传热过程
简介化工生产中,无论是化学过程 还是物理过程,几乎都需要热量的引入和导出.例如在绝大多数化学反应过程和物理过程都是在一定温度下进行的,为了使物系达到并保持指定的温度,就要预先对物料进行加热或冷却,并在很多过程进行时,也要及时取走过程放出的热量或补充过程吸收的热量.
传热是化工生产中的一个重要,基本的过程.
因此,传热操作也是化工生产中的一个重要的单元操作,传热设备在化工厂设备投资中占有很大比例.约1/4---1/3.
传热与热力学是两门学科,即有联系又有区别.
热力学— 研究物质的平衡状态,确定系统从一种状态变为另一种平衡状态所需能量的总和.
传热学— 能量(热量)的传递规律.
传热问题要将能量守恒与传热速率两者结合解决.
目的1,强化传热 尽量使传热速率加快.
2,削弱传热 尽不传热,减少热损失.
不论是什么目的,都要求掌握热量传递的基本原
理和规律.
传热类型及热量传递方式1,化工生产中传热有两种类型:
间歇传热 不稳定的传热过程,有能量积累.
连续传热 稳定传热过程,无能量积累,也
称为定态传热过程
2,热量传递的方式有三种:
热传导(导热)conduction heating
物系中质点不发生相对位移,仅借质点(微团,分子,原子和自由电子)等微观粒子的振动,自由电子的运动等进行热量传递的过程.典型的例子是固体的传热.
热对流(对流) convection heating
物系中质点发生相对位移(质点运动)进行热量传递的过程.对流发生有两种情况:
自然对流 由于物系内部温度不同引起密度不同而使质点产生相对运动.(Natural convection)
强制对流 借助外界机械搅拌或机械作用使质点相 对移动.(Forced convection)
热辐射 由于温度不同,以场形式进行热量传递的过程(radiation)
冷热介质及接触方式1,冷,热源(P210)
热源:
电热 应用范围广,温度范围宽.
饱和水蒸汽 最常用,不超过180℃(1MPa)
烟道气 700 ℃以上,传热慢,不易控制.
高温载热体 矿物油,熔盐等,180 ℃ --540℃
冷源:
水,空气,冷冻盐水等
2,三种传热介质的接触方式(P206)
直接接触式换热 传热时两种介质接触,混合
气--气,气—液,气—固
蓄热式换热 交替进行,部分混合
气—气,气—固
间壁式换热 传热时两种介质不接触,不混合
(最常用) 气--气,气—液,气—固
典型换热设备工业上用于传热过程的基本设备称为换热器.在化工生产中,最常见的是两流体间的热交换.
而且多是间壁式换热,两流体不接触,不混合.
冷热两流体在传热是被固体壁面(传热面)所隔开,两流体分别在壁画两侧流动.
典型的换热器有套管式换热器和列管式换热器. 最简单的套管换热由直径不同的两根同心管套在一起构成.
两流体传热时,可有相变,也可无相变.无相变时传递的热量主要是显热,有相变时,主要是潜热,同时也可能有显热.
根据热力学第二定律,凡是有温差存在的地方,就必须发生热量的传递过程.传热过程的推动力是温度差,热量传递和热量衡算是传热计算的基础.