化工过程传热的目的.doc

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1、6.   传热内容提要： 本章介绍传热的三种基本方式即传导传热、对流传热和辐射传热以及工业上的换热方法。着重讨论传导传热、对流传热和辐射传热的机理和传导传热、对流传热的速率方程式，在此基础上建立总传热速率方程。冷热流体通过壁面进行热交换的计算——热量衡算、总传热速率方程。强化和抑制传热过程的途径，介绍各种热交换器的基本结构和基本原理。学习指导：了解传导传热、对流传热和辐射传热的机理，掌握传导传热、对流传热的速率方程式，掌握总传热速率方程式并对其中的总传热系数K、传热平均温度差Δtm的计算，掌握热交换中热量衡算与总传热方程相结合而解决热交换中的计算。了解强化和抑制传热过程的方法以及列管式热

2、交换器的基本结构。6.1   概述6.1.1化工生产中的传热过程化工过程传热的目的1、加热或冷却控制温度。化工生产中，温度是控制反应进行的重要条件，如图6-1所示。例如，氮、氢合成氨、由氨氧化制硝酸、萘氧化制苯酐等，由于催化剂的活性和反应的要求，必须在一定的范围，过高过低都会导致原料利用率降低，温度控制不当甚至会发生事故。2、换热（冷热保温）。化工生产中的传质过程，如在蒸馏、蒸发、干燥、结晶、冷冻等操作中也必须供给或移走一定的热量才能顺利进行。3、节能。能量的充分利用是化工生产尤其是大型生产中极为重要的问题。为了充分利用反应热，回收余热和废热以降低生产成本，工业上大量使用热交换器，这都涉

3、及到热量的传递问题。化工生产对传热的基本要求要求较高的传质速率，减小设备尺寸；防止热量传递，进行保温。两者目的不同，但传热机理相同。热量的传递的方向热力学角度，热量自动从高温向低温方向传递。温差为传热的推动力，传热速率与温差成比例。传热的基本方式（1）热传导热量从物体中温度较高的部份传递给温度较低的部份或传递给与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。在导热过程中物体各部分物体与物体之间不发生相对位移。从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理各有所不同。气体：分子的热运动。导电固体：自由电子的运动。非导电固体：晶格结构的振动传递能量的，传递的能量较少。液体

4、：与气体的导热机理类似，但是液体分子间的距离比较小，分子间的作用力，热传导速率比气体大得多。 （2）对流传热——热对流    定义：对流是指流体各部份质点发生相对位移而引起的热量传递过程。即是靠流体宏观的相对运动来传递热量的过程。221对流传热或对流给热：流体流经固体壁面时，温度较高的热流体将热量传递给固体壁面，或温度较高的固体壁面将热量传递给流经它的冷流体。对流传热两种方式：流体本身各点温度不同引起密度的差异而造成流体质点相对位移所形成的对流称为自然对流；借助机械作用而引起的对流称为强制对流。强制对流较自然对流有较好的传热效果。 （3）辐射传热辐射：是固体、液体和某些气体由于温差而引起

5、的电磁波传递能量的现象，这种电磁波辐射称为热辐射。辐射过程：物体在放热时，热能变为辐射能以电磁波的形式发射而在空间传递，当遇到另一物体则部份或全部被吸收，重新又变成热能。辐射传热的特点：伴有能量形式（电磁波与热）的转化；可以在真空中传递；热射线：波长为0.4～40μm范围的电磁波。辐射传热与温度的关系：绝对零度以上的物体均能辐射能量。两个物体温度不同时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量。实验证明：只有当物体的温度大于400K时，因辐射而传递的能量才比较显著。化工生产中温度一般不很高，辐射传递的热量可以不计。本章主要内容从传热的机理出发，分析传热过程的传热速率及

6、影响因素。研究控制热量传递快慢的规律，找出强化或隔绝传热过程途径。介绍传热设备的基本构造、性能和特点。6.1.2工业中的换热方法工业换热的方法1、直接接触式换热冷热两种液体在换热器中直接混合而交换热量，称直接接触式换热。这种方法设备简单操作方便，传热效果好。二氧化硫炉气进行降温、除尘，就是用冷水与二氧化硫炉气直接接触进行换热的。如图6-2所示。图6-2冷水冷却二氧化硫炉气示意图2、蓄热式换热    常见的设备为蓄热炉，热流体通过炉内，放出热量使炉温升高，然后将需要加热的流体通过炉内，吸收热量使炉温下降，如此交替进行就会使冷热流体进行换热。有大量余热的冶金、石油化工等工业中这种换热方法用得

7、较多，例如，石油化工中的蓄热式裂解炉等，在合成氨工业中，以固体燃料气化制取半水煤气的固定层煤气发生炉，也是一种蓄热炉，如图6-3221所示。图6-3合成氨工业中的蓄热炉示意图    3、间壁式换热冷热流处于固体间壁的两侧，热流体将热量传给壁面，通过间壁，由另一壁面将热量传给冷流体，这种换热方法称为间壁式换热。各种管式和板式的热交换器都是这种类型的热交换器。        生产中多数情况下是不允许两种流体相互接触的，故间壁式换热中冷热