化工传热过程与控制点评课件

《化工传热过程与控制》点评课件刘媛化学工程技术系.2011年9月

1发酵车间乙醇-水精馏塔顶产品冷凝

1.1乙醇-水精馏塔顶产品冷凝初步方案的制定

项目背景：常州海天化工股份有限公司发酵车间采用薯类与谷类原料进行发酵。发酵法制乙醇是一个很复杂的生化过程，发酵在密封的发酵罐中进行产生的CO2的纯度达99%～99.5%以上，其余为气态杂质，组分(以CO2质量为基准)为：乙醇0.4～0.8%，酯类0.03～0.4%，酸类0.08～0.09%。成熟发酵罐中的乙醇必须经过初馏、精馏和除杂才能得到合格的乙醇。该车间有以下技改项目：将粗乙醇（初馏塔出来的浓度较低的乙醇-水溶液），再进行精馏获得合格产品（浓度较高的乙醇溶液）的过程中，对该精馏塔顶冷凝器进行设计并实施操作。由化工1011生产班组负责该项目的设计与运行控制。精馏塔顶产品为含乙醇95%（质量百分含量）的饱和蒸汽，处理量为6～8万吨/年，要求全部冷凝（冷凝为饱和液体）。本次课工作任务描述：确定精馏塔顶产品的冷凝方法、换热器类型选用冷却介质确定冷热流体的流通空间合理选用温度测量仪表编制乙醇-水精馏塔顶产品冷凝的初步方案

资讯：1、乙醇-水精馏流程2、传热的基本方式、原理；工业换热方式及适用场合3、换热器的类型、结构、适用场合4、加热、冷却介质的类型及适用场合5、冷热流体的流动空间选择6、温度测量仪表分类及适用场合形成初步方案：1、乙醇-水精馏塔顶产品冷凝选用的传热方式2、传热设备3、冷却介质、冷热介质的流通空间资讯与计划1、乙醇-水精馏塔顶产品冷凝选用的传热方式2、传热设备3、冷却介质、冷热介质的流通空间组间互评：1、乙醇-水精馏塔顶产品冷凝选用的传热方式2、传热设备3、冷却介质、冷热介质的流通空间汇报基本内容点评一：传热技术、分类、原理及其适用范围归纳、点评、梳理传热概述一、传热在化工生产中的应用1、为化学反应创造必要的条件：氨的合成反应（479oC)2、为单元操作创造必要的条件：蒸发、干燥等3、提高热能的综合利用和余热的回收4、减少设备的热量（冷量）损失二、热量传递的原因：温度差三、热量传递的方向：总是自发的从高温物体传向低温物体传热的基本方式热传导（导热）热对流（对流）热辐射一、热传导物体各部分之间不发生相对位移分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动必要条件是系统两部分之间存在温度差。热传导在固体、液体和气体中均可进行，但导热的微观机理因物态而异。传热二、热对流定义：物体内部（系统内）各部分之间发生相对位移，冷热流体质点互相掺混，所引起的热量传递叫热对流，简称对流。对流过程中伴随有热传导。（有温度差存在就有热传导）给热过程：一方面是由于温度差而造成的热传导；另一方面是流体质点的迁移。三、热辐射（可在真空中进行）任何物体,只要其绝对温度不为零度(0K),都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量,同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能,当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时,该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。工业换热器的类型——间壁式1、间壁式换热冷热流体被一固体壁面隔开，以免相混，传热时热流体将热量传给设备壁面，再由壁面传给冷流体。冷流体t1t2热流体T1T2（1）套管换热器（2）列管换热器工业换热器的类型3、蓄热式换热

优点：结构较简单耐高温缺点：设备体积大有一定程度的混合低温流体高温流体2、混合式换热

冷热流体直接接触，在混合过程中进行传热点评二：传热设备——换热器（一）按换热器的用途分类加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸器、冷却器、冷凝器（二）按换热器传热面形状和结构分类管式换热器、板式换热器、特殊形式换热器（三）按换热器所用材料分类金属材料换热器、非金属材料换热器换热器的分类间壁式换热器一、夹套换热器二、蛇管换热器1.沉浸式2.喷淋式优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外比沉浸式大。

缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。观看录象三、套管换热器四、列管换热器列管换热器的结构、各种列管换热器多管程：增大管内流体u，提高管内的。加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的。1.固定管板式特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。2.浮头式特点：可完全消除热应力,便于清洗和检修,结构复杂3.U型管式特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。新型的换热器一、平板式换热器优点：传热效率高，K大结构紧凑，操作灵活，安装检修方便缺点：耐温、耐压差易渗漏，处理量小二、螺旋板式换热器优点：传热效率高不易堵塞结构紧凑，成本较低缺点：压力、温度不能太高难以维修三、翅片管换热器特点：增加A，增强管外流体的湍流来提高。重要的应用场合：空气冷却器

管外加翅片，大大改善了空气侧的传热效果。点评三：加热剂及冷却剂的选用热载体及其选择加热剂：1、热水、饱和水蒸气（<180oC）2、矿物油加热（180oC~250oC）3、导升油加热（250oC~380oC）4、超过380oC，选用无机熔盐加热5、温度为500oC~1000oC，烟道气加热冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等冷却温度15C

~30C水冷却温度低于10oC（5oC~10oC）冷冻盐水点评四：流通空间的选择原则1发酵车间乙醇-水精馏塔顶产品冷凝

1.2乙醇-水精馏塔顶产品冷凝工艺条件的确定（1）确定冷却剂用量、冷热流体进出口温度1、确定热负荷;2、确定冷却剂用量;3、确定冷热流体的进出口温度及传热平均温度差本次课工作任务描述：资讯：1、换热器选型计算的步骤2、热负荷的确定与计算方法3、传热平均温度差的计算形成初步方案：资讯与计划1、热负荷的计算2、冷热流体的进出口温度3、传热平均温度差的计算组间互评：汇报基本内容1、热负荷的计算2、冷热流体的进出口温度3、传热平均温度差的计算1、热负荷的计算2、冷热流体的进出口温度3、传热平均温度差的计算点评一：换热器的热负荷确定及冷却水用量计算归纳、点评、梳理传热基本方程1、传热速率与热通量传热速率：单位时间内通过传热面传递的热量，用Q表示，单位为w热通量：单位传热面积，单位时间内传递的热量，用q表示，单位为w/m22、传热基本方程间壁式换热器的传热速率与换热器的传热面积、传热推动力等有关。由于在换热器中，流体的进、出口温度会发生变化，也即温度差随位置的不同而变化。为简化计算，传热推动力应采用整个换热器中热、冷流体温度差的平均值，称为传热平均推动力或传热平均温度差，以Δtm表示。传热基本方程式中K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)；

Q──传热速率，W或J/s；

A──总传热面积，m2；

tm──传热平均温差，℃或K。总传热速率方程：式中A──总传热面积，m2。一、热负荷（一）热负荷与传热速率间的关系热负荷Q’：为了达到一定的换热目的，要求换热器在单位时间内传递的热量称为换热器的热负荷，单位J/s或W，由工艺和生产任务决定。传热速率Q：换热器单位时间能够传递的热量，是换热器的生产能力，由换热器的自身性能决定，单位J/s或W。为确保换热器能完成传热任务，必须有：换热器的传热速率须大于至少等于其热负荷Q’传热速率与热负荷（二）热量衡算与热负荷的确定1、热量衡算2、热负荷的确定（1）当换热器保温性能良好，热损失可忽略不计此时热负荷取Q热或者Q冷均可。（2）当换热器的热损失不能忽略，则换热器的热负荷取管程流体的传热量。传热速率与热负荷传热速率与热负荷二、传热量的计算1、焓差法Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1)式中：Q——换热器的热负荷，KJ/h或Kw；

W——流体的质量流量，kg/h；H——单位质量流体的焓，KJ/kg；

h——热流体；

C——冷流体；1——进口；2——出口；焓值基准规定：液体在0℃时的焓值规定为0KJ/kg；气体在0℃时的焓值规定为0KJ/kg；蒸汽在0℃时液体的焓值规定为0KJ/kg2、显热法：（又称温差法，用于两流体无相变化）Q=WhCph=(T1-T2)=WcCpc(t2-t1)Cp——流体的平均定压比热容，KJ/(kg.℃)；T——热流体的温度，℃；t——冷流体的温度，℃。3、潜热法若流体在换热过程中仅仅发生恒温相变，其传热量可按下式计算：——冷、热流体的汽化潜热，KJ/kg结论：热负荷的计算结论：热负荷的计算点评二：冷热流体进出口温度的确定及传热平均温度差传热的平均温度差

一、恒温传热时的平均温度差

换热器的间壁两侧冷热流体均只发生恒温相变时，例如在蒸发器中，间壁的一侧，液体保持在恒定的沸腾温度t下蒸发，间壁的另一侧，加热用的饱和蒸气在一定的冷凝温度T下进行冷凝。则热流体温度T和冷流体温度t沿管壁始终保持不变，称为恒温传热，此时传热温度差（T-t）不变，即：

Δtm=T-t

传热过程中，冷热两流体中有一个或两个流体温度都有变化时，则称为变温传热。此时，Δtm取换热器两端冷热流体温度差的对数平均值，即二、变温传热时的平均温度差

Δt大，Δt小：换热器两端冷热流体温度差中的较大和较小值，oC。注：冷热两流体相互流动的方向不同，则对温度差的影响不同，分述如下。1、间壁两侧流体的相对流动方式

逆流和并流时的平均温度差在换热器中有所不同，冷、热两流体平行而同向流动，称为并流；两者平行而反向的流动，称为逆流。二、变温传热时的平均温度差

12并流12逆流错流1221折流二、变温传热时的平均温度差

1、一侧流体有相变时，流动方向对传热温度差无影响。2、两侧流体均无相变Δt大=T1-t2Δt小=T2-t1Δt大=T1-t1Δt小=T2-t2对于折流和错流，先按逆流Δtm的计算方法计算，再乘以温度差修正系数φΔt，即

Δtm=φΔt•Δtm逆φΔt根据R和P两个参数查图得二、变温传热时的平均温度差

注：φΔt均小于1，因此折流和错流的Δtm小于Δtm逆Δtm逆>Δtm错，折>

Δtm并，工程上多采用错流和折流操作。1发酵车间乙醇-水精馏塔顶产品冷凝

1.2乙醇-水精馏塔顶产品冷凝工艺条件的确定（2）本次课具体任务：初选所需换热器的面积以及换热器的型号

资讯：1、对流给热分析2、传热系数的计算3、换热器的型号参数及解读形成初步方案：资讯与计划初选换热器的型号组间互评：汇报基本内容初选换热器的型号初选换热器的型号点评一：对流给热过程的分析归纳、点评、梳理对流给热过程的分析一、对流给热过程的分析1、对流给热的概念对流给热是指流体内部（主体部分）的热对流和靠近壁面处的层流底层的热传导联合作用的结果。2、现象湍流状态下，流体主体中的质点能快速的混合，但靠近壁面处存在着一层作层流流动的层流底层，象薄膜一样盖住管壁。层流内层和湍流主体间存在着缓冲层（过渡区）。A1A2传热壁面热流体冷流体对流给热过程的分析Q温度传热方向主体过渡区过渡区主体层流在对流给热过程中，处于湍流主体的冷（热）流体，温度基本一致为t（T），经过过渡区后温度升高（降低）为t’（T’），经过层流内层，温度又升高（降低）为壁面处的tw（Tw），在壁面处进行一维定态导热过程。整个过程中，在冷热流体的湍流主体内，热量传递以对流为主，在缓冲层内，热传导和热对流都起着明显的作用，该层内发生较缓慢的温度变化。在层流内层，热量传递为热传导。这一层温差很大，从而传热阻力也最大。因此，对流给热的热阻主要集中在流体的层流内层，减薄层流内层的厚度是强化对流给热的主要途径。对流给热过程的分析二、牛顿冷却定律在对流传热过程中，湍流主体中传热速度极快，而过渡区及层流内层，热量传递主要靠传导进行，热阻主要集中在该区域，将此区域称为传热膜（传热有效膜），显然传热膜中的导热速率是对流传热速率的决定因素。由传热速率基本方程：

对流给热过程的分析对流给热速率可以写为下列形式（牛顿冷却定律）对流给热过程的分析α：对流传热膜系数或给热系数，W/m2K流体被壁面加热时：（假设冷流体在管外流动）式中Si

,S0──换热器的管内表面积和管外表面积，m2

；

i

，0

──换热器管内侧和管外侧流体的对流传热系数，W/(m2·℃)；Tw，tw

──热流体，冷流体侧壁温，℃；T，t──热、冷流体的主体温度，℃。流体被壁面冷却时：（假设热流体在管内流动）当时对流给热过程的分析因此：传热壁面的温度总是接近α较大侧流体的温度。牛顿冷却定律将复杂的对流传热问题的矛盾集中在α上，研究α的影响因素及其求取方法，成为解决问题的关键。对流给热过程的分析是对流传热热阻，K/W三、给热系数对流给热过程的分析物理意义：当传热面积为1m2，流体与壁面之间的平均温度差Δt为1oC时，在单位时间内流体与壁面之间所交换的热量。α越大，在相同的平均推动力下，交换的热量越多，即给热过程越强烈。气体的α值最小，载热体发生相变时的α值最大。一、流体流动产生的原因引起流体流动的原因：自然对流和强制对流。因此，对流给热可分为“强制对流给热”和“自然对流给热”。影响对流给热系数的主要因素强制对流给热：流体在泵或者风机等动力推动下，向某个方向流动而伴随的给热过程。自然对流给热：由于流体各部分温度不同而导致存在密度差，引起流体流动，此时伴随的给热过程。一般而言，强制对流给热的α较自然对流给热的大。影响对流给热系数的主要因素二、流体的物性影响α的物理性质有导热系数λ，比热容，粘度和密度等。对同种流体，这些物性又是温度的函数，有些还和压力有关。三、相变情况一般流体有相变时的α较无相变时的α大。四、流体的运动状态流体的Re越大，湍动程度越高，层流底层越薄，α越大，反之则越小。五、传热壁面的形状、位置及大小等传热壁面的形状（如：管内、管外、板、翅片）等传热壁面的方位、布置（如：水平、垂直、管束的排列方式等）。传热面的尺寸（如：管径、管长、板高）等都对α有直接影响。影响对流给热系数的主要因素流体在换热过程中发生相变的情况很多，但就其本质而言，无非是两种情况，一种是液体的沸腾汽化，一种是蒸汽的冷凝给热。一、蒸汽的冷凝给热（一）蒸汽冷凝的两种方式1、膜状冷凝流体有相变时对流给热现象：蒸汽遇到温度较低的壁面，将放出潜热，冷凝成为液体，若壁面能够被冷凝液体润湿，则冷凝液在壁面上形成一层完整的液膜，这种冷凝称为膜状冷凝。随着冷凝过程的进行，冷凝液膜不断增厚，达到一定的厚度以后，冷凝液将沿壁面流下或者坠落，但是在壁面上仍然保持着一层完整的液膜，在膜状冷凝过程中，蒸汽实际是在液膜表面发生冷凝，放出的热量通过液膜传递给壁面，由于液体的热导率不大，因此液膜几乎集中了冷凝给热过程的全部热阻，所以壁面上冷凝液膜越厚，则热阻越大，冷凝给热系数就越小。膜状冷凝给热系数主要取决于冷凝液的性质和温度。流体有相变时对流给热2、滴状冷凝冷凝液不能全部润湿壁面，在表面张力的作用下，冷凝液在壁面上集聚为许多液滴并随机地沿壁面落下，此种冷凝称为滴状冷凝，随着冷凝过程的进行，液滴逐渐增大，至一定程度以后从壁面落下，使得壁面重新露出，可供再次形成液滴。因此滴状冷凝时，蒸汽不必通过液膜的附加热阻，而直接在传热壁面上冷凝，它的给热系数远比膜状冷凝时的大，大几倍甚至几十倍。流体有相变时对流给热(二）膜状冷凝的准数关联式在实际操作过程中，要保持滴状冷凝是很困难的。即使在开始阶段为滴状冷凝，但经过一段时间后，由于液珠的聚集，大部分都要变成膜状冷凝。为了保持滴状冷凝，可采用各种不同的壁面涂层和蒸汽添加剂，但这些方法还处于研究和实验中。故在冷凝计算时，为安全起见，一般按膜状冷凝来处理。1、影响冷凝传热的因素（为减小冷凝液膜的厚度，通常采用立式设备）（1）流体的物性，密度，粘度，导热系数及汽化潜热等。流体有相变时对流给热（2）蒸汽中不凝气体的含量：若蒸汽中含有空气或其他不凝气体，由于气体的导热系数小，气体聚集成薄膜附着在壁面后，将大大降低传热效果。研究表明，当蒸汽中含有1%的不凝气体时，α将下降60%，所以在涉及相变传热的设备中通常安装有排除不凝气体的阀门。（3）蒸汽的流速和流向：蒸汽运动会对液膜产生干扰，若蒸汽和液膜同向流动，将使液膜加速流动，厚度变薄，使α增大；若两者逆向流动，则α减小。但是当两者间的摩擦力超过液膜重力的时候，蒸汽会将液膜吹离壁面，此时随着蒸汽速度的增加反而会使α增大。流体有相变时对流给热二、液体沸腾过程的给热（一）定义沸腾给热是指将液体加热到操作条件下的饱和温度时，整个液体内部都将会有气泡产生，这种现象称为液体沸腾。发生在沸腾液体与固体壁面之间的传热称为沸腾对流传热，简称沸腾给热。工业上液体沸腾的方法主要有两种。一种是将加热壁面浸没在液体中，液体在壁面处受热沸腾，称为池内沸腾（大容积沸腾），另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾，本节主要讨论池内沸腾。流体有相变时对流给热流体有相变时对流给热左图为实验得到的常压下水的沸腾曲线，它表示了在池内沸腾时α与传热壁面和液体的温度差Δt之间的关系。（1）当Δt较小时，只有少量气泡产生，传热以自然对流为主，α和Q都比较小，如图中AB段。（2）随着温度差的增大，液体在传热壁面受热后生成的气泡自然对流ACDBE数量增加很快，并在向上浮动中，对液体产生剧烈的扰动，因此α上升很快，这个阶段称为泡核沸腾，如图中BC段。由于泡核沸腾的α比膜状沸腾的大，所以工业上总是设法控制在泡核沸腾下操作。（二）影响沸腾传热的因素（1）液体的性质：导热系数，密度，粘度，表面张力

λ，ρ

αμ，表面张力σ

α

（2）温度差（3）操作压力增加，可以提高液体的汽化温度，使液体的μ，表面张力σ

，从而使α增加。（4）壁面状况。新的或洁净的壁面，α较大，若壁面被油脂等玷污，α减小，壁面越粗糙，越有利于沸腾传热。流体有相变时对流给热点评二：传热系数的计算归纳、点评、梳理传热系数K值的计算由传热基本方程可以得到传热系数K在数值上等于单位传热面积、传热平均温度温度差为1K时，换热器的传热速率。传热系数的大小是衡量换热器工作效率的重要参数，受到流体性质、传热过程的操作条件及换热器的类型等影响。一、光壁管传热系数的计算传热系数K值的计算twTw对流对流导热冷流体热流体tTQ在定态传热情况下，热流体通过间壁将热量传递给冷流体的过程是由给热——导热——给热三个步骤组合而成的串联传热过程。热流体主体的平均温度为T，冷流体主体的平均温度为t，间壁两侧的壁温分别为Tw和tw。换热管的内、外及平均面积分别以Si、S0、Sm表示，管内外流体的给热系数分别为αi和α0。管壁厚度δ，管壁材料的热导率为λ。假设热流体走管程，冷流体走壳程，则串联传热过程中的三个分过程的传热速率表达式为：传热系数K值的计算（I）（II）（III）对于定态传热有：Q=Q1=Q2=Q3上式为计算K值的基本公式。计算时，等式左边的传热面积S可分别选择Si、S0、Sm，但传热系数K必须与所选传热面积相对应即分别为Ki、K0、Km。若以换热管外表面积S0为计算基准，可得传热系数K值的计算因此（A）管内径为di，外径为d0，平均直径为dm，则传热系数K值的计算因此同理*传热系数必须与传热基准面积相对应。工程上习惯以管外表面积为计算基准，在无特殊说明时，传热系数均指K0。二、污垢热阻新换热器运行一段时间以后，在换热管的内外两侧都会有不同程度的污垢沉积。此时必须附加污垢热阻传热系数K值的计算当使用金属薄壁管时，管壁热阻可以忽略，若为清洁流体，污垢热阻可以忽略，所以当传热面为平壁或薄管壁时，其S0=Si=Sm，所以传热系数K值的计算上式中若αi>>α0，则K=α0，若α0>>αi，则K=α0因此，总热阻由热阻大的一侧流体给热所控制，因此要提高传热系数K关键在于减小关键热阻。（一）增大传热面积（二）提高传热推动力（三）提高传热系数强化传热途径一、增大tm提高加热剂T1的温度或降低冷却剂t1的温度两侧变温情况下，尽量采用逆流流动为了增强传热效率，可采取tm、A或V、K。二、增大A或V直接接触传热，可增大A和湍动程度，使Q传热过程的强化途径采用高效新型换热器改进传热面结构入手来增大A和湍动程度，使Q(a)光直翅片

(b)锯齿翅片

(c)多孔翅片传热过程的强化途径三、增大K尽可能利用有相变的热载体（大）用大的热载体，如液体金属Na等减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻提高较小一侧有效提高的方法(无相变)：增大流速管内加扰流元件改变传热面形状和增加粗糙度点评三：换热器选型计算步骤及换热器的型号解读归纳、点评、梳理列管换热器的选型设计（一）选型设计时应考虑的问题1、加热剂或冷却剂的选择能量综合利用的原则，提高经济效益的原则。2、加热剂或冷却剂进出口温度的确定方法3、流动空间的选择4、列管类型的选择5、单程与多程6、管子规格7、流体通过换热器的流动阻力（压力降）的计算（二）选型设计的一般步骤1.根据工艺任务，计算热负荷2.计算tm3.依据经验选取K，估算A4.确定冷热流体流经管程或壳程，选定u先按单壳程多管程的计算，如果<0.8，应增加壳程数；由u和V估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的A，估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器。列管换热器的选型设计5.核算K分别计算管程和壳程的，确定垢阻，求出K，并与估算的K进行比较。如果相差较多，应重新估算。6.计算A根据计算的K和tm，计算A，并与选定的换热器A相比，应有10%~25%的裕量。列管换热器的选型设计列管换热器的型号解读参见图1-38结论——初选换热器型号结论——初选换热器型号1发酵车间乙醇-水精馏塔顶产品冷凝

1.2乙醇-水精馏塔顶产品冷凝工艺条件的确定（3）本次课具体任务：管壳程阻力与传热系数的核算，最终确定所需的换热器型号；冷凝器进口蒸汽管路保温层的设计资讯：1、换热器选型计算中管壳程阻力及传热系数的校核2、热传导的基本定律3、保温层的选择与设计计算形成初步方案：资讯与计划换热器的型号、蒸汽管路的保温材料及厚度组间互评：汇报基本内容换热器的型号、蒸汽管路的保温材料及厚度换热器的型号、蒸汽管路的保温材料及厚度点评一：对初选换热器型号进行阻力核算和传热系数的校核归纳、点评、梳理点评二：热传导过程的傅立叶定律归纳、点评、梳理傅立叶定律和热传导一、傅立叶定律t1t2δtxdxdtQ在一个均匀的物体内，热量以热传导方式沿单方向x通过物体。取热传递方向的微分长度dx，其温度变化为dt，在稳定导热时，单位时间的导热量Q与导热面积S，温度梯度dt/dx成正比。引入比例系数λ，得其中：Q：导热速率，W；S：导热面积，m2；λ：热导率，W/（moC）；dt/dx：温度梯度，oC/m（温度梯度的方向总是指向温度增加的方向）q：热通量，W/m2二、热导率及其影响因素1、固体的导热系数（热导率）所有物体中固体的热导率最大，固体中纯金属的热导率最大，而纯金属中银的热导率最大。λ（纯金属）>λ（合金），λ（金属）>λ（非金属）需要导热性能良好的场合选用λ大的材料。傅立叶定律和热传导非金属傅立叶定律和热传导非均质建筑材料保温材料为多孔性物质是良好的绝热体，保温性能良好均质（玻璃）t，λ（金属）；t，λ（非金属）2、液体的导热系数λ傅立叶定律和热传导液体金属液体非金属液体

λ（金属液体）>λ（非金属液体）非金属液体中，水的λ最大，并且t，λ水

、λ甘油；其他液体的λt，金属液体的λ3、气体的导热系数气体的导热系数最小，适合用于保温场合，如双层窗。傅立叶定律和热传导平壁一维定态热传导t1t2δtxdxdtQ单层平壁的热传导二、多层平壁的热传导平壁一维定态热传导t1t2b1tb2b3t2t4t3因为是稳态过程，所以通过每一层的Q相等Q推广至n层：

平壁一维定态热传导因为一、单层圆筒壁导热圆筒壁定态热传导二、多层圆筒壁定态导热圆筒壁定态热传导点评三：保温过程的分析与计算归纳、点评、梳理设备和管道的热损失化工生产中，许多设备和管道的外壁温度往往高于或低于周围环境温度，所以热(冷)量将由壁面(一般指保温层外壁面)以对流和辐射两种方式向周围环境散失。这部分散失于环境的热量，称为设备和管道的热损失。QT＝QC+QR＝(αC+αR)Sw

(Tw－Tf)

＝αT

Sw(Tw－Tf)

设备和管道的绝热保温在设备的外壁包上一层热导率较小的绝热材料，用于增加热阻，减少设备外壁面上与周围环境的热交换。（1）保温层结构及基本要求通常采用的保温结构由保温层和保护层构成。如图所示。保温层由石棉、蛭石、膨胀珍珠岩、超细玻璃棉、海泡石等热导率较小的物质和制品构成，在它们的外面，再覆以铁丝网加油毛毡、玻璃布或石棉水泥混浆，即构成保护层。保护层的作用是为了防止外部的雨水及水汽进入保温层内，以避免保温材料变软、腐烂而失去保温作用，具有固定、防护、美观等作用。保冷时还需在保护层的内侧加防潮层。图

保温层结构示意图1—金属丝网；2—保温层；3—金属薄板；4—箍带；5—铁丝；6—绝热层

有的保温结构中还装有伴热管，如图所示。伴热管是在对保温条件要求较高时使用，在主管的管壁旁加设1～2根伴热管，内通蒸汽，在保温时将主管和伴热管一起包住。图

伴热管1—绝热层；2—薄铝片；3—保护层；4—间隙；5—主管道；6—蒸汽伴热管工业上对保温材料的要求工业上在选择保温材料时，对其的性能与结构要求如下。①热导率低②材料密度合适③有足够的机械强度④吸水率小⑤使用温度能满足工艺要求⑥化学稳定性好。⑦结构简单，材料消耗量小，价格低廉、施工方便。绝热保温层厚度的确定保温层厚度δ＝(Do－Di)/2。在上述公式中，被保温管路的直径（Di）和温度（T0）是已知的。当工作状况和环境一定时，αT可以通过有关公式计算确定；而当选择的保温材料确定后，其在平均温度下的热导率λ也不难求出。因此，如果能够确定保温层的外壁温度Tw和周围环境的温度Tf，就可以计算出Do。结论——蒸汽冷凝管路保温层的材质与厚度设计点评一：温度测量仪表的