资源简介

(共39张PPT)
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《化工单元操作》
3 传热
3.1预备知识
3.2认知传热装置的工艺流程
3.3传热装置的开停车
3.4换热器的切换
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3.3 传热装置的开停车
3.3.1 间壁传热
3.3.2 换热器操作
冷、热流体在间壁式换热器内被固体壁面隔开，分别在壁面两侧流动，热量由热流体通过壁面传给冷流体的过程。
Q
冷流体
热流体
管壁
T1 ↓
T2↑
热传导
热对流
热对流
内侧
外侧
3.3.1 间壁传热
1. 传热速率方程（传热基本方程）
Q——传热速率，W；
K——传热系数，W/(m2·K)；
A——传热面积，m2；
Δtm——换热器的传热推动力，
或称传热平均温度差，K；
间壁式换热器的传热速率与传热面积、传热推动力（平均传热温差）、总传热系数成正比。
已知一外径为100mm、内径为80mm的金属管，输送某一热的物料，此时金属管内壁温度为400K，外壁温度为280K，每米管长的散热速率为4545W。求该管材的热导率。
2. 平均传热温度差
换热器传热过程中各传热截面的温差各不相同，取某个平均值作为整个换热器的传热推动力，称为平均传热温度差（平均传热推动力），用Δtm表示。
Δtm=T－t
恒温传热：当两流体在换热过程中均只发生相变时，热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不变。
变温传热：间壁一侧或两侧的流体温度沿换热器管长而变化。
△t1、△t2－－分别为换热器两端 热、冷流体温度差，K。
当△t1/△t2≤2时，Δtm = (△t1+△t2)/2
在冷、热流体的进、出口温度完全相同的情况下，逆流传热的温差大，即推动力大，所需的传热面积小，传热效果好，而并流正好相反。
3.总传热系数
Q
冷流体
热流体
管壁
T1 ↓
T2↑
热传导
热对流
热对流
内侧
外侧
表示单位传热面积、单位传热温差下的传热速率，用K表示，单位为W/(m2·K)，反映了传热过程的强度。
生活中传热现象讨论：
加快了传热速率
为什么暖气片要做出多层片状？
为什么窑洞或老房子冬暖夏凉？
减慢了传热速率
保温瓶和保温杯可以保温
下列现象中传热是加快了还是减慢了？
摩托车气缸做成许多片
下列现象中传热是加快了还是减慢了？
冰棍箱子上盖着棉被
下列现象中传热是加快了还是减慢了？
同样的冬天，骑车比走路更感觉冷
下列现象中传热是加快了还是减慢了？
冬天在板凳上加个棉垫更舒服
下列现象中传热是加快了还是减慢了？
想在更短时间把水烧开，把电磁炉温度调高
下列现象中传热是加快了还是减慢了？
传热面积
传热温差
传热系数
化工生产中的强化传热和削弱传热
传热基本方程：
传热速率
讨论：
为了提高或降低传热速率，能采取什么措施？
提高传热速率——强化传热/增强传热
降低传热速率——削弱传热
1）增大传热面积
高效内-外翅片传热管
内翅片传热管
外翅片传热管
强化传热途径
螺旋折流板换热器
1.强化传热的基本途径
1）增大传热面积
2）提高传热推动力（传热温差 ）
物料温度（工艺条件决定）
加热剂或冷却剂（不同选择）
流动形式（逆流/并流）
1.强化传热的基本途径
3）提高传热系数——降低总热阻
管
内
侧
对
流
热
阻
管内污垢热阻
壁面导热热阻
管外污垢热阻
管
外
侧
对
流
热
阻
+
+
+
+
总热阻
=
1.强化传热的基本途径
Q
管壁
热传导
热对流
热对流
内侧
外侧
管壁控制
管
内
侧
对
流
热
阻
管内污垢热阻
壁面导热热阻
管外污垢热阻
管
外
侧
对
流
热
阻
+
+
+
+
总热阻
=
采用热导率较大的材料
管
内
侧
对
流
热
阻
管内污垢热阻
壁面导热热阻
管外污垢热阻
管
外
侧
对
流
热
阻
+
+
+
+
总热阻
=
对于金属管壁，刚投入使用时：
对流控制
关键是提高两侧的对流传热系数。
壁内侧对流热阻
壁外侧对流热阻
+
总热阻
=
较小
具体措施：
污垢控制
关键是减少污垢的形成，并及时清除污垢。
1）提高流体的流速和扰动，减弱垢层沉积；
2）加强水质处理，尽量采用软化水；
3）加入阻垢剂，防止和减缓垢层形成；
4）定期清除污垢（机械或化学方法）。
1）目的：
2）条件：
3）保温结构：
保温层（绝热层）和保护层
表面温度在温度50℃以上的设备或管道以及制冷系统的设备和管道。
设法降低用热设备与环境之间的传热速率。
2.削弱传热途径
4）保温材料的选择
橡塑绝热材料
热保温材料——温度<373K时，选用有机保温材料，
如碳化软木，塑料
——温度>373K时，选用无机保温材料，
如石棉制品、玻璃纤维制品
工业使用的玻璃棉
冷保温材料——主要使用塑料，特别是泡沫塑料。
泡沫塑料
5）保温层（绝热层）的施工方法
捆扎法
填充法
涂抹法
浇灌法
预制法
4. 热量衡算
（2）热负荷
（1）传热速率
（3） 热负荷与传热速率的关系
热负荷是生产上要求换热器单位时间传递的热量，是换热器的生产任务。
传热速率是换热器单位时间能够传递的热量，是换热器的生产能力，主要由换热器自身的性能决定。
为保证换热器完成传热任务，应使换热器的传热速率大于至少等于其热负荷。
1. 潜热的计算（有相变无温变）
流体温度不变而相态发生变化时吸收或放出的热量。
Qh = qmh rph
Qc = qmc rpc
qmh 、qmc ----热、冷流体的质量流量，kg/h；
rph 、rpc------ 热、冷流体的汽化潜热，kJ/kg。
潜热与显热
2. 显热的计算（有温变无相变）
流体在相态不变而温度变化时吸收或放出的热量。
Qh = qmh cph ( T1 - T2 )
Qc = qmc cpc ( t2 – t1 )
cph 、cpc ----热、冷流体的定压比热容，kJ/(kg.K)；
T1 、T2 -----热流体的进、出口温度，K；
t1 、t2 -----冷流体的进、出口温度，K。
Qh——热流体放出的热量，kJ/h或kW； Qc——冷流体吸收的热量，kJ/h或kW；
QL——热损，kJ/h或kW。
假如换热器绝热良好，热损可以忽略不计，则换热器的传热速率Q为：
热量衡算
3.3.2 换热器操作
1. 物料投入顺序
先预热后加热
投用：先通入接近环境温度的空气，再缓慢通入蒸汽
以蒸汽加热空气为例：
停用：先停蒸汽，待空气降温至接近环境温度时，再停空气
2. 物料流程选择
宜走管程的流体：
不清洁或易结垢的流体,宜走容易清洗的管程
腐蚀性流体宜走管程
压力高的流体宜走管程
对流传热系数明显小的流体宜走管程
毒流体宜走管程.
宜走壳程的流体：
饱和蒸汽宜走壳程
被冷却的流体宜走壳程
粘度大流体或流量小的流体宜走壳程.
①并流 参与换热的两种流体沿传热面平行而同向的流动。
②逆流 参与换热的两种流体沿传热面平行而反向的流体。
③折流 一流体只沿一个方向流动，另一流体反复来回折流；或者两流体都反复折回。（既存在并流，又存在逆流）
④错流 两种流体的流向垂直交叉。
3. 物料流动方向
并 流
【特点】
平行而同向
逆 流
【特点】
方向相反且平行
折流
【特点】
既存在并流
又存在逆流
错流
【特点】
两种流体的流向
垂直交叉。
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《化工单元操作》
3 传热
3.1预备知识
3.2认知传热装置的工艺流程
3.3传热装置的开停车
3.4换热器的切换
1. 常见故障及处理
故 障 产生原因 处理方法
振 动 1.壳程介质流动过快
2.管路振动所致
3.管束与折流板的结构不合理
4.机座刚度不够 1.调节流量
2.加固管路
3.改进设计
4.加固机座
管板与壳体连接处开裂 1.焊接质量不好 2.外壳歪斜，连接管线拉力或推力过大 3.腐蚀严重，外壳壁厚减薄 1.清除补焊 2.重新调整找正 3.鉴定后修补
管束、胀口渗漏 1.管子被折流板磨破 2.壳体和管束温差过大 3.管口腐蚀或胀（焊）接质量差 1.堵管或换管 2.补胀或焊接 3.换管或补胀（焊）
传热效率
下降 1.列管结垢
2.壳体内不凝气或冷凝液增多
3.列管、管路或阀门堵塞 1.清洗管子
2.排放不凝气和冷凝液
3.检查清理
3.4 换热器的切换
2. 换热器切换
备用换热器需预热
物料流量稳定
流体出口温度、压力稳定
切换平稳

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