化工原理第二章第一节讲稿

1、化工原理第二章第一节讲稿2022/9/4第1页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二传热过程2022/9/4第2页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二本章主要内容：1. 主要讨论传导传热、对流给热的机理和传热方程式及其应用；2. 冷热流体通过 固体间壁进行换热的过程和计算；3. 强化或削弱传热的途径；4. 换热器的基本类型及列管式换热器的基本结构和性能；2022/9/4第3页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二一、化工生产中的传热过程传热：就是由于温差而引起的热量传递过程，是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程 。1、化工与传热1）绝大

2、多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸收的热量。2022/9/4第4页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按一定的速率向设备输入或输出热量。3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和外界传热。4）对于废热也需合理的利用与回收。 2、化工生产中传热过程的两种情况 1）强化传热：各种换热设备中的传热。 2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失 2022/9/4第5页，共27页，2022年，5月20日，0点41

3、分，星期二传热过程在化工生产中的应用例如：蒸发、蒸馏、干燥、结晶等传热过程的基本要求：1.强化传热；2.避免传热热量传递方向：高温传向低温传热过程的推动力：温差2022/9/4第6页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二二.传热的三种基本方式 1、传导传热 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传导传热，又称导热。 特点：没有物质的宏观位移气体 分子做不规则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：通过晶格结构的振动来实现的液体 机理复杂2022/9/4第7页，共27页，2022年，5月20日，0点41分

4、，星期二 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种传热方式。导热的实质：流体内分子的热运动或自由电子的运动。 所有物体（固、液、气）均由分子组成，有温差、分子振动快慢有差异，振动速度快的分子将其本身动量传递给邻近振动速度较慢的分子，热量就这样从高温向低温的传递下去，导热就其本质上讲：分子振动传热。2022/9/4第8页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二对流传热是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量传递，对流传热是流体所特有的一种传热的方式，即存在气体或液体中，在固体中 不存在这种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相对位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对流和

5、强制对流。2、对流传热2022/9/4第9页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二强制对流 自然对流 用机械能（泵、风机、搅拌等）或由于流体相对位差而迫使流体改变冷与热各部分的位置，使流体发生对流而传热。由于流体各部分温度的不均匀分布，形成密度的差异，在浮升力的作用下，流体发生对流而传热。 对流传热与流体运动状况有关，热对流还伴随有流体质点间的传导传热，工程上通常将流体与固体之间的热交换称为对流给热，即包含了传导传热和对流传热。2022/9/4第10页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二3、辐射传热 辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原因而发出辐

6、射能的过程，称为热辐射。 辐射传热，不仅是能量的传递，还伴随着能量形式的转化。 辐射传热不需要任何介质作媒介，可以在真空中传播。辐射传热是物体间相互辐射和吸收能量的结果。任何物体只要在绝对零度以上都能发生辐射能，但是只有物体的温度差别较大时，辐射传热才成为最主要的传热方式。高温物体辐射能低温物体2022/9/4第11页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二三、工业上的换热方法1、直接接触式传热 直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。前提是冷、热两种流体可直接混合，不发生化学反应或其他不良影响。化工厂常用的 凉水塔、喷洒式冷却塔

7、、混合冷凝器等。2022/9/4第12页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2022/9/4第13页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二 2、蓄热式换热 (间歇操作） 蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。2022/9/4第14页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2022/9/4第15页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2022/9/4第16页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，

8、星期二3、间壁式换热 间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。传热过程可分为三步： 热流体将热量传给固体壁面（对流传热）热量从壁的热侧传到冷侧（传导传热） 热量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热）壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。 2022/9/4第17页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二两流体通过间壁的换热过程t2t1T1T2对流对流导热冷流体Q热流体2022/9/4第18页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二典型的间壁式换热器及其传热过程 （1）、套管式换热器 套管式换热器是由两种直径大

9、小不同的直管组成的同心管，一种流体在内管中流动，另一种流体在内、外两壁间的环隙中流动，通过内管管壁进行热量交换。内管壁的表面积即为传热面积。 2022/9/4第19页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2022/9/4第20页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2022/9/4第21页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二一种流体由封头的进口管进入器内，流经封头与管板的空间分配至各管内（称为管程）。通过管束后，从另一端封头的出口流出换热器。另一种流体则由壳体的接管流入，在壳体与管束间的空隙流过（称为壳程），从壳体的另一端接管流出。壳体内往往安

10、装若干块与管束相垂直的折流挡板。流体在管束内只通过一次，称为单程列管式换热器。 若在换热器封头内设置隔板，将管束的全部管子平均分隔成若干组，流体每次只通过一组管子，然后折回进入另一组管子，如此往复多次，最后从封头接管流出换热器。这种换热器称为多管程列管式换热器。 （2）、列管式换热器 列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。 2022/9/4第22页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二2022/9/4第23页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二列管式2022/9/4第24页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二夹套式2022/9/4第

11、25页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二 稳态传热：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（单位时间传递的热量）为常量，热通量不一定为常数。传热系统中不积累能量（即输入的能量等于输出的能量）。 非稳态传热：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，间歇操作多为不稳态传热。化工过程中连续生产是主要的，因而我们主要讨论稳态传热。四、稳态传热与非稳态传热：2022/9/4第26页，共27页，2022年，5月20日，0点41分，星期二五、传热过程中的基本物理量传热速率（热流量 ）=Q/ 单位