文档介绍：单元操作和单元设备(二)
传热及换热器
一、概述
传热过程总是热量从温度高的物体传给温度低的物体,热量从热流体传给壁面,壁面再传给冷流体。
几乎所有的化工过程都伴有传热操作、进行传热的目的通常是:
a、加热或冷却,使物料达到指定的温度。
b、换热以回收热量或冷量
c、保温以减少热量或冷量的损失
化工生产中,绝大多数的工艺过程都有加热、蒸发、冷却和冷凝的过程,这些过程总称为换热过程。传热过程的进行需要一定的设备来完成,这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关,如反应过程中,有的要放热,有的要吸热,要维持反应的连续进行,就必须排除多余的热
量或补充所需的热量;工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用,以降低成本。以上这些与热量有关的过程都需要使用换热设备。
使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的,如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体,经过换热设备相互换热,既可回收热量,又可降低冷却水的消耗。
综上所述,换热设备是化工生产中不可缺少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
二、传热
1、传热的冷热流体的接触方式
冷、热流体的接触方式可分为三种基本方式,每种接触方式所使用到的换热设备结构也迥然不同。
a、直接接触式传热
b、间壁式传热
多数情况下。工艺上不允许冷热流体直接接触故直接接触式在工业上运用的不是很多,运用最多的是间壁式传热过程,如套管式、固定管板式等等
c、蓄热式传热
给热、传热?
2、载热体
将冷流体加热或热流体冷却,必须用一种流体供给或取走热量,此流体称作载热体。起加热作用的称作加热剂,起冷却作用的称作冷却剂
常见的有;
加热剂:热水、饱和蒸汽?、矿物油、熔盐等等
冷却剂:水、空气、冷冻盐水、制冷剂
3、传热过程的基本方程式
Q=K×A×Δt
式中:
Q——传热热量 K——传热系数 A——传热面积Δt——平均温差
h0、hi:管外、内传热膜系数
r0、ri:管外、内污垢热阻
d0、di:管外、内径
Dav:管平均直径
Rw:管壁热阻
λw:管材料热导率
Lw:壁厚
4、换热调节
Q=K×A×Δt
K:增大流量、除垢
A:设备定型,一般不调节;?
Δt:降低冷剂温度或升高热剂温度,并流改逆流,?
二、换热设备
换热设备的分类方法很多,现将几种常见的分类方法介绍如下:
1、按用途分类:分为热交换器、冷凝器、蒸发器、加热器及冷却器等五类。
1)热交换器:两种不同温度的介质进行热量交换,使一种介质降温而另一种介质升温,以满足各自的需要。
2)冷凝器:两种不同温度的介质进行热量交换,其中一种介质由汽态被冷凝成液态。
3)蒸发器:与冷凝器的操作刚好相反,两种介质中的一种介质由液体被蒸发成汽体。
4)加热器:只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。
5)冷却器:如果热量不回收利用,完成用冷却剂(如水、空气)来冷却另外一种介质的操作的换热器称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为空气冷却器,简称空冷器。
2、按材料分类:分为金属材料和非金属材料换热器。
3、按结构分类:分为管壳式换热器和板式换热器。
1)管壳式换热器:特点是圆形的外壳中装有管束。一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分(称为壳程)。它可分为:浮头式换热器、U型管式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。
2)板式换热器:它是由压成各种形状的薄板组成传热面的,冷、热两种介质分别在相邻两板之间流动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。
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