设备培训教材
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第一章化工基础知识
1、传热基础知识
传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程,通常来讲有温度差的存在就有热的传递,也确实是讲温差的存在是实现传热的前提条件或者讲是推动力,当没有外功加入时,热量就总是会自动地从高温物体传递到低温物体,可见,传热过程是普遍存在的。
在化工中专门多过程都直接或间接的与传热有关。然而进行传热的目的不外乎是以下三种:1、加热或冷却;2、换热;3、保温。
1.1、传热的差不多方式
依照传热的机理不同,热传递有三种差不多方式:热传导,热对流和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现象都属于这三种差不多方式。
热传导(导热)
一个物体的两部分连续存在温差,热就要从高温部分向低温部分传递,直到个部分的温度相等为止,这种传热方式就称为热传导。物质的三态均能够充当热传导介质,但导热的机理因物质种类不同而异,具体为:
固体金属:自由电子运动在晶格之间;
液体和非金属固体:个不分子的动量传递;
气体:分子的不规则运动。
对流传热
热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换,热对流是流体所特有的一种传热的方式,即存在气体或液体中,在固体中不存在这种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相对位移。据引起对流的缘故不同可分为:自然对流和强制对流。
热辐射
热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量,而不借助任何传递介质。通常在高温下热辐射才是要紧方式。1.2、传热的差不多方程
当两种流体间需要进行换热而又不同意直接混合时,需在间壁式换热器中进行换热。如在间壁式换热器中,热流体通过管壁将热量传给冷流体.热传递的快慢用传热速率Q来表示。传热速率Q是指单位时刻内通过传热面传递的能量.单位是J/S.W。换热器的传热速率Q与传热面积A和冷
热两种流体的平均温差⊿tm成正比;
图2-1套管式换热器
1—内管 2—外管
图2-2单程列管式换热器
1 —外壳2—管束3、4—接管 5—封头
6—管板7—挡板
图2-3双程列管式换热器
1—壳体 2—管束 3—挡板 4—隔板
1.3、强化传热的途径
传热过程的强化占有十分重要的地位,设计和开发高效换热设备, 能够达到节能降耗的经济目的。相反,许多场合需要力求削弱传热,隔热保温技术在高和气低温工程中对提高经济效益关系重大,差不多进展成为传热学的一个重要分支。
(1)、增加传热温差
(2)、提高传热系数
(3)、提高流体速度
(4)、改变流淌状态
(5)、引入机械振动
(6)、增大传热面积
1.4、蒸汽传热在化工生产中具体应用
(1)、蒸汽泠凝的对流传热
蒸汽是工业上最常用的热源,在锅炉内利用煤燃烧时产生的热量将水加热汽化,使之产生蒸汽。蒸汽具有一定的压力,饱和蒸汽的压力和温度具有一定的关系。蒸汽在饱和温度下冷凝成同温度的冷凝水时,放出冷凝潜热,供冷流体加热。
(2)、蒸汽冷凝的方式
①膜状冷凝:
②滴状冷凝:
2、常见管件
2.1、弯头:在管路系统中,弯头是改变管路方向的管件。按角度分,有45°及90°180°三种最常用的,另外依照工程需要还包括60°等其他非正常角度弯头。
图1各种弯头
三通:三通是用于管道分支处的一种管件。三通有等径和异径之分,等径三通的接管端部均为相同的尺寸;异径的三通的主管接管尺寸相同,而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。
四通:四通有等径和异径之分,等径四通的接管端部均为相同的尺寸;异径的四通的主管接管尺寸相同,而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。四通是用于管道分支处的一种管件。
异径管:又称大小头。化工管件之一,用于两种不同管径的连接。又分
为同心大小头和偏心大小头。
图2三通、四通、异径管
2.2、法兰
法兰是用来连接管线、阀门、设备等的连接部件,法兰连接有法兰对、垫片和螺栓组成,借助螺栓紧固力把两部分连在一起,同时压紧垫片使连接处达到密封,密封效果的好坏取决于法兰密封面的形式、垫片的种类及
预紧力的情况。
法兰按结构形式不同可分为平焊法兰、对焊法兰和活套法兰。
如图:
图3法兰结构图
2.3、垫片
按材料不同可分为非金属垫片、金属非金属组合垫片和金属垫片;依照材料的弹性,硬度及耐热情况不同分不用在不同压力和温度的场合。
非金属垫片有橡胶垫、石棉垫、聚四氟乙烯垫和膨胀石墨垫,组合垫片有全包垫片、半包垫片、高强石墨垫片和缠绕垫。金属垫片有铝垫、钢垫、铬钼钢垫和不锈钢垫等。
2.4、阻火器
阻火器的作用是防止外部火焰窜入有燃烧爆炸危险的设备、管道、容器中,它安装在加热炉、高温氧化炉和高温反应器,输送可燃气体的管线之间。
阻火器的类型有:金属网阻火器、波浪金属片阻火器、砾石阻火器等。
阻火器的灭火原理是:当火焰通过狭小孔隙时,由于热损失突然增大使燃烧不能接着下去而熄火。阻火器的内径一般取安装阻火器管道直径的4倍。
2.5、过滤器
过滤器的种类专门多,过滤介质不同采纳的过滤器形式也不同,我们最常见的是过滤液体和气体介质的管道式过滤器。它的特点是体积小、清洗方便,可直接安装在管道上,如图:滤芯的材料一般有:化纤滤布、金属丝网等。
图5过滤器结构图
2.6、阀门
阀门定义:凡是用来操纵流体在管路内流淌的装置通称为阀门或阀件。
要紧作用:切断或沟通管内流体的流淌,这是启闭作用;
改变管路阻力,调节管内流体的流速,这是调节作用;
使流体通过阀门后产生专门大的压力降,这是节流作用;
另有一些阀件,它能依照一定的因素自动启闭,以操纵流体的流向维持一定的压力或其它作用。
各阀构造可画简易图讲解