化工单元操作任务三
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液态金属的导热系数比一般液体要高，而且大多数液态金 属的导热系数随温度的升高而减小。
在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，绝 大多数液体的热导率随温度的升高而降低。一般说来纯液 体的热导率比其溶液的要大。
（3）气体的导热系数
气体的热导率随温度的升高而增大。在相当大压力范围内， 气体的导热系数与压强几乎无关。由于气体的导热系数太小， 因而不利于导热，但有利于保温和绝热。工业上的保温材料， 例如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以导热系数低， 适用于保温隔热。
n
即：
Q A dt
dn
式中 Q——传热速率，W； λ——热导率，称为导热系数， W/(m·℃)/
W/(m·K)；
A——传热面积，m2；
dt/dn——温度梯度， ℃ /m或K/ m b──平壁的厚度，m。
上式为傅立叶定律
2、热导率
热导率定义式可由傅里叶定律导出：
Q
A dt dn
的物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量 ，是表征物质导热能力的一个物性参数，↑，导热越快。导热系 数的大小与物质的组成、结构、温度和压强有关。
反应器等高（低）温设备，需要采取绝热措施，其目的 在于减少热（冷）量的损失，以提高换热操作的经济效 益；可维持设备正常的操作温度，保证生产在规定的温 度下进行；可降低车间的操作温度，改善劳动条件。
为此，在设备的外壁包上一层导热系数较小的绝热 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。
单项 成绩
能渗透到 学习、训
练环节
能较好地 在学习、 训练环节
中体现
基本能体 现在学习、 训练环节
团队合作 意识薄弱
无团队合 作精神
理论知识准备
一. 热传导——傅里叶定律和热导率 二.保温材料及其性能 三. 傅里叶定律的应用 四.传热基本方程式 五.热负荷的确定 六.传热推动力的计算——平均温度差 七.对流传热 八.总传热系数K的计算 九. 传热面积的确定
我国相关部门规定：凡是表面温度在50℃以上的热设备或管 道以及制冷系统的设备和管道，都必须进行保温和绝热处理， 即在设备和管道的表面敷以导热系数较小的材料，构成总热阻 较大的多层壁的传热结构以达到降低传热速率、减少热损失的 目的。
3、保温结构的构成 （1）通常使用的保温结构由保温层和保护层构成。 （2）保温层是由石棉、陶瓷棉、膨胀珍珠岩、超细玻璃棉、 海泡石（硅酸钙绝热制品）、岩棉、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫 等导热系数小的材料构成，它们被覆盖在设备或管道的表面，构 成保温层的主体。
（3）保护层
保护层在保温层外面，由铁丝网加油毛毡和玻璃布或石棉水泥混浆构成， 其作用是为了防止外部的水蒸气及雨水进入保温层材料内，造成隔热材料变 形、开裂、腐烂等，从而影响保温效果。
（4）超细玻璃棉 玻璃纤维易吸收水分，不适于用于低温环境，也不适于用于 540℃以上的温度 （5）膨胀珍珠岩 膨胀珍珠岩是耐高温管状和块状绝缘材料，具有较强的腐蚀抑
1
态度
权重 5%
2
任务单质量
25%
3
分析问题 的能力
10%
4
化工资料、手 册的查阅能力
10%
换热器的参数
5 确定及计算能 20%
力
6
换热器的选型 能力
20%
7
团队合作意识， 遵守纪律
10%
合计总 分
评分标准
90-100
80-89
70-79
60-69
《59
出勤；积 极组织并
参与
出勤；积 出勤；参
极参与
案例：某工厂需要将50m3/h液体苯从80℃冷却到35℃，拟用 冷却水冷却，当地冬季水温为5℃，夏季水温为30℃。要求通 过管程与壳程的压力降不大于10kPa,试对其换热器进行型号 的初选。
任务三、四完成情况考核评分表 项目号__________ 班组号_______ 姓名___________
序号 考核内容
任务三 列管换热器的初步选型
任务3-1 载热体输送管道的保温 任务3-2 了解列管换热器的选择设计步骤 任务3-3 列管换热器型号的初选
布置任务
根据任务一中确定的某一产品的工艺流程，选择某一换 热器进行选型（最好是列管换热器）。并对此换热器换热系 统中的载热体输送管道进行保温，选择保温材料并确定保温 层的厚度。
导热系数的大小顺序：（金属固体）＞ （非金属固体）＞ （液体）＞ （气体）
（1）固体的导热系数
对于大多数均质固体，在一定温度范围内其λ值与温 度呈线性关系： λ＝λ0（1＋at）。
大多数纯金属的热导率随温度的升高而降低。金属的 热导率大多随其纯度的增高而增大。
非金属固体的热导率随密度的增大或温度的升高而 增大。 （2）液体的导热系数
与
请假； 参与
旷课；基 本不参与
准确；条 理清晰； 版面清楚
基版本面准清确楚；基本准确； 准版确面率清低楚；
准确率低； 版面不清
楚
准确；思 路清晰
准确
基本准确；
分析到基 本内容
分析错误
能迅速准 确查到所 需资料与
数据
能准确查 到所需资 料与数据
基本能查 到所需资 料与数据
能查阅简 单资料
不能查资 料
二.保温材料及其性能
1、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。
2、设备和管道的绝热保温 在化工生产中，对于温度较高（或较低）的管道和
制性能。由于其强度高，热传导率低并且经久耐用，所以是一种 可以应用于大多数高温管道和设备的杰出产品。
（6）硅酸钙绝热制品 本世纪40年代，硅酸钙绝热制品首先在美国问世，硅酸钙绝 热制品在众多的保温材料中具有在中高温范围的庆用中抗压强 度高，导热系数小，施工方便，可反复使用等优点，所以硅酸 钙行业发展迅速。硅酸钙在含湿气状态下，易存在腐蚀性的氧 化钙，并由于长时间内保有水分，不易在低温环境下使用。 （7）岩棉（矿物棉） 取材于玄武岩，一种火山岩，其纤维密度高而且渣球含量低， 在高温热控制和耐火性的应用方面有着极佳的性能。存在吸水 性，不宜用于低温环境，只用于不存在水分的高温环境下。
一. 傅立叶定律和热导率
1、傅立叶定律 在一个质量均匀，化学性质 稳定的固体平壁内，如图所 示，当壁面两侧的温度为
t1>t2时，热量将以热传导
的方式从高温壁向低温壁传 递。实验证明，在稳定导热 时，单位时间内通过壁面的 传热量（称为wenku.baidu.com热速率）与 温度梯度以及垂直于热流方 向的等温面面积成正比。
t1 t2
在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，绝 大多数液体的热导率随温度的升高而降低。一般说来纯液 体的热导率比其溶液的要大。
（3）气体的导热系数
气体的热导率随温度的升高而增大。在相当大压力范围内， 气体的导热系数与压强几乎无关。由于气体的导热系数太小， 因而不利于导热，但有利于保温和绝热。工业上的保温材料， 例如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以导热系数低， 适用于保温隔热。
n
即：
Q A dt
dn
式中 Q——传热速率，W； λ——热导率，称为导热系数， W/(m·℃)/
W/(m·K)；
A——传热面积，m2；
dt/dn——温度梯度， ℃ /m或K/ m b──平壁的厚度，m。
上式为傅立叶定律
2、热导率
热导率定义式可由傅里叶定律导出：
Q
A dt dn
的物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量 ，是表征物质导热能力的一个物性参数，↑，导热越快。导热系 数的大小与物质的组成、结构、温度和压强有关。
反应器等高（低）温设备，需要采取绝热措施，其目的 在于减少热（冷）量的损失，以提高换热操作的经济效 益；可维持设备正常的操作温度，保证生产在规定的温 度下进行；可降低车间的操作温度，改善劳动条件。
为此，在设备的外壁包上一层导热系数较小的绝热 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。
单项 成绩
能渗透到 学习、训
练环节
能较好地 在学习、 训练环节
中体现
基本能体 现在学习、 训练环节
团队合作 意识薄弱
无团队合 作精神
理论知识准备
一. 热传导——傅里叶定律和热导率 二.保温材料及其性能 三. 傅里叶定律的应用 四.传热基本方程式 五.热负荷的确定 六.传热推动力的计算——平均温度差 七.对流传热 八.总传热系数K的计算 九. 传热面积的确定
我国相关部门规定：凡是表面温度在50℃以上的热设备或管 道以及制冷系统的设备和管道，都必须进行保温和绝热处理， 即在设备和管道的表面敷以导热系数较小的材料，构成总热阻 较大的多层壁的传热结构以达到降低传热速率、减少热损失的 目的。
3、保温结构的构成 （1）通常使用的保温结构由保温层和保护层构成。 （2）保温层是由石棉、陶瓷棉、膨胀珍珠岩、超细玻璃棉、 海泡石（硅酸钙绝热制品）、岩棉、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫 等导热系数小的材料构成，它们被覆盖在设备或管道的表面，构 成保温层的主体。
（3）保护层
保护层在保温层外面，由铁丝网加油毛毡和玻璃布或石棉水泥混浆构成， 其作用是为了防止外部的水蒸气及雨水进入保温层材料内，造成隔热材料变 形、开裂、腐烂等，从而影响保温效果。
（4）超细玻璃棉 玻璃纤维易吸收水分，不适于用于低温环境，也不适于用于 540℃以上的温度 （5）膨胀珍珠岩 膨胀珍珠岩是耐高温管状和块状绝缘材料，具有较强的腐蚀抑
1
态度
权重 5%
2
任务单质量
25%
3
分析问题 的能力
10%
4
化工资料、手 册的查阅能力
10%
换热器的参数
5 确定及计算能 20%
力
6
换热器的选型 能力
20%
7
团队合作意识， 遵守纪律
10%
合计总 分
评分标准
90-100
80-89
70-79
60-69
《59
出勤；积 极组织并
参与
出勤；积 出勤；参
极参与
案例：某工厂需要将50m3/h液体苯从80℃冷却到35℃，拟用 冷却水冷却，当地冬季水温为5℃，夏季水温为30℃。要求通 过管程与壳程的压力降不大于10kPa,试对其换热器进行型号 的初选。
任务三、四完成情况考核评分表 项目号__________ 班组号_______ 姓名___________
序号 考核内容
任务三 列管换热器的初步选型
任务3-1 载热体输送管道的保温 任务3-2 了解列管换热器的选择设计步骤 任务3-3 列管换热器型号的初选
布置任务
根据任务一中确定的某一产品的工艺流程，选择某一换 热器进行选型（最好是列管换热器）。并对此换热器换热系 统中的载热体输送管道进行保温，选择保温材料并确定保温 层的厚度。
导热系数的大小顺序：（金属固体）＞ （非金属固体）＞ （液体）＞ （气体）
（1）固体的导热系数
对于大多数均质固体，在一定温度范围内其λ值与温 度呈线性关系： λ＝λ0（1＋at）。
大多数纯金属的热导率随温度的升高而降低。金属的 热导率大多随其纯度的增高而增大。
非金属固体的热导率随密度的增大或温度的升高而 增大。 （2）液体的导热系数
与
请假； 参与
旷课；基 本不参与
准确；条 理清晰； 版面清楚
基版本面准清确楚；基本准确； 准版确面率清低楚；
准确率低； 版面不清
楚
准确；思 路清晰
准确
基本准确；
分析到基 本内容
分析错误
能迅速准 确查到所 需资料与
数据
能准确查 到所需资 料与数据
基本能查 到所需资 料与数据
能查阅简 单资料
不能查资 料
二.保温材料及其性能
1、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。
2、设备和管道的绝热保温 在化工生产中，对于温度较高（或较低）的管道和
制性能。由于其强度高，热传导率低并且经久耐用，所以是一种 可以应用于大多数高温管道和设备的杰出产品。
（6）硅酸钙绝热制品 本世纪40年代，硅酸钙绝热制品首先在美国问世，硅酸钙绝 热制品在众多的保温材料中具有在中高温范围的庆用中抗压强 度高，导热系数小，施工方便，可反复使用等优点，所以硅酸 钙行业发展迅速。硅酸钙在含湿气状态下，易存在腐蚀性的氧 化钙，并由于长时间内保有水分，不易在低温环境下使用。 （7）岩棉（矿物棉） 取材于玄武岩，一种火山岩，其纤维密度高而且渣球含量低， 在高温热控制和耐火性的应用方面有着极佳的性能。存在吸水 性，不宜用于低温环境，只用于不存在水分的高温环境下。
一. 傅立叶定律和热导率
1、傅立叶定律 在一个质量均匀，化学性质 稳定的固体平壁内，如图所 示，当壁面两侧的温度为
t1>t2时，热量将以热传导
的方式从高温壁向低温壁传 递。实验证明，在稳定导热 时，单位时间内通过壁面的 传热量（称为wenku.baidu.com热速率）与 温度梯度以及垂直于热流方 向的等温面面积成正比。
t1 t2