流体输送与传热技术 教学课件 作者 王壮坤 主编 电子教材 模块三[三]项目3电子教材.doc

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1、项目3加热剂与冷却剂的选择及用量的确定一、教学目标能力目标1．掌握加热剂与冷却剂的选择及用量确定方法2．掌握热负荷确定方法知识目标1．掌握常用的加热剂与冷却剂及选择2．掌握换热器热量衡算及热负荷确定方法3．了解工业生产中节能的途径二、工作任务工作任务实施方法及教学环境相关知识加热剂与冷却剂的选择案例教学常用的加热剂与冷却剂加热剂与冷却剂的选择化工生产中的节能途径加热剂与冷却剂的选择及用量的确定项目教学换热器热量衡算热负荷确定三、理论知识3.1常用的加热剂与冷却剂化工生产中的换热目的主要有两种，一是将工艺流体加热（汽化），二是将工艺流体冷却（冷凝）。若换

2、热的目的是为了将冷流体加热，此时热流体称为加热剂；若换热的目的是为了将热流体冷却（或冷凝），此时冷流体则称为冷却剂（或冷凝剂）。根据生产任务的需要，结合生产实际，采用的加热剂与冷却剂种类较多。3.1.1常用的加热剂1．水蒸气水蒸气是最常用的加热剂。通常使用饱和水蒸气，在蒸汽过热程度不大（过热20～30℃）的条件下，允许使用过热蒸汽。优点：汽化潜热大，蒸汽消耗量相对较小；在给定压力下，冷凝温度恒定，故在有必要时，可通过改变加热蒸汽的压力来调节其温度；蒸汽冷凝时给热系数很大，能够在低的温度差下操作；价廉、无毒、无失火危险等。缺点：饱和温度与压力一一对应，且

3、对应的压力较高，甚至中等饱和温度（200℃）就对应着相当大的压力（1.56×106Pa），对设备的机械强度要求高，投资费用大。图3-29闭式浮球冷凝水排除器1-外壳；2-针形阀；3-浮球；4-导向筒；5-导向杆用水蒸气加热的方法有两种：直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。当直接蒸汽加热时，水蒸气直接引入被加热介质中，并与介质混合。这种方法适用于允许被加热介质和蒸汽的冷凝液混合的场合。直接蒸汽由鼓泡器引入，鼓泡器通常布置在设备底部，鼓泡器一般为开有许多小孔的盘管，蒸汽鼓泡时，通过并搅拌液层，与介质直接换热。7当间接蒸汽加热时，通过换热器的间壁传递热量。当蒸汽在换

4、热器内没有完全冷凝时，一部分蒸汽将随冷凝液排出，造成蒸汽消耗量增加。为了使冷凝液能够顺利排出而不带走蒸汽，需要设置冷凝水排除器。最常用的排除器为浮球式冷凝水排除器，如图3-29所示。在冷凝水排除器内，始终维持一定的液位，以阻止蒸汽从冷凝水排除器内漏出。2．其他常用加热剂化工生产中其他常用加热剂的种类、组成、温度范围及特点见表3-7。表3-7常用的加热剂及温度范围加热剂温度范围（K）组成特点热水或高压热水373～573无毒、腐蚀性小。可利用二次热源，节约能量。热水通常可使用锅炉热水和从换热器或蒸发器得到的冷凝水。和蒸汽冷凝相比，给热系数低许多，加热的均匀

5、性不好。使用高压热水时对设备的强度要求和操作费用都很高。导热油473～623烃、醚、醇、硅油、含卤烃及含氮杂环使用温度高（最高可达400℃），蒸气压低，不用高压就能够得到高温，使用方便，既可用于加热又可用于致冷。熔盐573～773硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠混合物流动性好，最高工作温度可达600℃的高温。熔盐加热装置应具有高度的气密性，并用惰性气体保护。由于硝酸盐和亚硝酸盐混合物具有强氧化性，因此应避免和有机物质接触。烟道气873～1173一氧化碳、二氧化碳等混合气体流动性好，传热效率高，操作简单。此外，工业生产中，还可以利用液体金属和电等来加热。其中，液

6、态金属可加热到300～800℃，电加热最高可加热到3000℃。3.1.2常用的冷却剂工业生产中，使用最普遍的冷却剂是水和空气，可得到10～30℃的冷却温度。水的主要来源是江河和地下，江河水的温度与当地气候以及季节有关，通常在10～30℃左右，地下水的温度则较低，大约在4～15℃左右。为了节约用水和保护环境，生产上大多使用循环水，在换热器内用过的冷却水，送至凉水塔内，与空气逆流接触，部分汽化而冷却，再重新作为冷却剂使用。冷却水可用于间壁式换热器和混合式换热器中。由于工业用水常常会被污染，要求在最终排放前，必须进行水质净化，达到排放标准。空气作为冷却剂，适

7、用于有通风机的冷却塔和有增大的传热面的换热器（如翅片式换热器）的强制冷却。空气作为冷却剂的优点是不会在传热面产生污垢。其缺点是给热系数小，比热容较低，耗用量较大，达到同样的冷却效果，空气的质量流量大约是水的5倍。若要冷却到0℃左右，工业上通常采用冷冻盐水（如氯化钙溶液），由于盐的存在，使水的凝固温度大为下降（其具体数值视盐的种类和含量而定），盐水的低温由制冷系统提供。此外，为了得到更低的冷却温度或更好的冷却效果，还可借助于制冷技术，使用沸点更低的制冷剂，如液氨等。3.1.3加热剂与冷却剂的选择加热剂（或冷却剂）的选择根据工艺物料被加热或冷却的程度决定，

8、应以本着能量综合利用的原则来进行，即应尽可能选用工艺上要求冷却降温的高温流体作加热剂，选用工艺