化工原理第四章传热ppt课件.ppt

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1、第四章传热第一节概述一、传热过程在化工生产中的应用传热：是不同温度的两个物体之间或同一物体的两个不同温度部位之间所进行的热的转移。传热在化学工程中的应用：其它设备60%传热设备40%几乎所有的化工生产过程均伴有传热操作聚氯乙烯生产：乳液聚合8atm，55℃；合成氨：300atm，500℃，放热反应；锅炉烟道气温度800℃，如何利用？暖气管道的保温，暖气片的散热。对原料和产品进行加热及冷却：几乎所有的化学反应过程都需要控制在一定的温度下进行。有些单元操作如蒸馏、蒸发、干燥和结晶等，都有一定的温度要求能量回收：节能减排、资源回用！同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！余热资源

2、被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。例如：钢铁行业烟气余热回收对比余热没有回收热交换器进行余热回收回收余热、废热，充分利用能量：对设备及管线进行保温（保冷），减少热量损失：强化传热过程：对各种换热设备要求传热速率快，传热效果好，完成相同传热任务所需的传热面积少，传热设备的结构紧凑，设备费用低抑制（削弱）传热过程：如设备和管道的保温，要求传热速率慢，以减少热损失。化工生产过程对传热的要求：二、传热的三种基本方式1、热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。特点：没有物质的宏观位移气体分子做不规则热

3、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：通过晶格结构的振动来实现的液体机理复杂2、对流流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。强制对流：因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。热对流的两种方式：自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。实际上热对流总伴随着热传导，因为流体中的分子总是在运动中。化工中常遇到的是固体表面与接触流体之间的传热，其特点是壁面附近的流体层流内层中主要以传导方式传热,流体主体中主要以对

4、流方式传热。对流传导对流传热这种对流和传导联合作用的传热过程也称为对流传热。固体壁面层流内层湍体主体流体流动3、热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。当电磁波遇到物体时，又转变为热。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。三种传热方式一般不单独存在，往往相互伴随，同时出现。能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介Ea∝T4冷、热流体在传热设备中通过直接混合的方式进行热量交换，又称为混合式传热。优点：方便和有效，而且设备结构较简单，常用于

5、热气体的水冷或热水的空气冷却。缺点：在工艺上必须允许两种流体能够相互混合。1直接接触式传热冷热流体的接触方式2蓄热式传热冷、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，达到换热的目的。优点：结构较简单，可耐高温，常用于气体的余热或冷量的利用。缺点：由于填料需要蓄热，所以设备的体积较大，且两种流体交替时难免会有一定程度的混合。3间壁式传热在多数情况下，化工工艺上不允许冷热流体直接接触，故直接接触式传热和蓄热式传热在工业上并不很多，工业上应用最多的是间壁式传热过程。这类换热器的特点是在冷、热两种流体之间用一金属壁(或石墨等导热性能好的非金属壁)隔开

6、，以便使两种流体在不相混合的情况下进行热量传递。这类换热器中以套管式换热器和列管式换热器为典型设备。三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式1、间壁式换热器外传热面积：内传热面积：平均传热面积：2、传热速率与热流密度传热速率Q：传热速率指的是由于传热面与介质间有温度差而使热量由高温处向低温处流动的速率；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式中，A──总传热面积，m2。热流密度与传热面积A大小无关，完全取决于冷、热流体之间的热量传递过程，是反映具体传热过程速率大小

7、的特征量。在传热体系中各点的温度只随换热器的位置的变化而变，不随时间而变。特点：通过传热表面的传热速率为常量，热通量不一定为常数。若传热体系中各点的温度，既随位置的变化，又随时间变化。特点：传热速率、热通量均为变量。通常连续生产多为稳态传热，间歇操作多为非稳态传热。化工过程中连续生产是主要的，因而本章主要讨论稳态传热。3、稳态传热与非稳态传热非稳态传热稳态传热4、两流体通过间壁的传热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体间壁稳态传热：流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有流体分子热运动引