传热与传质(1)

传热与传质,主讲：何叶从能源与动力工程学院,热质交换设备及传热传质强化,一、换热器选择,选择换热器首先要考虑的事项： （1）了解换热任务，掌握基本数据及特点。 冷热流体的流量、进出口温度、操作压力等。 冷热流体的特性参数。 冷热流体的工艺特点、腐蚀性等。,一、换热器选择,（2）确定换热器型式，决定流体流程。 不清洁的流体或易结垢、沉淀、结晶的流体走管程，管程易清洗。 需提高流速以增大对流换热系数的流体走管程。 腐蚀性流体走管程，避免对壳体和管束同时腐蚀。 压力高的流体走管程，管子耐压性好。 饱和蒸气宜走管程，便于排出冷凝液。 粘度大的走壳程，可在低Re达到湍流。 需要冷却的流体走壳程，便于散热。,一、换热器选择,流体定性温度，获得物性参数。 由传热任务计算热负荷。 适当选择换热器型式，计算对数平均温差。 选取总传热系数，估计传热面积，试选适当规格型号的换热器。 核算总传热系数，分别计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻。 比较计算的K值与估算的K值至适当差值。 根据核算的K值计算传热面积，取1020%的裕量。,二、强化传热,增大传热面积 增大平均温差 增大传热系数,三、传质过程及设备简介,一、传质过程 1、流体相间的传质过程 气液相：气体的吸收，液体蒸馏、气体加湿等 液液相：在均相液体混合物中加入具有选择性的溶剂，系统形成两个液相，由于原溶液中各分在溶剂中溶解度不同，它们将在两个液相间分配，发生相间传质，即液液萃取。,三、传质过程及设备简介,2、流固相间传质 气相固相 固体干燥、气体吸附等 液相固相 液体结晶、固体浸取、液体吸附和离子交换等,3、传质过程的共性,A、传质方式及历程 物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散。 B、传质过程的方向及极限 一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系。 条件的改变可破坏原有的平衡态。,3、传质过程的共性,C、传质过程推动力和速率 平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。单位时间，单位相接触面上传递的物质的量，mol/(.s). 传质速率等于传质系数乘以传质推动力。,三、传质过程及设备简介,1、填料塔,填料,填料塔内流体力学状态,板式塔,传热与传质,主讲：何叶从能源与动力工程学院,气体的吸收与填料塔的计算,1、概念,吸收是用于分离气体混合物的常见单元操作，根据气体混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的不同使它们分离，吸收操作所用的液体为吸收剂（S），被溶解吸收的组分为吸收质（A），不被吸收的组分为惰性组分（B）。,吸收与解析流程,例如：炼焦过程的副产品煤焦油（洗油）回收焦炉煤气内含有的少量苯、甲苯类低碳氢化合物。,吸收剂选择要点：,对吸收质有较大的溶解度； 对所处理气体必须有较高的选择性； 吸收质在吸收剂中的溶解度，应随温度的变化有较大的差异，便于吸收剂再生； 蒸气压力要低，减少吸收和再生过程中的挥发损失； 化学稳定性好，粘度小，价廉、易得、无毒、不易燃烧。,2、吸收的相平衡,2.1气体在液体中的溶解度 在一定温度、压力下，混合气体与一定量吸收剂共存并充分接触时，吸收质在气液两相中的分配将趋于稳定，当吸收剂中中吸收质浓度达到饱和时，达到相平衡。 影响吸收过程的因素有温度、总压和气相和液相组成。总压不大时，其变化几乎不影响平衡溶解度，仅随温度和吸收质在气相的组成而变化。 加压和降温均可提高溶解度，温度影响尤其明显。 易溶气体所需分压较低，难溶气体所需分压较高。,2、吸收的相平衡,2.2亨利定律 总压低于0.5MPa时，吸收质在稀溶液上方的气相平衡分压与其在液相中的摩尔分数成正比，比例系数为E。 不同的吸收质，亨利系数越大，越难溶解，同一吸收质，温度升高，亨利系数增大，溶解度下降，反应气体溶解的难易程度。,2、吸收的相平衡,3、填料吸收塔的计算,质量平衡,3.1吸收操作曲线,3.2、液气比变化的影响,3.3、吸收塔最小液气比,3.4传质单元高度和传质单元数,传热与传质,主讲：何叶从能源与动力工程学院,专题讲座：湿法脱硫技术讲座,1、脱硫方法简介,按脱硫工艺在燃烧过程中所处位置： 燃烧前脱硫：洗煤、煤的气化和液化。 燃烧中脱硫：循环流化床锅炉。 燃烧后脱硫：烟气脱硫，石灰石/石膏湿法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙加尾部烟道增湿活化烟气脱硫、海水烟气脱硫、电子束照射加喷氨烟气脱硫、气体悬浮吸收脱硫、一体化烟气脱硫工艺（NID）、回流式烟气循环流化床等,2、湿法脱硫工艺特点,优点： 技术成熟、可靠，国外应用广泛，国内也有运行经验。 脱硫效率高 =95%。 适用于大容量机组。 吸收剂价廉易得。 系统运行稳定、煤种和机组负荷变化适应性广。 脱硫副产品石膏可以综合利用。,2、湿法脱硫工艺特点,缺点： 系统复杂、运行维护工作量大。 水消耗较大，存在废水处理问题。 系统投资较大、运行维护费用高、装置占地面积也相对较大。,3、反应原理,吸收：SO2+H2O = H2SO3 = H + HSO3 氧化：H+HSO3+ （1/2）O2 = 2H2O + SO42- 结晶：CaCO3 + 2H = Ca2 + H2O + CO2 Ca2+ SO42-+ 2 H2O = CaSO42 H2O,4、湿法脱硫工艺系统简介,系统构成： SO2吸收氧化系统即吸收塔系统、烟气系统、吸收剂制备系统、石膏脱水系统、废水处理系统。,4、湿法脱硫工艺系统简介,系统各部分关系： 吸收塔系统是核心， SO2的脱除，中间产物的氧化和副产物石膏浆的结晶全部在吸收塔中完成。 其它系统则是为吸收塔系统提供服务，而且根据要求不同，其它系统或可以简化，或可以取消。,4、湿法脱硫工艺系统简介,取消石膏脱水系统，则为石膏抛弃法，废水处理系统也相应取消， 烟气系统的简化主要在于烟气再热器的取舍，而吸收剂制备系统的简化则是取消石灰石磨制设备（球磨机），直接购买石灰石粉进行配制浆液。,5、湿法脱硫系统示例,5.1、系统构成：,吸收塔系统、烟气系统、石灰石输送系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、FGD辅助设备系统,5.2、工艺原理,吸收塔系统每炉一套。就地强制氧化湿法石灰石石膏脱硫工艺。 在吸收塔内，浆液中的碳酸钙与从烟气中捕获的二氧化硫发生化学反应，生成亚硫酸钙。 脱硫并除尘后的净烟气经除雾器除去气流中夹带的雾滴及灰尘颗粒。向吸收塔内收集的浆液中喷射空气，将亚硫酸钙就地氧化为硫酸钙（石膏