传热方式与工业换热方法

1、工业中的传热及换热方法、工业中传热过程及其应用热量传递过程，简称传热，它是指不同温度的两个物体之间或同一物体的两个不同温 度部位之间的所进行的热的传递，是自然界和工程技术领域中极为普遍的一种能量传递过 程。在食品工业上，大多数食品物料的加工都需要控制在一定的温度条件下进行，为了达 到或保持所需要的温度，通常需要对物料进行加热或冷却。这种热量交换作为单元操作， 可与其他的单元操作结合在一起，或作为其他单元操作的一部分进行。对食品进行加热、 冷却等，起到杀菌、抑菌，钝化酶的活性，便于保藏；食品原料在加工中完成生化变化； 液体食品的浓缩、干制食品的脱水等均离不开传热。根据目的不同，传热过程在工业生产

2、中的应用主要有以下两个方面。1强化传热过程 希望在单位时间内，单位传热面积上传递的热量越多越好。要求设备传热性能良好，以达到挖掘传热设备的潜力或缩小设备的尺寸。2、削弱传热过程当设备或管道的壁温高于或低于环境温度时，必将引起热量或冷量的交换而产生损失，这就需要保温，使单位时间，单位传热面积上传递的热量或冷量越 少越好。以达到减少热损失，节约能源，维持操作稳定，改善操作人员的劳动条件等。二、工业中传热过程实例1热杀菌图1 UHT杀菌机组其目的在于减少热（冷）量的损失，以提高图1为液态物料（乳品、饮料等） 在加工过程中的杀菌装置。主要部件 为管式热交换器，料液走内管，加热 介质走内管外的环隙。加热

3、介质通过 内管壁对料液进行加热，使料液温度 升咼到一定程度而达到杀菌目的。2 .保温图2是管道的保温。在生产中， 对于温度较高（或较低）的管道和反 应器等高（低）温设备，需要采取绝热措施, 换热操作的经济效益；可维护设备正常的操作温度，保证生产在规定的温度下进行；可降 低车间的操作温度，改善劳动条件。为此，在设备的外壁包上一层导热系数较小的绝热材料，用于增加热阻，减少设备外壁面上与周围环境的热交换图2 管道保温图三、自然界中传热的基本方式热量的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。根据传热机理的不同， 传热的基本方式有热传导、热对流、热辐射三种。1. 热传导热传导简称导热，它是靠物质

4、的微粒相互碰撞将内能由物体的一部分传递到另一部分 或从一个物体传递给另一个物体的传热方式。在热传导过程中，物质质点不发生宏观位移。当物体内部或两直接接触的物体间存在温度差时，温度较高处的分子（或原子、自由 电子等）因振动而与相邻温度较低处的分子（或原子、自由电子等）发生碰撞，并将能量 的一部分传给后者。热传导的特点是物体中的分子或质点不发生宏观的迁移。固体的传热、静止的液体或气体的传热等均属于此类。在层流流体中，传热方向与流向垂直时亦为传导。2. 热对流热对流是物体各部分发生相对位移而将内能进行传递的传热方式。热对流的特点是物 体内质点宏观的运动，因此，热对流只能存在于流体中。由于流体中始终存

5、在着热传导过程，故单纯的热对流是不存在的。通常将流体和固体 壁面之间的传热称为对流传热，显然，对流传热是饱含热传导和热对流的综合传热过程。在对流传热过程中，若流体的运动是由于受到外力的作用所引起，则称为强制对流， 例如对液体搅拌产生的对流。若流体的运动是由于流体内部冷、热部分的密度差异引起的， 轻者上浮，重者下沉，这种对流则称为自然对流。3. 热辐射热辐射既不依靠流体质点的移动，又不依靠分子之间的碰撞，而是借助各种不同波长 的电磁波来传递能量的。热辐射的特点是不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的 转换。当两个物体以热辐射的方式进行热能传递时，放热物体的热能先转化为辐射能，并 以电磁波的形

6、式向周围空间发射，当遇到另一物体时，电磁波的辐射能将部分或全部地被 该物体吸收，又转变为热能。任何物体都能把热能以电磁波的形式辐射出去，也能吸收别的物体辐射出的电磁波而 转变成热能。波长在0.140 ym范围的射线（电磁波）就具有磁性质，这一范围的射线称 为热射线。任何物体只要其热力学温度大于0K,都会以电磁波的形式向外界辐射能量。习惯上， 仅将和温度有关的辐射称为热辐射。 当物体的温度越高， 则以辐射形式传递的热量就越多 辐射传热不需要任何介质做媒体，它可以在真空传播，这一点与热传导和热对流不同。实际上，上述三种基本方式，在传热过程中很少单独存在，往往是互相伴随着同时出 现。例如在焙烤食品时

7、，在食品的烘烤区域范围内，兼有热辐射、热对流、热传导三种传 热方式，并且是以热辐射为主。所以，三种基本传热方式在某种场合下是以某种方式为主 而已。四、工业上的换热方法热量交换过程简称换热，在食品工业生产中，由于换热的目的和工作条件的不同，换 热方法可分为以下三类。1 .间壁式换热间壁式换热是通过固体壁面将冷、热两种流体隔开，热流体先将热量传给固体壁面， 再以热传导的方式通过固体壁面，然后由固体壁面将其所吸收的热量传给被加热的冷流体 以达到换热的目的。它适用于两流体在换热过程中不允许混合的场合。间壁式换热是食品 工业上应用最广泛的一种换热方法，设备类型多种多样。2. 混合式换热混合式换热是冷、热流体直接接触而进行传热的一种方式。此类换热器只能用于允许 冷、热流体直接混合的场合。常见的混合式换热设备有凉水塔、混合冷凝器、喷洒式冷却 塔等。结构简单，设备及操作费用均较低，传热效率高。3. 蓄热式换热蓄热式换热时在蓄热器内，冷、热流体交替流过填充物。当热流体流过时，填充物温 度升高，贮存热量。而后冷流流过，填充物中贮存的热