刘越盟-传质与传热论文.doc

学院：石油化工学院 班级：化工1101 姓名：刘越盟学号：1201105202014年10月 传热与传质综述 化工1101班 120110520 刘越盟摘要：传热学就是研究由温差引起的热量传递规律的科学，混合物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转移的过程叫做传质。而传质与传热学则是研究传热的基本理论以及传质基本过程，热质交换设备，传热传质强化，气体吸收和填料塔，湿法脱硫技术的介绍等等相关的内容。关键字：传热与传质，换热器，填料塔，湿法脱硫系统传热与传质学的研究背景传热学就是研究由温差引起的热量传递规律的科学。在我们生活的大千世界中发生着各种各样的过程，其中热能的传递是与人类的生存关系最密切的物理关系之一：从现代楼宇的的暖通空调到自然界的风霜雪雨的形成，从航天飞机重返大气层时壳体的热防护到电子器件的有效冷却，从一年四季人们的穿着变化到人类器官的冷冻储存，无不与传热过程密切相关。混合物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转移的过程叫做传质。在含有两种或两种以上组分的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每一种组分都有向其低浓度方向转移，已减弱这种浓度不均匀的趋势。而传质与传热学则是研究传热的基本理论以及传质基本过程，热质交换设备，传热传质强化，气体吸收和填料塔，湿法脱硫技术的介绍等等相关的内容。传热与传质在动力、化工、制冷、建筑、环境、机械制造、新能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料、军事科学与技术、材料学，生命科学与生物技术等方面都有着广泛的运用。传热与传质是一门实践性很强的一门科学，常称工程传热与传质学。总之，传热与传质与我们的生活息息相关，学好并掌握传热与传质的基本理论完全是有必要的。由于受血液灌输的影响，其温度场分布与普通材料有所不同。Pennes方程7考虑了血液灌输率，因此较传统传热方程更为准确的描述了皮肤温度场分布。综上，用考虑热波效应的Pennes方程求解皮肤温度场分布更为准确。苟晨华、蔡瑞贤等8给出了当时考虑热波效应的Pennes方程的通解，但其所需的热物性条件过于特殊。F.Xu, K.A.Seffen, T.J.Lu9及刘静10等也给出了一些考虑热波效应的Pennes方程的解析解，然而这些解析解多为模态化解而需要较为特殊的物性或边界条件。.zen11通过数值计算考虑热波效应的Pennes方程，模拟了血液灌输率对皮肤温度场的影响，但未给出解析解或实验验证。本文给出了稳定的第一类条件下考虑一阶热波效应的Pennes方程的解析解，将第一类边界条件下皮肤各点温度变化分为了5个阶段。该解不需要特殊的物性条件，因而较原有的解析解具有更普遍的生物意义。此外，本文用精确地解析解检验了文献11的数值模拟解。传热与传质研究的基本理论以及研究现状传热与传质学分为传热学以及传质学两大部分。传热学又可以分为热传导，热对流以及热辐射三大部分。热质交换设备及传热传质的强化是我们首先必须了解的课题之一。换热器的选择要根据实际和理论来考虑各个方面的因素：首先，了解换热任务，掌握基本数据及特点，例如冷热流体的流量、进出口温度、操作压力，冷热流体的特性参数，冷热流体的工艺特点、腐蚀性等。第二，确定换热器型式，决定流体流程，需要把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，提高流速以增大对流换热系数的流体走管程，且腐蚀性流体走管程，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，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。想要强化传热就必须依靠增大传热面积，增大平均温差，增大传热系数这三个基本原则。无论什么样的传热过程都有以下几点共性：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；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；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。这些共性无论是在流流相间的传质或着流固相间的传质中都存在着。本文给出了稳定的第一类边界条件下，考虑热波效应的Pennes方程的解析解。发现了考虑热波效应时，热量传播前沿温度的阶跃变化，因此在热量传播的前沿存在由一个温度变化区和未变化区的分界线：温度不连续的分界线。热松弛时间越长，则这种阶跃变化越剧烈；而血液灌输率越大，这种阶跃变化越微弱。在皮肤表面这样不需要考虑血液灌输的地方，同文献5，当热量传播时间超过热松弛时间的10倍或曰无量纲热松弛时间不到0.01时，这种阶跃变化可以忽略。本文通过解析解，检验了文献11通过数值模拟得到的血液灌输率越大，则皮肤各点温度变化变慢的结论。通过本文所得的解析解，将考虑热波效应时，第一类边界条件下皮肤各点温度变化分为了初始未变化阶段、阶跃变化时刻、线性变化阶段、变化放慢阶段以及新的稳态阶段共5个阶段。此外，本文还发现了，考虑热波效应时，即使在均匀、稳定的第一类边界条件下，纵使达到新的稳定状态以后，皮肤各点仍具有不同温度：在皮肤表面如表皮层，或靠近灼伤/冻伤中心处，温度接近边界温度；而在皮肤内部如真皮层，或远离灼伤/冻伤中心处，温度接近动脉温度；而血液灌输加剧了新稳态下温度从边界温度向动脉温度的变化。典型利用传质过程的设备有填料塔和板式塔。填料塔结构简图以及压降和空塔气速的关系如下，而板式塔的结构简图有以下两种类，例如： 气体的吸收与填料塔的计算也是研究传热与传质所必须了解的课题。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）。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。吸收与解析流程如下图。 而且吸收剂的选择也有很多的要点，不能想当然，例如，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。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。吸收的相平衡主要遵守亨利定律，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。气体在液体中的溶解度如下图所示，而填料塔吸收塔的计算则根据的是质量守恒定律，如图所示传热与传质学的发展随着科学技术的大力发展，由于环境，能源，技术，原料等各个方面的因素，湿法脱硫技术应而生。脱硫工艺在燃烧过程中所处位置有以下几种：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 。随着湿法脱硫技术的逐渐成熟，它具备了技术成熟、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等等优点。但是同时，在以下几个方面还欠成熟；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。 湿法脱硫技术的使用原理有吸收、氧化、结晶等：l 吸收：SO2+H2O = H2SO3 = H + HSO3l 氧化：H+HSO3+ （1/2）O2 = 2H2O + SO42-l 结晶：CaCO3 + 2H = Ca2 + H2O + CO2l Ca2+ SO42-+ 2 H2O = CaSO42 H2O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辅助设备系统等构成了湿法脱硫系统，且它的工艺原理有为保持固体颗粒的悬浮，配有足够数量的搅拌器；石膏浆液排至石膏脱水系统。配有真空皮带过滤机，以使石膏的品质满足工业应用的要求。真空皮带过滤机中滤出的滤液经收集后在FGD系统中循环使用。一部分滤液被送至F