化学工程传热学课件任务一

传热技术项目化教学:就是以项目为载体，以工作任务为驱动，将理论与实践结合起来，使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能。学生在做中学、做中练，教师在做中教，在做的过程中强化学生的动手能力。变学生课堂中灌输被动接受，变为自觉的主动接受。给学生布置一个一个任务（项目）后，让学生在完成任务（项目）的过程中，掌握理论知识和实践技能。

项目化教学传热技术项目化教学:就是以项目为载体，以工作任务

传统教学项目化教学知识本位课程能力本位课程载体语言、文字、图形、公式载体主要是项目和任务知识是可以传授的能力不能传授，能力只能靠训练“先学后做”“在做中学”、“边做边学”

传统教学与项目化教学的区别传统教学与项目化教学的区别项目化教学实施步骤分析：分析完成工作任务所需的理论知识。决策：计划:学生制定任务工作计划，确定工作步骤和程序，并最终得到教师的认可。（确保每个人都有任务）实施：学生确定各自在小组的分工以及小组成员合作的形式，之后按照已确立的工作步骤和程序工作。检查与评估：自评与教师评价。项目化教学实施步骤分析：分析完成工作任务所需的理论知识。十大任务任务一认识化工传热过程任务二认识综合传热实训装置任务三列管换热器的初步选型任务四列管换热器的选型优化任务五列管换热器仿真操作任务六

列管换热器操作实训任务七其它类型换热器操作实训任务八锅炉单元仿真操作一任务九锅炉单元仿真操作二任务十管式加热炉仿真操作十大任务任务一认识化工传热过程考核方法考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核。

过程考核的任务是对学生日常学习过程中的态度、表现、操作结果、提问与回答问题情况、任务的完成质量等进行考核。任务任务一任务二任务三任务四任务五任务六任务七任务八任务九任务十比例5%15%10%10%20%20%10%10%过程考核任务分值表考核方法考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核序号考核内容评分标准权重90-10080-8970-7960-69《59单项成绩1态度15%出勤；积极组织并参与出勤；积极参与出勤；参与请假；参与旷课；基本不参与2任务单质量30%准确；条理清晰；版面清楚基本准确；版面清楚基本准确；准确率低；版面清楚准确率低；版面不清楚3回答问题15%准确；简明扼要准确基本准确；答到基本内容回答错误或不回答4资料查阅能力15%能迅速准确查到所需资料与数据能准确查到所需资料与数据基本能查到所需资料与数据能查阅简单资料不能查资料5PPT制作与语言表达汇报能力15%条理清楚，言简意明，普通话好条理清楚，言简意明，能表达清楚想要说明的内容能基本表达想要说明的内容不能表达清楚想要说明的内容6团队合作意识，遵守纪律10%能渗透到学习、训练环节能较好地在学习、训练环节中体现基本能体现在学习、训练环节团队合作意识薄弱无团队合作精神合计总分

任务一完成情况考核评分表

项目号__________班组号_______姓名___________序号考核内容评分标准权重90-10080-8970-7960任务一认识化工传热过程任务1-1了解传热在化工生产中的应用任务1-2认识工业上常见的换热方式任务1-3认识各类型化工设备的结构及其优、缺点任务一认识化工传热过程任务1-1了解传热在化工生产中布置任务：自己选择某一化工产品，通过查阅资料得出此产品生产工艺流程，要求流程中包括一种或多种换热器，并指出换热器在此流程中的作用及其换热方式，并做成PPT形式进行汇报。布置任务：理论知识准备一.查阅资料的方法二.传热的基本概念三.传热在化工生产中的应用四.工业上常见的换热方式五.热量传递的基本方式六.传热设备的分类七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点理论知识准备一.查阅资料的方法一.查阅资料的方法一.查阅资料的方法二.传热的基本概念传热就是指热量传递,又称热传递。由热力学第二定律可知：凡是存在温度差的地方就有热量传递。二.传热的基本概念传热就是指热量传递,又称热传递。由热力三.传热在化工生产中的应用1.化学反应中的传热

2.化工单元操作中的传热3.化工生产中热能的合理利用和余热的回收

4.减少设备的热量（或冷量）的损失

化工生产对传热过程的要求：强化传热和消弱传热

稳定传热和不稳定传热三.传热在化工生产中的应用1.化学反应中的传热四.工业上常见的换热方式1.直接接触式换热（又称为混合式换热）

——直接接触式换热器2.蓄热式换热——蓄热式换热器3.间壁式换热——间壁式换热器四.工业上常见的换热方式1.直接接触式换热（又称为混合式换五.热量传递的基本方式1.热传导机理：又称导热，由于物质的分子、原子或自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。热传导的条件是系统内存在温度差。特点：热传导过程中，没有物质的宏观位移。热传导不能在真空中进行。典型的热传导发生在固体中。五.热量传递的基本方式1.热传导2.热对流机理：又称给热，是指流体内部质点发生相对位移而引起的热量传递特点：只发生在流体中。对流中伴随着热传导。分类：根据引起流体质点相对运动的原因不同，又可分为强制对流和自然对流。流体在发生强制对流时，往往伴随着自然对流。2.热对流分类：根据引起流体质点相对运动的原因不同，又可分为3、辐射机理：因热的原因发出辐射能并在周围空间传播而引起的传热。以电磁波的方式传递热能。特点：不需任何媒介。在真空中也可以传播。不仅是能量的转移，而且还伴随着能量的转换。说明：只有高温下物体之间的温度差很大时，辐射才成为只要的传热方式。3、辐射六.传热设备的分类间壁式换热器管式换热器板式换热器套管换热器蛇管换热器夹套换热器平板式换热器螺旋板式换热器板翅式换热器列管换热器热板式式换热器六.传热设备的分类间壁式换热器管式换热器板式换热器套管换热七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点套管式换热器基本传热元：由传热管和同心的外壳套管所组成。U形肘管七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点套管式换热器基本传热套管式换热器特点：（1）结构简单，加工方便。（2）适当地选择内、外管径，可使两种流体都达到较高的流速，从而提高传热系数。（3）内外管直径都较小，可用于高温、高压场合。（4）两种流体可以做严格的逆流流动，平均温差也为最大。（5）接头较多，容易发生泄漏，单位长度传热面积较较小，金属消耗量大；结构不紧凑，占地较大。套管式换热器特点：（1）结构简单，加工方便。（2）适当地选择蛇管换热器蛇管换热器名称结构特点应用沉浸式蛇管换热器以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉浸在容器内的液体中。管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热。结构简单、造价低廉、便于防腐、能承受高压。为提高传热效果，常需加搅拌装置。喷淋式蛇管换热器各排蛇管均垂直地固定在支架上，冷却水由蛇管上方的喷淋装置均匀地喷洒在各排蛇管上，并沿着管外表面淋下优点是检修清洗方便、传热效果好，蛇管的排数根据所需传热面积定。缺点是体积庞大，占地面积多；冷却水耗用量较大，喷淋不均匀。置于室外通风处，常用于冷却管内热流体。名称结构特点应用沉浸以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉列管换热器固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式换热器釜式换热器翅片管式换热器套管式换热器管程壳程多管程多壳程列管换热器固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式固定管板式换热器固定管板式换热器优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗；缺点是壳程检修和清洗困难，且当壳体与换热管的温差较大（大于50℃）时产生的温差应力（又叫热应力）具有破坏性，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度限制不能太高。

适用于壳程流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗；适用于壳程流体清洁且不结浮头式换热器其结构特点是一端管板不与壳体固定连接，可以在壳体内自由沿管长方向浮动，该端称为浮头。浮头式换热器其结构特点是一端管板不与壳体固定连接，可以在壳体优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，消除了热应力；管束可以从管内抽出，便于管内和管间的清洗。缺点是结构复杂，加工困难，用材量大，造价高。应用十分广泛，适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束U形管式换热器其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端固定在同一管板的两侧，用隔板将风头分成两室。管束可以自由伸缩，解决了热补偿问题。U形管式换热器其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端优点是每根管子可以自由伸缩，不会产生热应力；结构简单，运行可靠，造价低；管间清洗较方便，适用于高温高压场合。缺点是U形管内清洗较困难；管板利用率低。适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场合优点是每根管子可以自由伸缩，不会产生热应力；结构简单，运行可结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端浮动管板与壳体之间采用填料函密封。优点:管束可自由伸缩，无温差应力，具有浮头式的优点且结构简单，造价低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗，维修方便。缺点是填料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏。填料函式换热器适用于管壳程温差较大或介质易结垢需要经常清洗且壳程压力不高的场合。结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端浮动管板与壳体之间采釜式换热器其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头式或U形管式。清洗方便，并能承受高温、高压。适用于液-气式换热（其中液体沸腾汽化），可作为简单的废热锅炉。釜式换热器其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定翅片管换热器其结构特点是在换热管的外表面或内表面或内外表面同时装有许多翅片。可增大传热面积，又可增强湍流程度，提高传热效率。重要的应用场合是空气冷却器。翅片管换热器其结构特点是在换热管的外表面或内表面或内外表面同由一个装在容器外部的夹套构成，在夹套和器壁间的空间加载热体，容器内的物料与夹套内的介质通过器壁进行换热。缺点是传热面积受容器壁面限制而较小，器内流体处于自然对流状态，传热效率低，夹套内部清洗困难。主要应用于反应过程的加热和冷却。套管式换热器夹套式换热器由一个装在容器外部的夹套构成，在夹套和器壁间的空间加载热体，平板式换热器它是由若干块长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支架上构成。两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体通道。板片是板式换热器的核心部件，常将板面冲压成各种凹凸的波纹状平板式换热器它是由若干块长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支优点是结构紧凑，单位体积传热面积大；组装灵活方便；有较高的传热效率，可随时增减板数，有利于清洗和维修。缺点是处理量小；受垫片材料性能的限制，操作压力和温度不能过高。适用于需要经常清洗、工作环境要求十分紧凑，操作压力在2.5MPa以下，温度在－35～200℃的场合。优点是结构紧凑，单位体积传热面积大；组装灵活方便；有较高的传螺旋板式换热器由焊在中心隔板上的两块金属薄板卷制而成，两薄板之间形成螺旋形通道，两端分别焊有盖板或风头。两流体分别在两通道内流动，通过螺旋板进行换热。螺旋板式换热器由焊在中心隔板上的两块金属薄板卷制而成，两薄板优点是结构紧凑；单位体积传热面积大；流体在换热器内作严格的逆流流动，可在较小的温差下操作，能充分利用低温能源；由于流向不断改变，且允许选用较高流速，故传热效果好；又由于流速较高，同时有惯性离心力的作用，污垢不易沉积。缺点是制造和检修都比较困难；流动阻力较大；操作压力和温度不能太高，一般压力在2MPa以下，温度则不超过400℃。

优点是结构紧凑；单位体积传热面积大；流体在换热器内作严格的逆板翅式换热器基本单元体由翅片、隔板及封条组成。翅片上下放置隔板，两侧边缘由封条密封，即组成一个单元体。将一定数量的单元体组合起来，并进行适当排列，然后焊在带有进出口的集流箱上，一般用铝合金制造。板翅式换热器基本单元体由翅片、隔板及封条组成。翅片上下放置隔是一种轻巧、紧凑、高效的换热装置，优点是单位体积传热面积大，传热效果好；操作温度范围较广，适用于低温或超低温场合；允许操作压力较高，可达5MPa。缺点是易堵塞，流动阻力大；清洗检修困难，故要求介质洁净。应用领域已从航空、航天、电子等少数部门逐渐发展到石油化工、天然气液化、气体分离等更多的工业部门。是一种轻巧、紧凑、高效的换热装置，优点是单位体积传热面积大，热板式换热器它由两层或多层金属板点焊或滚焊成各种图形，并将边缘焊接密封成一体。热板式换热器具有流动阻力小，传热效率高，根据需要可做成各种形状等优点，可用于加热、保温、干燥、冷凝等多种场合。热板式换热器它由两层或多层金属板点焊或滚焊成各种图形，并将边蓄热式合成氨蓄热式合成氨2、换热器性能对比及选择2、换热器性能对比及选择传热技术项目化教学:就是以项目为载体，以工作任务为驱动，将理论与实践结合起来，使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能。学生在做中学、做中练，教师在做中教，在做的过程中强化学生的动手能力。变学生课堂中灌输被动接受，变为自觉的主动接受。给学生布置一个一个任务（项目）后，让学生在完成任务（项目）的过程中，掌握理论知识和实践技能。

项目化教学传热技术项目化教学:就是以项目为载体，以工作任务

传统教学项目化教学知识本位课程能力本位课程载体语言、文字、图形、公式载体主要是项目和任务知识是可以传授的能力不能传授，能力只能靠训练“先学后做”“在做中学”、“边做边学”

传统教学与项目化教学的区别传统教学与项目化教学的区别项目化教学实施步骤分析：分析完成工作任务所需的理论知识。决策：计划:学生制定任务工作计划，确定工作步骤和程序，并最终得到教师的认可。（确保每个人都有任务）实施：学生确定各自在小组的分工以及小组成员合作的形式，之后按照已确立的工作步骤和程序工作。检查与评估：自评与教师评价。项目化教学实施步骤分析：分析完成工作任务所需的理论知识。十大任务任务一认识化工传热过程任务二认识综合传热实训装置任务三列管换热器的初步选型任务四列管换热器的选型优化任务五列管换热器仿真操作任务六

列管换热器操作实训任务七其它类型换热器操作实训任务八锅炉单元仿真操作一任务九锅炉单元仿真操作二任务十管式加热炉仿真操作十大任务任务一认识化工传热过程考核方法考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核。

过程考核的任务是对学生日常学习过程中的态度、表现、操作结果、提问与回答问题情况、任务的完成质量等进行考核。任务任务一任务二任务三任务四任务五任务六任务七任务八任务九任务十比例5%15%10%10%20%20%10%10%过程考核任务分值表考核方法考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核序号考核内容评分标准权重90-10080-8970-7960-69《59单项成绩1态度15%出勤；积极组织并参与出勤；积极参与出勤；参与请假；参与旷课；基本不参与2任务单质量30%准确；条理清晰；版面清楚基本准确；版面清楚基本准确；准确率低；版面清楚准确率低；版面不清楚3回答问题15%准确；简明扼要准确基本准确；答到基本内容回答错误或不回答4资料查阅能力15%能迅速准确查到所需资料与数据能准确查到所需资料与数据基本能查到所需资料与数据能查阅简单资料不能查资料5PPT制作与语言表达汇报能力15%条理清楚，言简意明，普通话好条理清楚，言简意明，能表达清楚想要说明的内容能基本表达想要说明的内容不能表达清楚想要说明的内容6团队合作意识，遵守纪律10%能渗透到学习、训练环节能较好地在学习、训练环节中体现基本能体现在学习、训练环节团队合作意识薄弱无团队合作精神合计总分

任务一完成情况考核评分表

项目号__________班组号_______姓名___________序号考核内容评分标准权重90-10080-8970-7960任务一认识化工传热过程任务1-1了解传热在化工生产中的应用任务1-2认识工业上常见的换热方式任务1-3认识各类型化工设备的结构及其优、缺点任务一认识化工传热过程任务1-1了解传热在化工生产中布置任务：自己选择某一化工产品，通过查阅资料得出此产品生产工艺流程，要求流程中包括一种或多种换热器，并指出换热器在此流程中的作用及其换热方式，并做成PPT形式进行汇报。布置任务：理论知识准备一.查阅资料的方法二.传热的基本概念三.传热在化工生产中的应用四.工业上常见的换热方式五.热量传递的基本方式六.传热设备的分类七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点理论知识准备一.查阅资料的方法一.查阅资料的方法一.查阅资料的方法二.传热的基本概念传热就是指热量传递,又称热传递。由热力学第二定律可知：凡是存在温度差的地方就有热量传递。二.传热的基本概念传热就是指热量传递,又称热传递。由热力三.传热在化工生产中的应用1.化学反应中的传热

2.化工单元操作中的传热3.化工生产中热能的合理利用和余热的回收

4.减少设备的热量（或冷量）的损失

化工生产对传热过程的要求：强化传热和消弱传热

稳定传热和不稳定传热三.传热在化工生产中的应用1.化学反应中的传热四.工业上常见的换热方式1.直接接触式换热（又称为混合式换热）

——直接接触式换热器2.蓄热式换热——蓄热式换热器3.间壁式换热——间壁式换热器四.工业上常见的换热方式1.直接接触式换热（又称为混合式换五.热量传递的基本方式1.热传导机理：又称导热，由于物质的分子、原子或自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。热传导的条件是系统内存在温度差。特点：热传导过程中，没有物质的宏观位移。热传导不能在真空中进行。典型的热传导发生在固体中。五.热量传递的基本方式1.热传导2.热对流机理：又称给热，是指流体内部质点发生相对位移而引起的热量传递特点：只发生在流体中。对流中伴随着热传导。分类：根据引起流体质点相对运动的原因不同，又可分为强制对流和自然对流。流体在发生强制对流时，往往伴随着自然对流。2.热对流分类：根据引起流体质点相对运动的原因不同，又可分为3、辐射机理：因热的原因发出辐射能并在周围空间传播而引起的传热。以电磁波的方式传递热能。特点：不需任何媒介。在真空中也可以传播。不仅是能量的转移，而且还伴随着能量的转换。说明：只有高温下物体之间的温度差很大时，辐射才成为只要的传热方式。3、辐射六.传热设备的分类间壁式换热器管式换热器板式换热器套管换热器蛇管换热器夹套换热器平板式换热器螺旋板式换热器板翅式换热器列管换热器热板式式换热器六.传热设备的分类间壁式换热器管式换热器板式换热器套管换热七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点套管式换热器基本传热元：由传热管和同心的外壳套管所组成。U形肘管七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点套管式换热器基本传热套管式换热器特点：（1）结构简单，加工方便。（2）适当地选择内、外管径，可使两种流体都达到较高的流速，从而提高传热系数。（3）内外管直径都较小，可用于高温、高压场合。（4）两种流体可以做严格的逆流流动，平均温差也为最大。（5）接头较多，容易发生泄漏，单位长度传热面积较较小，金属消耗量大；结构不紧凑，占地较大。套管式换热器特点：（1）结构简单，加工方便。（2）适当地选择蛇管换热器蛇管换热器名称结构特点应用沉浸式蛇管换热器以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉浸在容器内的液体中。管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热。结构简单、造价低廉、便于防腐、能承受高压。为提高传热效果，常需加搅拌装置。喷淋式蛇管换热器各排蛇管均垂直地固定在支架上，冷却水由蛇管上方的喷淋装置均匀地喷洒在各排蛇管上，并沿着管外表面淋下优点是检修清洗方便、传热效果好，蛇管的排数根据所需传热面积定。缺点是体积庞大，占地面积多；冷却水耗用量较大，喷淋不均匀。置于室外通风处，常用于冷却管内热流体。名称结构特点应用沉浸以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉列管换热器固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式换热器釜式换热器翅片管式换热器套管式换热器管程壳程多管程多壳程列管换热器固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式固定管板式换热器固定管板式换热器优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗；缺点是壳程检修和清洗困难，且当壳体与换热管的温差较大（大于50℃）时产生的温差应力（又叫热应力）具有破坏性，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度限制不能太高。

适用于壳程流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗；适用于壳程流体清洁且不结浮头式换热器其结构特点是一端管板不与壳体固定连接，可以在壳体内自由沿管长方向浮动，该端称为浮头。浮头式换热器其结构特点是一端管板不与壳体固定连接，可以在壳体优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，消除了热应力；管束可以从管内抽出，便于管内和管间的清洗。缺点是结构复杂，加工困难，用材量大，造价高。应用十分广泛，适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束U形管式换热器其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端固定在同一管板的两侧，用隔板将风头分成两室。管束可以自由伸缩，解决了热补偿问题。U形管式换热器其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端优点是每根管子可以自由伸缩，不会产生热应力；结构简单，运行可靠，造价低；管间清洗较方便，适用于高温高压场合。缺点是U形管内清洗较困难；管板利用率低。适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场合优点是每根管子可以自由伸缩，不会产生热应力；结构简单，运行可结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端浮动管板与壳体之间采用填料函密封。优点:管束可自由伸缩，无温差应力，具有浮头式的优点且结构简单，造价低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗，维修方便。缺点是填料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏。填料函式换热器适用于管壳程温差较大或介质易结垢需要经常清洗且壳程压力不高的场合。结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端浮动管板与壳体之间采釜式换热器其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头式或U形管式。清洗方便，并能承受高温、高压。适用于液-气式换热（其中液体沸腾汽化），可作为简单的废热锅炉。釜式换热器其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定翅片管换热器其结构特点是在换热管的外表面或内表面或内外表面同时装有许多翅片。可增大传热面积，又可增强湍流程度，提高传热效率。重要的应用场合是空气冷却器。翅片管换热器其结构特点是在换热管的外表面或内表面或内外表面同由一个装在容器外部的夹套构成，在夹套和器壁间的空间加载热体，容器内的物料