文档介绍：《化工单元操作》教学课件
制作:何灏彦
模块二传热
任务一了解传热过程及其应用
一、传热在化工生产中的应用
根据热力学第二定律可知,热量总是自动地从温度较高的物体传给温度较低的物体。
①为化学反应创造必要的条件
②为单元操作创造必要的条件
③提高热能的综合利用率
④隔热与节能
二、传热过程的类型
化工生产过程中对传热的要求可分为两种情况:一是强化传热,如各种换热设备中的传热,要求传热速率快,传热效果好。另一种是削弱传热,如设备和管道的保温,要求传热速率慢,以减少热量(或冷量)的损失。
化工传热过程既可连续进行也可间歇进行。
若传热系统(例如换热器)中的温度仅与位置有关而与时间无关,此种传热称为稳态传热,其特点是系统中不积累能量(即输入的热量等于输出的热量),传热速率(单位时间传递的热量)为常数。若传热系统中各点的温度既与位置有关又与时间有关,此种传热称为非稳态传热,间歇生产过程中的传热和连续生产过程中的开、停车阶段的传热一般属于不稳定传热。化工生产中的传热大多可视为稳态传热,因此,本模块只讨论稳态传热。
三、载热体及其选择
参与换热的流体称为载热体。
热流体-----冷流体;加热剂、冷却剂(或冷凝剂)
1. 载热体的选用原则
①载热体应能满足所要求达到的温度。
②载热体的温度调节应方便。
③载热体的比热容或潜热应较大。
④载热体应具有化学稳定性,使用过程中不会分解或变质。
⑤为了操作安全起见,载热体应无毒或毒性较小,不易燃易爆,对设备腐蚀性小。
⑥价格低廉,来源广泛。
2. 常用加热剂和冷却剂
工业中常用的加热剂有热水(40~100℃)、饱和水蒸气(100~180℃)、矿物油(180~250℃)、导生油(联苯或二苯醚的混合物)(255~380℃)、熔盐(142~530℃)、烟道气(500~1000℃)等,除此外还可用电来加热。
当要求温度小于180℃时,常用饱和水蒸汽作加热剂。其优点是饱和水蒸汽的压强和温度一一对应,调节其压强就可以控制加热温度,使用方便;饱和水蒸汽冷凝放出潜热,潜热远大于显热,因此所需的蒸汽量小;蒸汽冷凝时的膜系数很大,对流传热的阻力小;价廉、无毒、无失火危险。其缺点是饱和水蒸汽冷凝传热能达到的温度受压强的限制,不能太高(一般<180℃)。
常用的冷却剂有水(20~30℃)、空气、冷冻盐水、液氨(-℃)等。水的来源广泛,热容量大,应用最为普遍。
四、传热的基本方式
(一) 传导传热
1、定义
传导传热又称热传导或导热,是由于物质的分子、原子或电子的运动或振动,而将热量从物体内高温处向低温处传递的过程。
2、机理
在气体中,热传导是由不规则的分子热运动引起的;在大部分液体和不良导体的固体中,热传导是由分子或晶格的振动传递动量来实现的;在金属固体中,热传导主要依靠自由电子的迁移来实现,因此,良好的导电体也是良好的导热体。
(二) 对流传热
1、定义
对流传热也叫热对流,是指流体中质点发生宏观位移而引起的热量传递。
2、机理
热对流仅发生在流体中。由于引起流体质点宏观位移的原因不同,对流又可分为强制对流和自然对流。由于外力(泵、风机、搅拌器等作用)而引起的质点运动,称为强制对流。由于流体内部各部分温度不同而产生密度的差异,造成流体质点相对运动,称为自然对流。
结论:强制对流 PK 自然对流(?)
(三)热辐射
1、定义
因热的原因物体发出辐射能的过程,称为热辐射。它是一种通过电磁波传递能量的方式。
2、机理
物体将热能转变成辐射能,以电磁波的形式在空中进行传送,当遇到另一个能吸收辐射能的物体时,即被其部分或全部吸收并转变为热能。
热辐射不需要任何媒介,换言之,可以在真空中传播。
只有物体温度较高时,辐射传热才能成为主要的传热方式。
注意:传热过程往往不是以某种传热方式单独出现,而是两种或三种传热方式的组合。
任务二认知传热设备
一、换热器的分类
(一) 按作用原理分类
1. 直接接触式换热器
两流体直接混合进行的换热。
结构简单,传热效率高,适用于两流体允许混合的场合。