化工单元过程及操作第三章传热
化工过程设计 第三章 物料衡算与热量衡算(1)
各流股组份数一览表
HAC 24%
11 循环流 进料 HAC 30％ H2O 69.8% H2SO4 0.2% 萃 取 塔 4
流股号 1 2 3
组份数 3 3 3 4 2 2 2 2
1
2
12
3
混合器1
4
5 6 7 8 9 10 11 12
E 7% HAC H2O H2SO4 混合器2
溶 剂 回 收 塔
7（2） E 99% H2O 1％
附加关系式数
自由度
9（4）
（2）溶剂提馏塔及整体的自由度分析
11（2） 循环流
HAC 24%
进料 HAC 30％ 1（3） H2O 69.8% H2SO4 0.2% 混合器1 2（3）
萃 取 塔
3（3） 12（2） 溶 剂 回 收 塔 产品流 HAC 99% H2O 1% 产 品 精 馏 塔
独立MB方程数
已知流股变量数 已知其它关系式数 自由度 2、具体MB计算（略）
在开始下一节讲授之前，大家先考虑一个精馏塔的MB问题。 例题：有人提出了一个无反应的单精馏塔流程的方案，试做其MB计算:
100 C3 i-C4 i-C5 C5 kmol/h 0.20 0.30 0.20 0.30
2 1 精 馏 塔 3
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
一、化工流程（过程）中MB、HB、EB三者之间的关系 1、MB与HB之间的关系 MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解； HB一般不能单独求解； （间壁式换热器除外） 当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。 2、EB与HB之间的关系 流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热 焓，而忽略其动能、势能等机械能，在这种情况下：
化工原理---传热.第三讲-2016.5.12 (1)
并流，可降低该处壁温，延长换热器使用寿命。 34
小结
LMTD法------对数平均温差法
Q KStm
Q qm,hcp,h T1 T2 Q qm,ccp,c t2 t1
1 Ko
1
o
Rso
bdo
dm
Rsi
15
2. 总传热系数
当两侧对流传热系数相差较大时，K近似等
于 i ,o 中小者。
欲提高K值，强化传热，最有效的办法是减
小控制热阻。
有人曾作过实验,数据如下:
0(w/m2.K) i(w/m2.K) K(w/m2.K)
5000
40
39.7
10000 40
39.8
5000
80
78.8
例5-5？
16
2. 总传热系数
2）K的实验查定
Q KStm
3）总传热系数的经验值 在有关传热手册和专著中载有某些情况下
K 的经验数值，可供设计参考。
17
列管换热器总传热系数K的经验数据
流体种类
水—气体 水—水 水—煤油 水—有机溶剂 气体—气体 饱和水蒸气—水 饱和水蒸气—气体 饱和水蒸气—油 饱和水蒸气—沸腾油
dQ
w
w
w
w
T t
1
b
1
1
b
1
dS dS dS
ii
m
oo
dS dS dS
ii
m
oo
上式两边均除以 dSO
dQ
T t
dS o
化工原理(传热)
化工原理（传热）传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热就必定从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。
不管在能源、宇航、化工、动力、冶金、机械、建筑等工业部门，依旧在农业、环境爱护等其他部门中都涉及到许多有关传热的咨询题。
应予指出，热力学和传热学两门学科既有区别又有联系。
热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平稳状态，确定系统由一种平稳状态变到另一种平稳状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此能够认为传热学是热力学的扩展。
热力学（能量守恒定律）和传热学（传热速宰方程）两者的结合，才可能解决传热咨询题：化学工业与传热的关系尤为紧密；这是因为化工生产中的专门多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却。
例如：①化学反应通常要在一定的温度下进行，为了达到并保持一定的温度，就需要向反应器输入或从它输出热；②在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热：③化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收等都涉及传热的咨询题。
由此可见，传热过程普遍地存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情形：一种是强化传热过程，如各种换热设备中的传热；②另一种是削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热缺失。
为此必须把握传热的共同规律。
本章讨论的重点是传热的差不多原理及其在化工中的应用4．1．1 传热的差不多方式按照传热机理的不同，热传递有三种差不多方式：传导、对流和热辐射传热能够靠其中的一种方式或几种方式同时进行。
1．热传导（又称导热）若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（又称导热）。
热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，现在热量将从高温部分传向低温部分，或从高温物体传向与它接触的低温物体，直至整个物体的各部分温度相等为止。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。
因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。
传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。
传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。
传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。
换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。
蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。
而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。
热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。
对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。
而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。
通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
《化工设备使用与维护》第三章 换热设备的使用与维护
第三章换热设备的使用与维护第一节换热设备工作过程及类型第二节换热设备的结构第三节换热设备的使用与维护第一节换热设备工作过程及类型一、换热设备工作过程(一)热量的传递方式①传导传热②对流传热③辐射传热（二）换热设备的换热过程传热过程可分为三步，①热流体将热量传给固体壁面（对流传热）②热量从壁的热侧传到冷侧（热传导）③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。
提高传热速率的方法：①增大传热面积（翅片管、波纹管等）②提高传热系数（增加流速、选择相变温度、选择导热性能好的材料作为换热元件等）③增大冷热流体的温度差（冷热流体逆流等）二、换热设备的类型（一）按用途分类①冷却器：用水或其它冷却介质冷却液体或气体。
②冷凝器：冷凝蒸气或混合蒸气。
③加热器：用蒸汽或其他高温载热体来加热工艺介质，以提高其温度。
④换热器：在两个不同工艺介质之间进行显热交换，即在冷流体被加热的同时，热流体被冷却。
⑤再沸器：用蒸汽或其他高温介质将蒸馏塔底的物料加热至沸腾，以提供蒸馏时所需的热量。
⑥蒸气发生器：用燃料油或气的燃烧加热生产蒸气。
⑦过热器：将水蒸气或其他蒸气加热到饱和温度以上。
⑧废热锅炉：凡是利用生产过程中的废热来产生蒸气的统称为废热锅炉。
（二）按换热方式分类1、间壁式换热器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。
2、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。
3、蓄热式换热器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。
（三）按形状分类板面式：管壳式：固定管板式浮头式U形管式填料涵式釜式双套管式套管式蛇管式管式：板式螺旋板式板翅式伞板式板壳式（三）换热设备性能对比及选择1、换热器的基本要求①热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。
化工基础概论 第三章 传热与换热器
q
dQ dA
（3-1）
与热流量 Q 不同，热流密度与传热面积 A 大小无关，完全取决于冷、热流体之间 的热量传递过程，是反映具体传热过程速率大小的特征量。
2、换热器的热流量（Q）
对于定态(稳态)传热过程，热流密度不随时间而变，但沿着管长是变化的，因此 作为传热结果，冷、热流体的温度沿管长而变，冷、热流体的温差也必将发生 相应的变化。 设换热器的传热面积为 A ，由 q
3、蓄热式换热器
首先使热流体通过蓄热器中固体壁面，用热流体将固体填充物加热，然后停止 热流体，使冷流体通过固体表面，用固体填充物所积蓄的热量加热冷流体。这 样交替通过冷、热流体达到换热的目的。 为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取走热量，此流体称 为载热体。起加热作用的载热体称为加热剂；而起冷却作用的载热体称为冷却 剂。
2、间壁式传热
在多数情况下，工艺上不允许冷、热流体直接接触，因此直接接触式传热过程 在工业上并不很多。工业上应用最多的是间壁式传热过程。间壁式换热器类型 很多，其中最简单而又最典型的结构是套管换热器（图 3-2） 。在套管式换热器 中，冷热流体分别通过环隙和内管，热量自热流体传给冷流体，这种热量传递 过程包括三个步骤（图 3-3） ： a 热流体靠对流传热将热量 Q 传给金属壁一侧——给热； b 热量自管壁一侧以热传导的形式传至另一侧——导热； c 热量以对流传热形式从壁面传给冷流体——给热。 冷、热流体之间进行的热量传递总过程通常称为传热（或换热）过程，而将流 体与壁面之间的热量传递过程称为给热过程。
3.3 间壁式换热器的传热速率方程及应用
3.3.1 传热速率公式及应用
3.3.2 强化传热的途径
3.3.1 传热速率公式及应用
我们以简单的并流套管式换热器为例，来分析综合传热速率方程。确切的讲是 导热与给热的联合传热速率方程。 如图 3-4 所示，热流体走管内，冷流体走环隙通道。热、冷流体的质量流速分别 为 Gh 、 Gc kg s 1 ，热、冷流体的定压比容分别为 C ph 、 C pc J kg 1 K 1 。热流体 的进出口温度分别为 Ti 、 T0 ，冷流体的进出口温度分别为 t i 、 t0 。 在此种间壁式换热器中，热量传递要经历下列三个阶段：热流体对管内壁对流 给热；管壁面间的导热；管外壁对冷流体的对流给热。单一的导热定律与对流 给热定律，无法解决这个问题。另外，冷、热流体的温度差，沿轴向变化着， 但对任一管截面，冷热流体的温度差不随时间而变，所以仍然是稳定传热过程， 称为稳定的变温传热。此时，热推动力（温度差）和传热系数如何表达呢？
中职化工单元操作教案：热传导
稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场。
教法
不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度
教学设备
PPT
教学
环节
教学活动内容及组织过程
个案补充
教
学
内
容
一、温度场和等温面
温度场：某一时刻，物体（或；
x,y,z──某点的坐标；
──时间。
不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。
（2）液体
液体分为金属液体和非金属液体两类，金属液体导热系数较高，后者较低。而在非金属液体中，水的导热系数最大。
除水和甘油等少量液体物质外，绝大多数液体 ， （略微）。一般来说，纯液体的 大于溶液
板
书
设
计
教后札记
式中dQ──热传导速率，W或J/s；
dA──导热面积，m2；
t/n──温度梯度，℃/m或K/m；
──导热系数，表征材料导热性能的物性参数，越大，导热性能越好，W/(m·℃)或W/(m·K)。
3导热系数
导热系数定义由傅立叶定律给出：
物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位传热面积的热通量；导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量， ，导热性能越好。从强化传热来看，选用大的材料；相反要削弱传热，选用小的材料。
除水和甘油等少量液体物质外，绝大多数液体 ， （略微）。一般来说，纯液体的 大于溶液 。
（3）气体
气体，。在通常压力范围内，p对的影响一般不考虑。
气体不利用导热，但可用来保温或隔热。固体绝缘材料的导热系数之所以小，是因为其结构呈纤维状或多孔，其空隙率很大，孔隙中含有大量空气的缘故。
一般来说，(金属固体) > (非金属固体) > (液体) > (气体)。的大概范围：(金属固体101～102W/(m·K))、(建筑材料10-1～100W/(m·K))、(绝缘材料10-2～10-1W/(m·K))、(液体10-1W/(m·K))、(气体10-2～10-1W/(m·K))。
化工原理传热答案
化工原理传热答案传热是化工过程中非常重要的一个环节，它直接影响着生产效率和产品质量。
在化工原理中，传热的基本方式有三种，传导、对流和辐射。
在实际生产中，我们需要根据不同的情况选择合适的传热方式来实现最佳的传热效果。
本文将针对化工原理传热答案进行详细介绍。
首先，我们来谈谈传热的基本方式——传导。
传导是指热量通过物质内部的传递，其传热速度取决于物质的导热系数和温度梯度。
在化工生产中，我们常常会用到传导传热，比如在加热反应釜时，通过加热外壁来传导热量到反应液中，从而提高反应速率。
其次，对流传热是指热量通过流体的对流传递。
对流传热的速度受到流体的流动速度、流体性质和传热面积的影响。
在化工生产中，我们经常会利用对流传热来实现快速的热量传递，比如在换热器中，通过流体的对流传热来实现冷热介质之间的热量交换。
最后，辐射传热是指热量通过辐射波的传递。
辐射传热的速度受到表面温度、表面发射率和传热面积的影响。
在化工生产中，我们通常会利用辐射传热来实现高温热源和被加热物体之间的热量传递，比如在炉膛中，通过燃烧产生的高温辐射来加热物料。
在实际生产中，我们需要根据具体的情况选择合适的传热方式。
比如在需要快速加热的情况下，我们可以选择对流传热；而在需要长时间稳定加热的情况下，我们可以选择传导传热。
当然，在一些特殊情况下，我们也可以结合多种传热方式来实现最佳的传热效果。
总的来说，化工原理传热答案涉及到传导、对流和辐射三种基本传热方式。
在实际生产中，我们需要根据具体情况选择合适的传热方式来实现最佳的传热效果。
通过对传热方式的深入了解和灵活运用，我们可以提高生产效率，降低能源消耗，从而实现经济效益和环保效益的双赢。
中职化工单元操作教案：传热概述
学
内
容
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热传导，又称导热。
特点：在纯的热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，即没有物质的宏观位移。
（2）对流
流体内部质点发生相对位移而引起的热量传递过程，对流只能发生在流体中。
由于引起质点发生相对位移的原因不同，可分为自然对流和强制对流。
强制对流：流体在某种外力的强制作用下运动而发生的对流。
教
学
内
容
优点：结构较简单，可耐高温，常用于气体的余热或冷量的利用。
缺点：由于填料需要蓄热，所以设备的体积较大，且两种流体交替时难免会有一定程度的混合。
（3）间壁式传热
工业上应用最多的是间壁式传热过程。这类换热器的特点是在冷、热两种流体之间用一金属壁பைடு நூலகம்或石墨等导热性能好的非金属壁)隔开，以便使两种流体在不相混合的情况下进行热量传递。这类换热器中以套管式换热器和列管式换热器为典型设备。
4.间壁式换热器的传热过程
（1）基本概念
热负荷Q’：工艺要求，热流体或冷流体达到指定温度需要吸收或放出的热量，J/s或W。
传热速率Q：又称热流量，单位时间内通过传热面传递的热量，J/s或W。
热流密度q：又称热通量，单位时间内通过单位传热面传递的热量， 或W/m2。
式中A──总传热面积，m2。
四、小结与作业
套管换热器是由两根不同直径的直管组成的同心套管。一种流体在内管内流动，而另一种流体在内外管间的环隙中流动，两种流体通过内管的管壁传热，即传热面为内管壁的表面积。
列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面
化工单元操作安全技术
第三章化工单元操作安全技术单元操作就是指化工生产过程中物理过程步骤少数包含化学反应,但其主要目的并不在反应本身,是化工生产中共有的操作;按其操作的原理和作用可分为：流体输送、搅拌、过滤、沉降、传热加热或冷却、蒸发、吸收、蒸馏、萃取、干燥、离子交换、膜分离等、按其操作的目的可分为：增压、减压和输送；物料的加热或冷却；非均相混合物的分离；均相混合物的分离；物料的混合或分散;单元操作在化工生产中占主要地位,决定整个生产的经济效益,在化工生产中单元操作的设备费和操作费一般可占到80%～90%,可以说没有单元操作就没有化工生产过程;同样,没有单元操作的安全,也就没有化工生产的安全;化工原理已对单元操作的原理及设备进行详细的介绍,本章主要从安全的角度,简要说明主要单元操作中应注意的安全问题;流体及固体输送概述化工生产中必然涉及流体包括液体和气体和或固体物料从一个设备到另一个设备或一处到另一处的输送;物料的输送是化工过程中最普遍的单元操作之一,它是化工生产的基础,没有物料的输送就没有化工生产过程;化工生产中流体的输送是物料输送的主要部分;流体流动也是化工生产中最重要的单元操作之一;由于流体在流动过程中：①有阻力损失；②流体可能从低处流向高处,位能增加；③流体可能需从低压设备流向高压设备,压强能增加;因此,流体在流动过程中需要外界对其施加能量,即需要流体输送机械对流体做功,以增加流体的机械能;流体输送机械按被输送流体的压缩性可分为：①液体输送机械,常称为泵,如离心泵等；②气体输送机械,如风机、压缩机等;按其工作原理可分为：①动力式叶轮式,利用高速旋转的叶轮使流体获得机械能,如离心泵；②正位移式容积式,利用活塞或转子挤压使流体升压排出,如往复泵；③其他,如喷射泵、隔膜泵等;固体物料的输送主要有气力输送、皮带输送机输送、链斗输送机输送、螺旋输送机输送、刮板输送机输送、斗式提升机输送和位差输送等多种方式;危险性分析流体输送1腐蚀化工生产中需输送的流体常具有腐蚀性,许多流体的腐蚀性甚至很强,因此需要注意流体输送机械、输送管道以及各种管件、阀门的耐腐蚀性;2泄漏流体输送中流体往往与外界存在较高的压强差,因此在流体输送机械如轴封等处、输送管道、阀门以及各种其他管件的连接处都有发生泄漏的可能,特别是与外界存在高压差的场所发生的概率更高,危险性更大;一旦发生泄漏不仅直接造成物料损失,而且危害环境,并易引发中毒、火灾等事故;当然,泄漏也包括外界空气漏入负压设备,这可能会造成生产异常,甚至发生爆炸等;3中毒由于化工生产中需损失的流体常具有毒性,一旦发生泄漏事故,往往存在人员中毒的危险;4火灾、爆炸化工生产中需损失的流体常具有易燃性和易爆性,当有火源如静电存在是容易发生火灾、爆炸事故;国内外已发生过很多输油管道,天然气管道燃爆等重大事故;5人身安全流体损失机械一般有运动部件,如转动轴,存在造成人身伤害的可能;此外,有些流体输送机械有高温区域,存在烫伤的危险;6静电流体与管壁或器壁的摩擦可能会产生静电,进而有引燃物料发生火灾、爆炸的危险;7其他如果输送流体骤然中断或大幅度波动,可能会导致设备运行故障,甚至造成严重事故;固体输送1粉尘爆炸这是固体输送中需要特别注意的;2人身伤害许多固体输送设备往返运转,还可能有连续加料、卸载等,较易造成人身伤害;3堵塞固体物料较易在供料处、转弯处或有错偏或焊渣突起等障碍处黏附管壁具有黏性或湿度过高的物料更为严重,最终造成管路堵塞；输料管径突然扩大,或物料在输送状态中突然停车,易造成堵塞;4静电固体物料会与管壁或皮带发生摩擦而使视同产生静电,高黏附性的物料也易产生静电,进而有引燃物料发生火灾、爆炸的危险;安全技术输送管路根据管道输送介质的种类、压力、湿度以及管道材质的不同,管道有不同的分类;①按设计压强可分为：高压管道、中压管道和真空管道;②按管内输送介质可分为：天然气管道、氢气管道、冷却水管道、蒸汽管道、原油管道等;③按管道的材质可分为：金属管道铸铁管、碳钢管、合金钢管、有色金属管等、非金属管道如塑料、陶瓷、水泥、橡胶等、衬里管吧耐腐蚀材料衬在管子内壁上以提高管道的耐腐蚀性能;④按管道所承受的最高工作压强、温度、介质和材料等因素综合考虑,将管道分为Ⅰ-Ⅴ五类详见相关设计手册化工生产中输送管道必须与所输送物料的种类、性质黏度、密度、腐蚀性、状态等以及温度、压强等操作条件相匹配;如普通铸铁一般用于输送压强不超过、温度不高于120℃的水、酸、碱性溶液,不能用于输送蒸汽,更不能输送有爆炸性或有毒性的介质,否则容易因泄漏或爆裂引发安全事故;管道与管道、管道与阀门及管道与设备的连接一般采用法兰连接、螺纹连接、焊接和承插连接四种连接方式;大口径管道、高压管道和需要经常拆卸的管道,常用法兰连接;用法兰连接管道时,必须采用垫片,以保证管道烦人密封性;法兰和垫片也是化工生产中最常见的连接管件,这些连接处往往是管路相对薄弱处,是发生泄漏或爆裂高发地,应加强日常巡检和维护;输送酸、碱等强腐蚀性液体管道的法兰连接处必须设置防止泄漏的防护装置;化工生产中使用的阀门很多,按其作用可分为调节阀、截止阀、减压阀、止逆阀、稳压阀和转向阀等；按阀门的形状和构造可分为闸阀、球阀、旋塞、蝶阀、针形阀等;阀门易发生泄漏、堵塞以及开启与调节不灵等故障,如不及时处理不仅影响生产,更易引发安全事故;管道的铺设应沿走向有3‰-5‰的倾斜度,含有固体颗粒或可能产生结晶晶体的物料管线的倾斜度应不小于1%;由于物料流动易产生静电,输送易燃、易爆、有毒及颗粒时,必须有防止静电累积的可靠接地,以防止燃烧或爆炸事故;管道排布时应注意冷热管道应有安全距离,在分层排布时,一般遵循热管在上,冷管在下,有腐蚀性介质的管道在最下的原则;易燃气体、液体管道不允许同电缆一起敷设；而可燃气体管道同氧气管一起敷设时,氧气管道应设在旁边,并保持以上的净距,并根据实际需要安装逆止阀、水封和阻火器等安全装置;此外,由于管道会产生热胀冷缩,在温差较大的管道热力管道等上应安装补偿器如弯管等;当输送管道温度与环境温差较大时,一般对管道做保温冷处理,这一方面可以减少能量损失,另一方面可以防止烫伤或冻伤事故;对于输送凝固点高于环境温度的流体或在输送中可能出现结晶的流体以及含有H2S、HCl、Cl2等气体,可能出现冷凝或形成水合物的流体,应采用加热保护措施;及时工艺不要求保温的管道,如果温度高于65℃,在操作人员可能触及的范围内也应予保温,作为防烫保护;噪声大的管道如排空管等,应加绝热层以隔声,隔声层的厚度一般不小于50mm;化工管道输送的流体往往具有腐蚀性,及时空气、水、蒸汽管道,也会受周围环境的影响而发生腐蚀,特别是在管道的变径、拐弯部位,埋设管道外部的下表面,以及液体或蒸汽管道在有温差的状态瞎使用,容易产生局部腐蚀;因此需要采取合理的防腐措施,如涂层防腐应用最广、电化学防腐、衬里防腐、使用缓蚀剂防腐等;这样可以降低泄漏放生的概率,延长管道的使用寿命;新投用的管道,在投用前应规定管道系统强度、严密性实验以及系统吹扫和清洗;在用管道要注意定期检查和正常维护,以确保安全;检查周期应根据管道的技术状况和使用条件合理确定;但一般一季度至少进行一次外部检查；Ⅰ-Ⅲ类管道每年至少进行一次重点检查；Ⅳ-Ⅴ类管道每两年至少进行一次重点检查；各类管道没六年至少进行一次全面检查;此外,对输送悬浮液或可能有晶体析出的溶液或高凝固点的熔融液的管道,应防止堵塞;冬季停运管道设备内的水应排净,以防止冻坏管道设备;液体输送设备1离心泵离心泵在液体输送设备中应用最为广泛,约占化工用泵的80%-90%;应避免离心泵发生汽蚀,安装高度不能超过最大安装高度;离心泵运转时,液体的压强随泵吸入口向叶轮入口而下降,叶片入口附近的压强为最低;如果叶片入口附近的压强低至输送条件下液体的饱和蒸汽压,液体将发生气化,产生的气泡随液体从低压区进入高压区,在高压区气泡会急剧收缩、冷凝,气泡的消失产生了局部真空,使其周围的液体以极高的流速冲向原气泡所占的空间,产生高强度的冲击波,冲击叶轮和泵壳,发出噪声,并引起震动,这种现象成为汽蚀现象;若长时间收到冲击力的反复作用,加之液体中微量溶解氧对金属的化学腐蚀作用,叶轮的局部表面会出现斑痕和裂纹,甚至呈海绵状损坏;当泵发生汽蚀时,泵内的气泡导致泵性能急剧下降,破坏正常操作;为了提高允许安装高度,即提高泵的抗汽蚀性能,应选用直径稍大的吸入管,且应尽可能的缩短吸入管长,尽量减少弯头等,以减少进口阻力损失;此外,为了避免汽蚀现象发生,应防止输送流体的温度明显升高特别是操作温度提高时更应注意,以保证其安全运行;安装离心泵时,应确保基础稳固,且基础不应与墙壁、设备或房柱基础相连接,以免产生共振;在靠近被告出口的排除管道上装有调节阀,供开车、停车和调节流量时使用;在启动前需要进行灌泵操作,即向泵壳内灌满泵输送液体;离心泵启动时,如果泵壳与吸入管路内没有充满液体,则泵内存在空气,由于空气的密度远小于液体的密度,产生的离心力小,因而叶轮中心处所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内,此时启动离心泵也不能输送液体,这种现象叫做气缚;这同时也说明离心泵没有自吸能力;若离心泵的吸入口位于被吸液储槽的上方,一般在吸入管路的进口处,应装一单向底阀以防止启动前所灌入的液体从泵内漏失,对不洁净或含有固体的液体,应安装滤网以阻拦液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳;启动前还要进行检查并确保泵轴与泵壳之间的轴封密封良好,以防止高压液体从泵壳内沿轴往外泄漏这是最常见的故障之一,同时防止外界空气从相反方向漏人泵壳内;同时还要进行盘泵操作,观察泵的润滑、盘动是否正常,进出口管道是否流畅,出口阀是否关闭,待确认可以启动时方可启动离心泵;运转过程中注意观察泵入口真空泵和出口压力表是否正常,声音是否正常,泵轴的润滑与发热情况、泄漏情况,发现问题及时处理;同时注意储槽或设备内的液位的变化,防止液位过高或过低;在输送可燃液体时,注意管内流速不应超过安全流速,却管道应有可靠的接地措施以防止静电危害;停泵前,关闭泵出口阀门,以防止高压液体倒冲回泵造成水锤而破坏泵体,为避免叶轮反转,常在出口管道上安装止逆阀;在化工生产中,若输送的液体不允许中断,则需要配置备用泵和备用电源;此外,由于电机的高速运转,泵与电机的联轴节处应加防护罩以防绞伤;2正位移泵正位移特性是指泵的输液能力只取决于泵本身的几何尺寸和活塞或转子等的运动频率,与管路情况无关,而所提供的压头则只取决于管路的特性,具有这种特性的泵成为正位移泵,也是一类容积式泵;化工生产中常用的正位移泵主要有往复泵和旋转泵如齿轮泵、螺杆泵等;这里主要强调与离心泵不同的安全技术要点;由于容积式泵只要运动一周,泵就排出一定体积的液体,因此应安装安全阀,且其流量调节不能采用出口阀门调节否则将造成泵与原动机的损坏甚至发生爆炸事故,常用调节方法有两种：①旁路调节如图3-1所示,这种方法方便,但不经济,一般用于小幅度流量调节;②改变转速较经济;正位移泵适用于高压头或高黏度液体的输送,但不能输送含有固体杂质的液体,否则易磨损和泄漏;由于吸液是靠容积的扩张造成低压进行的,因此启动时不必灌泵,即正位移泵具有自吸能力,但须开启旁路阀;气体输送设备按出口表压强或压缩比的大小可将气体输送机械分为：通风机出口表压强不大于15kPa,压缩比；鼓风机出口表压强15-300kPa,压缩比<4；压缩机出口表压强大于300kPa,压缩比>4；④真空泵出口压强为大气压或略高于大气压,它是将容器中气体抽出在容器或设备内造成真空;气体输送机械与液体诉输送机械的工作原理大致相同,如离心泵风机与离心泵、往复式压缩机与往复泵等;但与液体输送相比,气体输送具有体积流量大、流速高、管径粗、阻力压头损失大的特点,而且气体具有可压缩性,在高压下,气体压缩的同时温度升高,因此高压气体输送设备往往带有换热器,如压缩机;因此,从安全角度看气体输送机械有一些区别于液体输送机械须引起重视之处,现简要说明如下;1通风机和鼓风机在风机出口设置稳压罐,并安装安全阀；在风机转动部分安装防护罩,并确保完好,避免发生人身伤害事故；尽量安装隔音装置,减小噪声污染;2压缩机第一,应控制排除气体温度,防止超温;压缩比不能太大,当大于8时,应采用多压缩以避免高温；压缩机在运行中不能中断润滑油和冷却水同时应避免冷却水进入气缸产生水锤作用,损坏缸体引发事故,确保散热良好,否则也将导致温度过高;一旦温度过高,易造成润滑剂分解,摩擦增大,功耗增加,甚至因润滑油分解、燃烧,发生爆炸事故;第二,要防止超压;为避免压缩机气缸、储气罐以及输送管路因压力过高而引起爆炸,除要求它们要有足够的机械强度外,还要安装经校验的压力表和安全阀或爆破片;安全阀泄压应将其危险气体导至安全的地方;还可安装超压报警器、自动调节装置或超压自动停车装置;经常检查压缩机调节系统的仪表,避免因仪表失灵发生错误判断,操作失误引起压力过高,发生燃烧爆炸事故;第三,严格控制爆炸性混合物的形成,杜绝发生爆炸可能;压缩机系统中空气须彻底置换干净后才能启动压缩机；在输送易燃气体时,进气口应保持一定的余压,以免造成负压吸入空气；同时气体在高压下,极易发生泄漏,应经常检查垫圈、阀门、设备和管道的法兰、焊接处和密封等部位；对于易燃、易爆气体或蒸汽压缩设备的电机部分,应全部采用防爆型；易燃气体流速不能过高,管道应良好接地,以防止产生静电；雾化的润滑油或其分解产物与压缩空气混合,同样会产生爆炸性混合物;若压强不高,输送可燃气体,采用液环泵比较安全;此外,启动前,务必检查电机转向是否正常,压缩机个部分是否松动,安全阀工作、润滑系统及冷却系统是否正常,确定一切正常后方可启动;压缩机运行中,注意观察各运转部件的运作声音,辨别其工作是否正常；检查排气温度、润滑油温度和液位、吸气压强、排气压强是否在正常范围；注意电机温升,轴承温度和电流电压表是否正常,同时用手感触压缩机各部分温度是否正常;如发现不正常现象,应立即处理或停车检查;3真空泵应确保系统密封良好,否则不仅达不到工艺要求的真空度,更重要的事在输送易燃气体时,空气的吸入易引发爆炸事故;此外,输送易燃气体时应尽可能采用液环式真空泵;固体输送1机械输送①避免发生人身伤害事故输送设备的润滑、加油和清扫工作,时操作者在日常维护中致伤的主要原因;首先,应提倡安装自动注油和清扫装置,以减少这类工作的次数,降低操作者发生危险的概率;在设备没有安装自动注油和清扫装置的情况下,一律进行维护操作;其次,在输送设备的高危部位必须安装防护罩,即使这样操作者也要特别当心;例如,皮带同皮带轮接触的部位,齿轮与齿轮、齿条、链带相啮合的部位以及轴、联轴节、联轴器、键及固定螺钉等,对于操作者是极其危险的部位,可造成断肢伤害甚至危及生命安全;严禁随意拆卸这些部位的防护装置,因检修拆卸下的防护罩,事后应立即恢复;②防止传动机构发生故障对于皮带输送机,应根据输送物料的性质、负荷情况进行合理选择皮带的规格和形式,要有足够的强度,皮带胶接应平滑,并根据负荷调整松紧度;要防止在运行过程中,发生因高温物料烧坏皮带或因斜偏刮档撕裂皮带的事故;对于靠齿轮传动的输送设备,其齿轮、齿条和链条应具有足够的强度,并确保它们相互啮合良好;同时,应严密注意负荷的均匀,物料的粒度情况以及混入其中的杂物,防止因卡料而拉断链条、链板,甚至拉毁整个输送设备机架;此外,应防止链斗输送机下料器下料过多、料面过高而造成链带拉断；斗式提升机应有链带拉断而坠落的保护装置;③重视开、停车操作操作者应熟悉物料输送设备的开、停车操作规程;为保证安全,输送设备处应设有事故自动停车和就地手动事故按钮停车系统外,还应安装超负荷、超行程停车保护装置和设在操作者经常停留部位的紧急事故按钮停车开关;停车检修时,开关应上锁或撤掉电源;对长距离输送系统,应安装开停车联系信号,以及给料、输送、中转系统的自动联锁装置或程序控制系统;2气力输送气力输送就是利用气体在管内流动以输送粉粒状固体的方法,作为输送介质的气体常用空气;但在输送易燃易爆粉末时,应采用惰性气体;气力输送按输送气流压强可分为吸引式气力输送输送管中的压强低于常压的输送和压送式气力输送输送管中压强高于常压的输送；按气流中固相浓度又可分为稀相输送和密相输送;气力输送方法从19世纪开始就用于港口码头和工厂内的谷物输送,因与其他机械输送方法相比较具有系统密闭避免了物料的飞扬、受潮、受污染,改善了劳动条件,设备紧凑,易于实现连续化、自动化操作,便于同连续的化工过程相衔接以及可在输送过程中同时粉碎、分级、加热、冷却以及干燥等操作的优点,故其在化工生产上的应用日益增多;但也存在动力消耗大,物料易于破碎,管壁易磨损以及输送颗粒尺寸不大一般<30mm等缺点;从安全技术考虑,气力输送系统除设备本身因故障损坏外,还应注意避免系统的堵塞和由静电引起的粉尘爆炸;为避免堵塞,设计时应确定合适的输送速度,如果过高,动力消耗大,同时增加装置尾部气-固分离设备的负荷；过低,管线堵塞危险性增高;一般水平输送时应略大于其沉积速度；垂直输送时应略大于其噎噻速度;同时,合理选择管道的结构和布置形式,尽量减少弯管、接头等管件的数量,且管内表面尽量光滑、不准有皱褶或凸起;此外,气力输送系统应保持良好的严密性,否则,吸引式系统的漏风会导致管道堵塞压送式系统漏风,会将物料带出污染环境;为了防止产生静电,可采取如下措施;①根据物料性质,选取产生静电小而导电性较好的输送管道可以通过实验进行筛选,且直径要尽量大些,管内壁应平滑、不许装设网格之类的部件,管道弯曲和变径处要少且应尽可能平缓;②确保输送管道接地良好,特别是绝缘材料的管道,管外应采取可靠的接地措施;③控制好管道内风速,保持稳定的固气比;④要定期清扫管壁,防止粉料在管内堆积;事故案例如图3-2所示,为典型浮选精煤脱水加压过滤系统的进料部分,它主要包括加压仓操作压强、过滤机、进料泵、进料槽等;王立龙的论文报道了某选煤厂2011年4月发生加压过滤机进料泵的瞬间炸裂事故;当时该泵的叶轮、蜗壳都被炸成碎片；泵附近的水泥横梁、立柱被冲击出两个直径约为400mm的凹坑,露出钢筋；约7m高的二楼水泥顶被穿透,形成两个直径约为250mm的椭圆形洞；离泵约30m的防震玻璃被击碎,彩钢板和电茶炉被击穿,足见这起爆炸事故的威力巨大;经调查,事故发生时,加压过滤机进料桶的液位很低,事故发生前进料阀、回料阀工作正常,加压仓外进料管为安装止逆阀;事故的直接原因时进料阀的频繁启停,导致泵的进料阀门来不及关闭就又被打开,造成加压仓内的高压混合气体被反吹到进料泵内,泵内多余浆料被高压气体挤回入入料桶;而进料泵因频繁启动高速空转,温度迅速升高,将附着在叶轮上的精煤浆料干燥成精煤粉,精煤粉在泵内继续摩擦,形成高温;此时,引起燃爆几个条件都已具备：密闭有限空间、可燃的煤粉尘、充足的氧气及点燃温度;干燥的精煤粉瞬间燃烧,急剧膨胀,使泵腔无法承受巨大的燃爆力,使泵体炸裂;类似的事故,国内外已发生过数起;为了避免此类事故的再次发生,可采取如下措施：①在进料阀后面加装止逆阀,并定期检查进料阀门和止逆阀,保证其可靠工作；②加强进料泵和进口管路的清洗,以防止泵腔或进口处的淤积堵塞；③增设泵体防护罩可用8mm厚钢板,并在进料泵区域安装防护挡板,增设防护警戒区域,并悬挂禁止滞留警示牌；④生产过程中加强对加压进料泵岗位巡捡,发现异常及时处理;事故启示：该爆炸事故发生时同时具备了引起燃爆的所有条件,因此,在生产过程中应。
3-1传热过程
当 T2= T ，b = x 时，变形有：
Q
x
S (T1
T
)
T
T1
Qx
S
从上式可知，当 不随 T 变化，T～x 直线关系；
若 随 T 变化关系为：
0(1 aT )
则 T～x 抛物线关系。
22:08:00
3-1 传热过程 （33）
25
多层平面壁的定常态热传导
假定：（1）一维、稳定的温度场； （2）各层接触良好，接触面两侧温度T 相同。
22:08:00
3-1 传热过程 （33）
4
传热的三种基本方式
（2）对流 由于流体内部质点发生相对位移而引起的热量
传递过程。对流只能发生在流体中。根据引起质点 发生相对位移的原因不同，可分为自然对流和强制 对流。 自然对流：流体原来是静止的，但内部由于温度不 同、密度不同，造成流体内部上升下降运动而发生 对流。 强制对流：流体在某种外力的强制作用下运动而发 生的对流。
22:08:00
3-1 传热过程 （33）
10
套管换热器
由两根不同直径的直管组成的同心套管。一种 流体在内管内流动，而另一种流体在内外管间的环 隙中流动，两种流体通过内管的管壁传热，即传热 面为内管壁的表面积。
22:08:00
3-1 传热过程 （33）
11
列管式换热器（管壳式换热器）
最典型的间壁式换热器，在换热中占据主导作用。由壳 体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内 流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称 为壳程。管束的壁面即为传热面。
22:08:00
3-1 传热过程 （33）
化工原理第三章_传热-学习要点
传热(Heat transfer)是指由于温度差而引起的能量传递过程。 热传导 (Heat conduction)：由于物体内部微观粒子热运动而 引起的热量传递现象。（固体或静止流体中） 热对流 (Heat convection)：由于温度不同的流体之间发生相 对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中） 自然对流：温差导致密度差导致流体流动 强制对流：外力强制流体流动 热辐射 (Heat radiation) ：温度不同的物体之间发射与吸收 电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任 何物体中，高温条件下显著） 实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。
3.4.2 总传热系数 (Overall heat transfer coefficient )
基于管外表面积： 1 1 b d o 1 d o
Ko
o
dm
i di
1 1 b di 1 di 基于管内表面积： Ki i d m o do
dm 1 b dm 基于管平均面积： K m i di o do
多液滴，并沿壁面落下 。
* 蒸气与低温壁面直接接触，因此滴状冷凝传热效果好于膜 状冷凝。
3.3 对流传热 Convection Heat Transfer
3.3.3 对流传热系数 (Convective heat transfer coefficient )
3.3.3.4 蒸汽冷凝
影响冷凝传热的因素(P131) ① 液体的性质： λ↗ ,ρ↗, μ↘ → α↗ α水> α有机 ② 冷凝液膜两侧的温度差：α= f (Δt-1/4) Q =α· Δt A· ③ 蒸气中不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体）
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程中的能量转移和热平衡问题。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品的质量和产量，还直接关系到能源的利用效率和生产成本。
因此，对于化工原理传热的研究和应用具有重要的意义。
首先，我们来了解一下传热的基本原理。
传热是指热量从高温区传递到低温区的过程。
在化工生产中，常见的传热方式包括传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的流动传递，而辐射则是指热量通过电磁波辐射传递。
这三种传热方式在化工过程中经常同时存在，相互作用，共同影响着热量的传递效果。
在化工原理传热中，热传导是最基本的传热方式。
热传导的速率取决于传热介质的导热系数和温度梯度。
导热系数越大，温度梯度越大，传热速率就越快。
在化工设备中，常见的传热设备包括换热器、冷凝器、蒸发器等，它们利用传热原理实现了物料之间的热量交换。
通过合理设计传热设备的结构和选用合适的传热介质，可以有效提高传热效率，降低能源消耗和生产成本。
除了传热设备的设计，传热过程中的传热表面也是影响传热效果的重要因素。
传热表面的形态和材质对传热速率有着直接的影响。
通过增大传热表面积和改善传热表面的热传导性能，可以提高传热效率，实现更高效的能量转移。
在化工生产中，传热过程还经常涉及相变热的问题。
相变热是指物质在相变过程中吸收或释放的热量。
在化工原理传热中，常见的相变热包括蒸发、冷凝、凝固和熔化等。
通过合理控制相变热的过程，可以实现对物料温度的精确控制，保证生产过程的稳定性和产品质量。
总的来说，化工原理传热是化工工程中不可或缺的一部分，它直接关系到生产过程的能量转移和热平衡问题。
通过深入研究传热原理，合理设计传热设备和优化传热过程，可以实现能源的高效利用和生产成本的降低，推动化工生产的可持续发展。
希望通过本文的介绍，读者能对化工原理传热有更深入的了解，为实际生产提供一定的参考和指导。
中职化工单元操作教案：传热-认知传热装置的工艺流程(全6课时)
江苏省XY中等专业学校2022-2023-1教案编号：备课组别化工组课程名称化工单元操作所在年级高二主备教师-授课教师-授课系部-授课班级-授课日期课题传热-认知传热装置的工艺流程教学目标1.了解换热器的分类2.掌握列管式换热器的结构及特点。
3.掌握单程、双程换热器的特点及应用。
重点列管式换热器的结构及特点难点单程、双程换热器的特点及应用教法以PPT展示和黑板讲授相结合为主，启发，讨论，提问等多种方式相结合教学设备多媒体、PPT教学环节教学活动内容及组织过程个案补充教学内容第一部分：组织教学、清点人数[组织教学、清点人数]点名、查看学生上课出勤情况[展示“复习提问"，找学生回答问题]传热基本方式有哪几种？第二部分：新课导入列管式换热器上节课我们学习了三种传热基本方式，那么在实际生产中是怎样实现传热的呢？我们这节课就来具体认识一下传热装置。
教学内容第三部分：新课讲授[展示课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、素养目标][板书]一、概述[讲述]在工业生产中，实现热量交换的设备称为热量交换器，简称换热器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
在化工生产中换热器可作为多种用途，应用非常广泛，故换热器的费用在总投资中所占比例很高。
换热器根据不同的标准，有不同的分类。
按换热方法分为直接接触式换热器、间壁式换热器和蓄热式换热器；按形状分为管式换热器、板式换热器和特殊形式换热器；按用途分为加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸器、冷却器和冷凝器。
化工生产中最常用的换热器类型是列管式换热器。
列管式换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。
它具有结构简单、坚固耐用，造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。
1. 列管式换热器列管式换热器根据结构的不同，有多种类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、填料函式换热器、釜式换热器。
《化工单元操作》传热与传热设备
δ
A
质点不相混合，
热传导为主，热阻大，温差大。x0
层流内层
平板上的流动边界层
结论：流动边界层对传热边界层影响显著， 改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度， 可使传热速率大大提高。
t r
相同点：一维稳态导热，Φ=常数
t1
不同点： ① 热流方向（径向） ② 传热面积沿径向不同
L r1
t2 r2
r
dr
b
Ar 2rL
③
图4-11 通过圆桶壁的热传导
热流密度(q / A)径向不同
2r1q1 2r2q2 ...
(1)计算热流量
① 单层圆筒壁 沿径向取一小薄层，由傅立叶定律：
两者密切相关：
t∞
t tw
t'∞
tw-t=0.99(tw-t∞) t'
t'w
δ1
分析湍流流动的传热边界层 图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界层示意
湍流区：质点通过相互混合传热，
温度变化小；
缓冲层：质点混合、
分子运动共同作用传热， u∞
温度变化平缓。
层流边界层
u∞ u∞
湍流边界层
层流内层：流体层流，
t lim t
n
n
对一维稳态导热： dt lim t
dn
n
方向：沿温度增高方向为正，且与等温面垂直
（3）热流量：Φ，w (J/s)
热流密度： q A
(W / m2 )
（4） 傅立叶定律
A t
n
或：q t
n
λ：热导率，w/mK，w/m℃
A：传热面积，m2 垂直于热流方向的面积
-：Φ与
m
K
物料换热操作—传热过程基本认知(化工单元操作课件)
化工单元操作技术
（2）矿物油加热
优点：来源容易、加热均匀、不需加压。常压下加热温度可达
到225℃（超过250℃易分解）。
缺点：油的黏度大，且黏度随使用时间增大而增大，膜系数逐
渐减小。加热效果不如水蒸气，易着火，只能利用显热。 如采用机油、汽缸油等。
33
化工单元操作技术
（3）有机载热体加热 有机载热体即联苯混合物，它是26.5%的联苯和73.5%二苯醚的混合物，
36
化工单元操作技术
3.常用冷却剂与冷却方法
冷却剂：水、空气、冷冻盐水、液氨等
常 空气、水 冷却温度≥5oC
用
冷 却
盐水溶液 NaCl、CaCl2等；冷却温度0～ - 45oC
剂
有机物
乙醇、乙二醇、丙醇等；冷却温度要求更低
37 37
化工单元操作技术
（1）水
水是化工生产中使用最广泛的冷却剂，用量很大，约占总耗 水量的80%。水的比热容和膜系数都比较大，能够将流体冷却到较 低的温度，因此得到广泛应用。 冷却水可以是江水、河水、海水、井水或循环水等。水温随地区和 季节而变化，所以只适用于冷却温度在15～30℃以上的场合。
化工单元操作技术
(二) 对流传热
1、定义 对流传热也叫热对流，是指流体内部质点发生宏观位移而引
起的热量传递。
14
化工单元操作技术
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。 （1）强制对流： 由于外力（泵、风机、搅拌器等作用）而引起的质点运动。 （2）自然对流： 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。
生产中使用最广泛的一种形式，化工生产中最常遇到的换热过程 是间壁式换热。
物料换热操作—换热器换热面积的确定(化工单元操作课件)
（3）气体的热导率
气体的热导率很小，不利于传热，因此用来保温或隔热。
如工业上用玻璃棉作保温材料，就是因为其空隙率大而使里面有空气的缘故。
化工单元操作技术
一、热传导的基本定律
4、影响热导率的因素：
（1）物质的组成状态
金属的热导率最大，固体非金属的
次之，液体较小，气体最小。
（2）温度
温度升高，金属的热导率降低，非金属的升高，液体的降低（水、甘油除外），气体的升高。
八、传热平均温差
并流和逆流时传热平均温差的求算
注：一般规定热流体的进口端
为换热器的进口端
注：式中Δtm——冷热流体的平均温差，K
Δt1， Δt2——换热器两端冷、热流体的温度差，K
1
1+2
≤2时，可按算术平均值计算，即Δtm=
2
2
当
化工单元操作技术
【例2】 在套管换热器内，热流体温度由90℃冷却70℃，冷流体温度由20℃上升到
A—平壁的导热面积，m2
λ—各层平壁的热导率，W/m•K
δ—各层平壁的厚度m
t1，t4—最内侧喝最外侧的温度
t 3
b3
3 A 3
t2 t3
t4
x/
m
多层平壁稳态导热温度分
布
例1：有一工业炉，如图所示，其炉壁由以下三种材料由里向外组成：耐火砖，厚度为
240mm，热导率为1.2W/m•K；保温砖，厚度为120mm，热导率为0.2W/m•K；建筑转，
α液体＞α气体
（2）对流形成的原因：
α强制对流＞α自然对流
（3）流体相变情况：
α有相变＞α无相变
（4）流体的流动状态：
α湍流＞α层流
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章传热
3.1 概述
3.1.1 传热在化工生产中的应用
传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递，故在科学技术、工业生产以及日常生活中都涉及许多的传热过程。
化工生产过程与传热关系十分密切。
这是因为化工生产中的很多过程都需要进行加热和冷却。
传热在化工生产中的应用主要有以下方面：1)创造并维持化学反应需要的温度条件：例如，为保证化学反应在一定的温度下进行，就需要向反应器输入或移出热量；
2)创造并维持单元操作过程需要的温度条件：蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥等单元操作都与传热过程有关。
3)热能的合理利用和余热的回收：生产过程中的热量的合理使用以及废热的回收利用，换热网络的综合；
4)隔热与节能：化工生产设备的保温或保冷。
化工生产过程中需要解决的传热问题大致分为两类：
（1）传热过程的计算，包括设计型计算和操作型计算；
（2）传热过程的改进与强化。
3.1.2 强化传热与削弱传热
化工生产中常遇到的传热问题，通常有以下两类：一类是要求热量传递情况好，亦即要求传热速率高，这样可使完成某一换热任务时所需的设备紧凑，从而降低设备费用；另一类是像高温设备及管道的保温，低温设备及管道的隔热等，则要求传热速率越低越好。
我们学习传热的目的，主要是能够分析影响传热速率的因素，掌握控制热量传递速率的一般规律，以便能根据生产的要求来强化和削弱热量的传递，正确地选择适宜的传热设备和保温（隔热）方法。
3.1.3 稳态传热和非稳态传热
· 稳态传热：
在传热系统中各点的温度分布不随时间而改变的
传热过程；稳态传热时各点的热流量不随时间而变，连续生产过程中的传热多为稳态传热。
·非稳态传热：
传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变的传热过程。
3.1.4 工业换热方法
3.1.
4.1 间壁式换热
3.1.
4.2直接接触式换热
3.1.
4.3 蓄热式换热
3.1.5 典型间壁式换热器
3.1.5.1 套管换热器
3.1.5.2 列管换热器
x
3.2.1.4圆筒壁的稳定热传导
在化工生产中，所用设备、管道及换热器管子多为圆筒形，所以通
过圆筒的热传导非常普遍。
圆筒
壁与平壁不同点是其面随半径而
变化。
（1）单层圆筒壁的稳定热传导
如图3-6所示，设圆筒的内
半径为r 1，内壁温度为t 1，外半
径为r 2，外壁温度为t 2。
温度只
沿半径方向变化，等温面为同心
圆柱面。
在半径r 处取一厚度为
dr 的薄层，若圆筒的长度为L ，
则半径为r 处的传热面积为A=2
πrL 。
根据傅立叶定律，对此薄
圆筒层可写出传导的热量为 分离变量得
假定导热系数λ为常数，在圆筒
壁的内半径r 1和外半径r 2间进行积分
移项，得
(3－7)
为了便于理解，将式(3-7)改写成式(3-10)的形式。
为此，进行下面的转换
r dr r 2 t 1
r 1 dt t 2 图3-6 单层平壁稳态热传导。
当value)
；
两流体通过金属壁的传热包括以下过程：
(1) 热流体以对流传热的方式将热量传给管壁一侧； (2) 通过管壁的热传导；
(3) 由管壁另一侧以对流传热的方式将热量传给冷流体。
上述过程可表示如下 热流体一侧的对流传热量 1
11
1111)(S t T T S Q W αα∆=
-= 通过管壁传导的热量
m
w W m S t t T S Q λλ1)(2
2∆=
-= 冷流体一侧的对流传热量
2
23
2231)(S t t t S Q w αα∆=
-= 对于稳定传热过程 Q 1=Q 2=Q 3=Q
式中 α1、α2-----分别为热、冷流体的对流传热系数，W/m 2
·℃； T 、 t-----分别为热、冷流体的温度，℃；
T w 、t w -----分别为热、冷流体侧的壁面温度，℃； A 1、A 2-----分别为热、冷流体侧的传热面积，m 2；
A m -----金属壁的对数平均面积，m 2
；
λ-----传热壁的导热系数，W/m ·℃； b-----传热壁厚度，m 。
整理上式并相加可得
总热阻总推动力
=+
+-=
2
21111S S b S t T Q m αλα
上式与传热基本方程式Q=KA Δt m 比较得
2211111S S b S KS m αλα+
+=
当传热面为圆筒壁时，A 1≠A 2≠A m ，这时总传热系数K 则随所取的传热面不同而异。
当传热面为平壁时，A 1=A 2=A m =A ，则为
当壁阻b/λ较1/α1、1/α2小得多时，则b/λ可忽略，这时总传热系数可简化成下式
换热器操作一段时间后，其传热表面常有污垢积存，使传热减少。
此层虽不厚，但热阻大。
在计算总传热系数K 植时，污垢热阻一般不可忽视。
由于污垢层的厚度及其导热系数不易估计，工程计算时，通常是根据经验选用污垢热阻（fouling resistSnce ）。
如传热面两侧污垢热阻分别用R Si 及R So 表示，对传热面为平壁而言，其总的热阻为
（3-36）
常见流体在传热表面形成的污垢热阻，大致数值可参考表3-5。
常用流体的污垢热阻
流体 污垢热阻
m 2
·K/kW
水(速度<1m/s ，t<47℃) 蒸馏水 0.09 海水 0.09 清净的河水 0.21 未处理的凉水塔用水 0.58 已处理的凉水塔用水 0.26 已处理的锅炉用水 0.26 硬水、井水 0.58 水蒸汽 优质—不含油 0.052 劣质—不含油 0.09 往复机排出 0.176 液体 处理过的盐水 0.264 有机物 0.176 燃料油 1.056 焦油 1.76 气体 空气 0.26～0.53 溶剂蒸汽 0.14
（2）套管式换热器
将两种直径大小不同的标准管装成同心套管。
根据换热要求，可将几段套管连接起来组成换热器。
每一段套管称为一程，每程的内管依次与下一程的内管用U形管连接，面外管之间也由管子连接如图4-29所示。
换热器的程数可以按照传热面大小而增减，亦可几排并列，每排与总管相连。
换热时一种流体在内管中流动，另一种流体在套管的环隙中流动，两种流体可始终保持逆流流动。
由于两个管径都可以适当选择，以使内管与环隙间的流体呈湍流状态，故一般具有较高的总传热系数，同时也减少垢层的形成。
这种换热器的优点是：结构简单、能耐高压、制造方便、应用灵便、传热面易于增减。
其缺点是单位传热面的金属消耗量很大，占地较大，故一般适用于流量不大、所需传热面亦不大及高压的场合。
（3）蛇管式换热器
蛇管式换热器可分为沉浸式和喷淋式两种。
沉浸式蛇管换热器
板式换热器主要由一组长方形的薄金属板平行排列构成。
用框架将板片夹紧组装于支架上，如图3－27、所示。
两相邻板片的边缘衬以垫片(橡胶或压缩石棉等)压紧，达到密封的目的。
板片四角有圆孔，形成液体的通道。
冷、热流体交替地在板片两侧流过，通过板片进行换热。
板片通常被压制成各种槽形或波纹形的表面，这
样增强了刚度，不致受压变形，同时也增强液体的湍动程度，增大传热面积，亦利于流体的均匀分布。
板片尺寸常见宽度为200～1000mm，高度最大可过2m。
板间距通常为4～6mm。
板片材料有不锈钢，亦可用其它耐腐蚀合金材料。
板式换热器的主要优点是：总传热系数高，因板式换热器中，板面被压制成波纹或沟槽，可在低流速下(如Re=200左右)即可达到湍流，故总传热系数高，而液体阻力却增加不大，污垢热阻亦较小。
对低粘度液体的传热，K值可高达7000W/m2·K；结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；操作灵活性大，可以根据需要调节板片数目以增减传热面积或以调节流道的办法，适应冷、热流体流量和温度变化的要求；加工制造容易、检修清洗方便、热损失小。
主要缺点是：允许操作压力较低，最高不超过1961kPS，否则容易渗漏；操作温度不能太高，因受垫片耐热性能的限制，如对合成橡胶垫圈不130℃，对压缩石棉垫圈也应低于250℃；处理量不大，因板间距小，流道截面较小，流速亦不能过大。
（4）板翅式换热器。