯度的流体层。一般取边界层外缘的流速 u=0.99us。层流边界层过渡流湍流层流底层区湍流边界层过渡流区缓冲层湍流主体区湍流核心2 主流区：不存在速度梯度的区域或边界层以外的区域.由试验可以测得层流流淌时的速度分布.沿着管径测定不同半径处的流速,标绘在图 116 上,速度分布为抛物线外形。管中心的流速最大，向管壁的方向渐减，靠管壁的流速为零

15、。平均速度为最大速度的一半。试验证明，层流速度的抛物线分布规律，并不是流体刚入管口就马上形成的，而是要流过一段距离后才能充分进展成抛物线的外形。如图 1-17 所示，流体在流入管口之前速度分布是均匀的。在进入管口之后，则靠近管壁的一层格外薄的流体层，因附着在管壁上 ,其速度突然降为零.流体在连续往里流淌的过程中，靠近管壁的各层流体，由于粘性的作用,而渐渐滞缓下来。又由于各截面上的流量为肯定值，管中心处各点的速度必定增大.当液体深入到肯定距离之后，管中心的速度等于平均速度的两倍时,层流速度分布的抛物线规律才算完全形成.六、流体流淌阻力一管、管件及阀门管路系统是由管、管件、阀门以及输送机械等组成的

16、。当流体流经管和管件、阀门时,为抑制流淌阻力而消耗能量。因此，在争论流体在管内的流淌阻力时，必需对管、管件以及阀门有所了解。1. 管管子的种类很多，目前已在化工厂中广泛应用的有铸铁管、钢管、特别钢管、有色金属、 塑料管及橡胶管等。钢管又有有缝与无缝之分；有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。有缝钢管多用低碳钢制成；无缝钢管的材料有一般碳钢、优质碳钢以及不锈钢等。不锈钢管价昂选用时应慎重，但是在输送强腐蚀性的液体或某些特别要求的状况下，应用也不少， 如稀硝酸用管、混酸用管等。铸铁管常用于埋在地下的给水总管、煤气管及污水管等。输送浓硝酸、稀硫酸则应分别使用铝管及铅管.2。 管件管件(pi

17、pe fitting)为管与管的连接部件，它主要是用来转变管道方向、连接支管、转变管径及堵塞管道等.图 1-22 所示为管道中常用的几种管件。3. 阀门阀门装于管道中用以调整流量。常用的阀门有以下几种.1截止阀截止阀globe valve构造如图 123 所示,它是依靠阀盘换的上升或下降，以转变阀盘与阀座的距离,以到达调整流量的目的.截止阀构造比较简单，在阀体局部液体流淌方向经数次转变 ,流淌阻力较大.但这种阀门严密牢靠，而且可较准确地调整流量，所以常用于蒸汽、压缩空气及液体输送管道。假设流体中含有悬浮颗粒时应避开使用。2 闸阀闸阀gate valve)又称为闸板阀。如图 1-24 所示.闸阀

18、是利用闸板的上升或下降，以调整管路中流体的流量。闸阀构造简洁,液体阻力小，且不易为悬浮物所堵塞，故常用于大直径管道。其缺点是闸阀阀体高；制造、检修比较困难。(3) 止逆阀止逆阀check valve又称为单向阀.其功用在于只允许流体沿单方向流淌。如图 125 所示。当流体自左向右流淌时，阀自动开启;如遇到有反向流淌时，阀自动关闭。止逆阀只能在单向开关的特别状况下使用。形成层流抛物线规律的这一段，称为层流的起始段， X 0。005dRe。(二流体在直管中的流淌阻力1、阻力的含义 Friction Implication内摩擦力=摩擦阻力=流淌阻力=能量损失=阻力损失=阻力= hf 2、阻力的分类

19、 Classification of the Friction直管阻力:流体流经肯定直径的直管时,所产生的阻力。局部阻力：流体流经管件、阀门及进出口时,由于受到局部障碍所产生的阻力。流体在管内从第一截面流到其次截面时，由于流体层之间的分子动量传递而产生的内摩擦阻力，或由于流体之间的湍流淌量传递而引起的摩擦阻力,使一局部机械能转化为热能。我们把这局部机械能称为能量损失。管路一般由直管段和管件、阀门等组成。因此，流体在管路中的流淌阻力，可分为直管阻力和局部阻力两类。直管阻力是流体流经肯定直径的直管时，所产生的阻力。局部阻力是流体流经管件、阀门及进出口时，由于受到局部障碍所产生的阻力。所以,流体流经

20、管路的总能量损失，应为直管阻力与局部阻力所引起能量损失之总和.(三) 管壁粗糙度 Roughness of Pipe Walls 1管的分类 Classification of pipes光滑管 Smooth pipe：玻璃管、铜管、塑料管等管粗糙管 Rough pipe：钢管、铸铁管等2. 确定粗糙度：粗糙面凸出局部的平均高度，e，m。3. 相对粗糙度：,无量纲因次。4. 层流时，粗糙度对阻力没有影响。(1没有影响.5. 湍流时2有影响。第七章传热根本学问 、 概述一) 传热过程在化工生产中的应用加热或冷却换热 强化传热过程保温 减弱传热过程传热过程即热量传递过程。在化工生产过程中,几乎全部

21、的化学反响过程都需要掌握在肯定 的温度下进展。为了到达和保持所要求的温度，反响物在进入反响器前常需加热或冷却到肯定温度。在过程进展中，由于反响物需要吸取或放出肯定的热量，故又要不断地导入或移出热量； 有些单元操作,如蒸馏、蒸发、枯燥和结晶等，都有肯定的温度要求，所以也需要有热能的输 入或输出，过程才能进展;此外，很多设备或管道在高温或低温下操作，假设要保证管路中输送 的流体能维持肯定的温度以及削减热量损失,则需要保温(或隔热;近十多年来，随着能源价 格的不断上涨，回收废热及节约能源已成为降低生产本钱的重要措施之一.以上所讲到的状况， 都与热量传递有关。可见，在化工生产中，传热过程具有相当重要的

22、地位。化工生产中常遇到的传热问题，通常有以下两类：一类是要求热量传递状况好，亦即要求传热速率高，这样可使完成某一换热任务时所需的设备紧凑，从而降低设备费用；另一类是像高温设备及管道的保温，低温设备及管道的隔热等，则要求传热速率越低越好. (二 传热的三种根本方式传热的根本方式热的传递是由于系统内或物体温度不同而引起的.当无外功输入时，依据热力学其次定律， 热总是自动地从温度较高的局部传给温度较低的局部,或是从温度较高的物体传给温度较低的物体。依据传热机理不同,传热的根本方式有三种：传导、对流和辐射。1、热传导又称导热.当物体内部或两个直接接触的物体之间存在着温度差异时，物体中温度较高局部的分子

23、因振动而与相邻的分子碰撞,并将能量的一局部传给后者,藉此,热能就从物体的温度较高局部传到温度较低局部。称这种传递热量的方式为热传导。在热传导过程中 ,没有物质的宏观位移。热量从物体内温度较高的局部传递到温度较低的局部，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。特点：没有物质的宏观位移气体:分子做不规章热运动时相互碰撞的结果固体:导电体:自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格构造的振动来实现的液体:机理简单，主要靠原子、分子在平衡位置上的热运动。2、对流又称热对流、对流传热。在流体中,主要是由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处的传递热量的方式为对流传热。对流传热过程中往往伴有热

24、传导。工程中通常将流体和固体壁面之间的传热称为对流传热；假设流体的运动是由于受到外力的作用如风机、水泵或其它外界压力等所引起，则称为强制对流(forced convection)；假设流体的运动是由于流体内部冷、热局部的密度不同而引起的，则称为自然对流(natural convection)。3、辐射辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。任何物体，只要其确定温度不为零度，都会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，当被另一物体局部或全部承受后，又重转变为热能。这种传递热能的方式称为辐射或热辐射。实际上上述三种传热方式很少单独存在，而往往是同时消灭的.如化工生产

25、中广泛应用的间壁式换热器，热量从热流体经间壁如管壁)传向冷流体的过程，是以导热和对流两种方式进展.(三) 冷热流体的接触方式1直接接触式冷热流体直接混合进展热量交换。2蓄热式冷热流体交替流过换热器。 优点：构造较简洁；耐高温。缺点:设备体积大；有肯定程度的混合. 3间壁式冷热流体通过换热壁面热交换。1) 套管换热器传热面为内管壁的外表2) 列管换热器传热面为壳内全部管束壁的外表积(四 热载体及其选择加热剂：热水、饱和水蒸气、矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等。冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等冷却温度30C 水； 加热温度180C 饱和水蒸气五 间壁式换热器中的传热过程1根本概念热负荷 Q：同

26、种流体温升或温降时，吸取或放出的热量，单位 J/s 或 W。传热速率 Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位 J/s 或 W。热流密度 q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位 J/s。 m2或W/m2.2. 冷热流体通过间壁的传热过程3. 冷热流体通过间壁的传热过程3. 冷热流体通过间壁的传热过程定态传热：Q1=Q2=Q3=Q 总传热速率方程:式中： K总传热系数,W/m2。)或 W/(m2.K；Q传热速率，W 或 J/s; A总传热面积， m2;tm两流体的平均温差,或 K.工业生产中冷、热两种流体的热交换，大多数状况下不允许两种流体直接接触，要求用固体

27、壁隔开，这种换热器称为间壁式换热器。图4-1 所示的套管式换热器是其中的一种。它是由两根管子套在一起组成的。两种流体分别在内客与两根管的环隙中流淌 ,进展热量交换。热流体的温度由 T1 降至 T2；冷流体的温度由t1 升至 t2。间壁两侧流体的换热状况可用图 42 表示。由于热流体与冷流体之间有温度差tm，则热量通过间从热流体传给冷流体。单位时间内的传热量，即传热速率(heat transfer rateQ,与传热面积 A 及两流体的温度差tm 成正比, 为Q=KAtm(41式中K-比例系数，称为总传热系数W/m2K(或 W/m2； Q-传热速率，J/s(或 W；A-传热面 积， m2;tm-

28、两流体的平均温度差，K(或)。式(41)称传热速率方程式或传热根本方程式，它是换热器设计最重要的方程式。当所要求的传热速率 Q、温度差tm 及总传热系数 K 时，可用传热速率方程式计算所需要的传热面积 A。如图 4-2 所示，热流体靠对流传热将热量传给管壁，在管壁中靠热传导将热量从一侧传到另一侧,再靠对流传热将热量从管壁传给冷流体.因此，要把握传热过程的原理，首先要分别争论热传导和对流传热的根本原理。六 换热器的热负荷计算热负荷是生产上要求流体温度变化而吸取或放出的热量。换热器中冷、热两流体进展热交 换，假设无视热损失，则依据能量守恒原理,热流体放出的热量 Q1 必等于冷流体吸取的热量 Q2，

29、 Q1=Q2，称此为热量衡算式。热量衡算式与传热速率方程式为换热器传热计算的根底.设计换热器时,依据热负荷要求，用传热速率方程式计算所需传热面积。下面介绍热负荷计算。一) 无相变化时热负荷计算1. 比热法 当物质与外界交换热量时，物质不发生相变化而只有温度变化，这种热量称为显热。在恒压条件下，单位质量的物质上升 1所需的热量,称为定压比热或定压热容。以符号 cp 表示,单位为 kJ/kgK或 kJ/kg。二 有相变化时热负荷计算当流体与外界交换热量过程中发生相变化时，其热负荷用潜热法计算。例如，饱和蒸汽冷凝为同温度下的液体时放出的热量 ,或液体沸腾汽化为同温度下的饱和蒸汽时吸取的热量 ,可用下

30、式计算Q=Gr汽化(或蒸汽冷凝潜热，单位为 kJ/kg.潜热等于饱和蒸汽的焓与同温度下液体焓之差值。例 41 试计算压力为 147.1kN/m2，流量为 1500kg/h 的饱和水蒸汽冷凝后并降温至 50时所放出的热量。解 此题可分成两步计算：一是饱和水蒸汽冷凝成水，放出潜热；二是水温降至 50时所放出的显热。蒸汽冷凝成水所放出的热量为 Q1水由 110。7降温至 50时放出的热量 Q2共放出热量 QQ=Q1+Q2二、 热传导一 有关热传导的根本概念只要物体内部有温度差存在，就有热量从高温局部向低温局部传导。所以争论热传导必需涉及物体内部的温度分布.1。 温度场和等温面温度场:某一瞬间空间中各

31、点的温度分布，称为温度场。等温面:温度场中同一时刻一样温度各点组成的面称为等温面 .由于空间同一点不能同时具有两个不同的温度,所以不同的等温面彼此不能相交。2。 温度梯度 温度梯度是一个点的概念.温度梯度是一个向量.方向垂直二 导热系数1. 固体的导热系数 在数值上等于单位温度梯度下的热通量. 是分子微观运动的宏观表现。常用的固体导热系数见表 4-1。在全部固体中,金属是最好的导热体.纯金属的导热系数一般随温度上升而降低 .而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为1%的一般碳钢的导热系数为45W/mK，不锈钢的导热系数仅为 16 W/mK。2. 液体的导热系数液体分成金属液体和非液体两类,前者

32、导热系数较高，后者较低。在非金属液体中，水的导热系数最大,除去水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度上升而略有减小.一般来说，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。表 42 和图 4-6 列出了几种液体的导热系数值。表 4-2 液体的导热系数液体温度，导热系数，W/mK醋酸 50%200.35丙酮300。17苯胺0200。17苯300.16氯化钙盐水 30%300。55乙醇 80200。24甘油 60200。38甘油 40200.45正庚烷300。14水银288.36硫酸 90300.36硫酸 60%300.43水300。623. 气体的导热系数气体的导热系数随温度上升而增大。在通常的压力范围

33、内,其导热系数随压力变化很小，气体的导热系数很小，故对导热不利,但对保温有利。常见的几种气体的导热系数值见表 43。气体表 4-3温度，气体的导热系数导热系数，W/mK氢00.17二氧化碳00。015空气00。024空气1000.031甲烷00。029水蒸汽1000。025氮00.024乙烯00。017氧00.024乙烷00。018三、 对流传热1对流传热的根本概念对流传热是在流体流淌进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进展热量传递的, 帮与流体的流淌状况亲热相关.工业上遇到的对流传热，常指间壁式换热器中两侧流体与固体 壁面之间的热交换,变化即流体将热量传给固体壁面或者由壁面将热量

34、传给流体的过程称之为 对流传热或称对流给热、放热。在第一章流体流淌中已指出，流体产生流淌的缘由可以是流体以外力 (如泵、鼓风机等)作用下而造成的强制对流，亦可是由流体内部的温度差而引起流体的密度差产生的自然对流 .俚流体的流淌类型只有层流与湍流两种。当流体作层流流淌时，各层流体公平流淌 ,在垂直于流体流淌方向上的热量传递，主要民热传导亦有较弱的自然对流的方式进展。而当液体为湍 流流淌时，无论流体主体的湍动程度多大，紧邻壁面处总胡一薄层流体顺着壁面作层流流淌即 层流底层，同理，此层内在垂直于流体流淌方向上的热量传递，仍是以热传导方式为主进展。由于大多数流体的导热系数较小,帮热阻主要集中在层流底层

35、中，因此，温度差也主要集中在该层中。在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，过渡区内的热量传递是传导与对流的共同作用。而在油流全体中，由于流体的质点猛烈混合，可以认为无传热阻力，即温度梯度已消逝。在处理上,将有温度梯度存在的区域称为传热边界层(thermal boundary layer或温度边界层，固然，传热的主要热阻即在此层中.图 4-11 中表示对流传热时 A-A 截面上的温度分布状况。由上述分析可见，对流传热与流体的流淌状况及流体的性质等有关，其影响因素很多。2、对流传热过程的分析层流底层： 温度梯度大，式主要以热传导方式进展。湍流核心: 温度梯度小，对流方式。过渡区域： 热传导和对

36、流方式。传热的根本关系a-对流传热系数， W/m2K或 W/m2。3. 影响对流传热系数的主要因素引起流淌的缘由：(1自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流淌。2)强制对流:由于外力和压差而引起的流淌。强自试验说明，影响对流传热系数的主要因素有：1、流体的状态：液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变化 .有相变化时对流传热系数比无相变化时大的多；2、流体的物理性质：影响较大的物性有密度、比热 Cp、导热系数、粘度等；3、流体的运动状况:层流、过渡流或湍流；4、流体对流的状况：自然对流，强制对流；5、传热外表的外形、位置及大小：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等

37、。由上述分析可见，影响对流传热的因素很多 ,故对流传热系数确实定是一个极为简单的问题。在一般状况下，对流传热系数沿不能推导出理论计算式,而只能通过试验测定。四、传热过程的计算1. 总传热系数管外对流 管壁热传导管内对流对于定态传热2. 传热平均温度差的计算依据参与热交换的两种流体在沿着换热器壁面流淌时各点温度变化的状况 ,可将传热分为恒温传热与变温传热两类。而变温传热又可分为一侧流体变温与两侧流体变温两种状况。1)恒温传热:两种流体进展热交换时，在沿传热壁面的不同位置上，在任何时间两种流体的温度皆不变 化，这种传热称为稳定的恒温传热。如蒸发器中，间壁的一侧是饱和水蒸汽在肯定温度下冷凝, 另一侧

38、是液体在肯定温度下沸腾，两侧流体温度沿传热面无变化，两流体的温度差亦处处相等， 可表示为(2变温传热：在传热过程中，间壁一侧或两侧的流体沿着传热壁面,在不同位置时温度不同,但各点的温度皆不随时间而变化，即为稳定的变温传热过程。间壁两侧流体皆发生温度变化，这时参与换热的两种流体沿着传热两侧流淌，其流淌方式不同，平均温度差亦不同.即平均温度差与两种流体的流向有关.生产上换热器内流体流淌方向大致可分为以下四种状况。图为换热器中流体流淌方向的意图。tm 与流体流向有关逆流并流错流折流并流 如图 4-19a)所示,参与换热的两种流体在传热面的两侧分别以一样的方向流淌。逆流 如图 4-19(b)所示，参与

39、换热的两种流体在传热面的两侧分别以相对的方向流淌. 错流 如图 419c)所示，参与换热的两种流体在传热面的两侧彼此呈垂直方向流淌。折流 如图 419d所示，参与换热的两种流体在传热面的两侧，其中一侧流体只沿一个方向流淌,而另一侧的流体则先沿一个方向流淌,然后折回以相反方向流淌，如此反复地作折流，使两侧流体间有并流与逆流的交替存在。此种状况称为简洁折流 .假设参与热交换的双方流体均作折流，则称为简单折流。在上述四种流向中，以并流与逆流应用较为普遍，两种流体的温度沿传热面的变化状况如图 4-20 所示。由图 420 可见,无论是哪一种状况,壁面两侧冷、热流体的温度均沿着传热面而变化,其相应各点的

40、温度差明显也是变化的，故存在着如何求取传热过程平均温度差Tm 的计算式。图 421 表示逆流时流体的温度随着传热量 Q 的变化状况。将上式与传热根本方程式 Q=KAtm 比较,可见变温传热的平均温度差为其值为换热器进、出口处两种流体温度差的对数平均值，故称为对数平均温度差。当t /t 2 时，可用算术平均值t = t +t /2 代替对数平均值。12m12五、传热面积的计算A=Q/Ktm 因计算热负荷时未考虑热损失,所以计算出的传热面积再增加 1020%,作为设计或选 用换热器的依据。五、流体流淌方向的选择在间壁式换热器中，对纯逆流和并流两种状况发，确定传热壁面两侧流体的流淌方向,可从以下两方

41、面考虑。1、 流体流淌方向对传热平均温度差的影响对间壁两侧流体皆为恒温及一侧流体恒温另一侧流体变温的传热过程，并流或逆流操作时的平均温度差一样，这时流体流淌方向的选择,主要应考虑换热器的构造及操作上的便利。当间壁两侧流体皆变温且两种流体的进、出口温度肯定时，由于逆流操作的平均温度差较并流时大，在传递同样热量的条件下，逆流所需的传热面积较小.2、 流体流淌方向对载热体用量的影响对间壁两侧流体恒温传热，及一侧流体恒温另一侧流体变温的传热过程,并、逆流时载热体用量均一样。而当间壁两侧流体皆为变温传热时，则流体的流淌方向对流体的最终温度有很大影响。如图 4-22 所示。加热时，即工艺将冷流体由 t1

42、加热至 t2 ，假设承受并流,加热介质的最低极限出口温度为冷流体的出口温度 t2；而假设承受逆流，如图中虚线所示，加热介质的最低极限出口温度可为冷流体的进口温度 t1t1t2)。假设换热的目的仅是为了加热流体，则逆流操作时由于和 T2 逆可能小于 T2 并，所以加热介质的用量可能较并流时小;假设换热的目的是为了回收热量，则逆流操作加热介质的出口温度可较并流操作时低，即回收的热量可多些。由上述分析可知，在一样传热面条件下,逆流操作时加热剂(冷却剂用量较并流小;反之,在加热剂(冷却剂)用量一样条件下，逆流的换热器传热面积较并流的小.还应指出的是：流体的始、终温不仅影响到载热体用量,同时还影响到传热

43、平均温度差tm。在操作中，当载热体的用量削减到肯定程度时，可使逆流操作的平均温度差小于并流操作的平均温度差，这时，对完成同样的传热量Q 而言，逆流操作所需的传热面积会比并流操作所需的传热面积大在传热系数K 一样条件下。这种状况下，选用哪一种流向进展操作,需由经济核算而定，即核算增加传热面积所需的投资费用与削减载热体用量而节约的操作费用哪一种操作 更经济些。一般来说,传热面积而增加的设备费用，较削减载热体用量而节约的长期操作费用 为少,故逆流操作优于并流。此外,逆流操作还有冷、热流体间的温度差较均匀的优点。并流操作的优点是较简洁掌握温度 ,故对某些热敏性物料的加热 ,并流操作可掌握出口温度，从而

44、可避开出口温度过高而影响产品质量.此外，还应考虑物料的性质，如加热粘性物料时,假设承受并流操作，可使物料快速升温，降低粘度，提高传热系数。六、总传热系数在传热根本方程式 Q=KAtm 中，传热量 Q 是生产任务所规定的，温度差tm 之值由冷、热流体进、出换热器的始、终温度打算，也是由工艺要求给出的条件，则传热面积A 之值与总传热系数 K 值亲热相关，因此，如何合理地确定 K 值，是设计换热器中的一个重要问题。目前，总传热系数 K 值有三个来源：一是选取阅历值，即目前生产设备中所用的经过实践证明并总结出来的生产实践数据;二是试验测定 K 值；三是计算。在传热计算中，如何合理地确定 K 值，是设计换热器中的一个重要问题。而在设计中往往参照在工艺条件相仿、类似设备上所得较为成熟的生产数据作为设计依据。工业生产用列管式换热器中总传热系数值的大致范围见表 4-10表 410 列管式换热器中 K 值大致范围热流体冷流体总传热系数，KW/m2K水水8501700轻油水340910重油水60280气体水17280水蒸汽