模块传热操作

1、模块三 传热操作 化工单元操作 项目项目1 认识换热器认识换热器 在化工生产中，常常需要对原料进行加热或冷却； 在化学反应中，需要及时移出或补充热量以保持最佳反应 温度； 某些单元操作（如蒸发、蒸馏和干燥等）需要输入或输出 热量，以保证操作的正常进行。 设备和管道的保温，生产过程中热量的综合利用及余热回 收等都涉及传热问题。 换热器是用来进行物料之间热量传递的设备，它在设备投 资和能量消耗方面均占有很大的比例。 实训任务 认识列管式换热器，熟悉其结构，并拆装管箱。 实训过程 初步认识观察详细结构拆装换热器管箱 察看材质分析加工方式察看安装方式 检查评价 学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据

2、的 准确性，选出最佳操作人员。 一、换热器的分类一、换热器的分类 1按其用途换热器分为哪几类？ 2按其作用原理换热器分为哪几类？应用于什么场合？ 3按传热面的形状和结构换热器分为哪几类？ 自学、讨论自学、讨论 1列管式换热器（管壳式换热器） 是一种通用的标准换热设备，应用广泛，占主导地位。 特点：结构简单、坚固耐用、用材广泛、清洗方便、适用 性强。 二、间壁式换热器结构二、间壁式换热器结构 1列管式换热器 多管程换热器：流体在管束内来回流过多次，改善换热器 的传热。常见的有二、四管程。 在壳体内可安装折流挡板，使壳程流体造成扰动，以改善 壳程传热。 1列管式换热器 2对照实物或图片，各种换热器

3、的结构、特点及适用场合。 套管式换热器 自学、讨论自学、讨论 2对照实物或图片，各种换热器的结构、特点及适用场合。 蛇管式换热器 自学、讨论自学、讨论 2对照实物或图片，各种换热器的结构、特点及适用场合。 夹套式换热器 自学、讨论自学、讨论 2对照实物或图片，各种换热器的结构、特点及适用场合。 螺旋板式换热器 自学、讨论自学、讨论 2对照实物或图片，各种换热器的结构、特点及适用场合。 翅片式换热器 自学、讨论自学、讨论 2对照实物或图片，各种换热器的结构、特点及适用场合。 平板式换热器 自学、讨论自学、讨论 2对照实物或图片，各种换热器的结构、特点及适用场合。 板翅式换热器 自学、讨论自学、讨

4、论 3热管换热器 由热管束构成，中间用隔板把冷热流体隔开。传热元件是 热管，它是在一根密闭的金属管内充以工作液，紧靠管内 壁处装有纤维状多孔物质，称为吸液芯。 3热管换热器 热管沿轴向分为三段：蒸发段、绝热段和冷凝段。在蒸发 段，当热流体从管外流过时，热量通过管壁传给工作液， 使其汽化；蒸气在压差作用下，沿管子轴向流动，在冷凝 段向冷流体放出潜热而凝结；冷凝液在吸液芯内流回热端， 再从热流体处吸收热量而汽化。如此反复循环，热量便不 断地从热流体传给冷流体。 特点：结构简单，蒸汽流动阻力小，管壁温度均匀，工作 可靠，使用寿命长。适用于气-气、气-液和液-液间的换热， 应用范围广。 【作业】 复习

5、题 项目项目2 测定套管式换热器的总传热系数测定套管式换热器的总传热系数 传热系数是描述传热过程强弱的物理量，传热系数越大， 则传热效果越好。 总传热系数是评价换热器传热性能的重要参数，也是对传 热设备进行工艺计算的依据。 实训任务 测定套管式换热器的传热数据，并计算传热系数。 实训过程 检查准备开车记录流量传热操作及 数据读取停车 检查评价 学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的 准确性，选出最佳操作人员。 一、传热的基础知识一、传热的基础知识 传热的三种基本方式： 热传导：发生在固体内部或直接接触的物体之间 对流传热：利用流体质点在传热方向上的相对运动将热量 由一处传至另一处。 辐射传

6、热：不通过介质传热。 1热传导（导热） （1）导热的基本定律傅里叶定律 均匀固体组成的单层平壁， 导热速率可表示为传热推动力与传热阻力之比 在温度差一定时，提高导热速率的关键在于减小导热热阻。 导热壁面越厚、导热面积和导热系数越小，其热阻越大。 多层平壁导热过程的导热速率： 12 () A Qtt 12 ttt Q R A 14 312 123 ttt Q R AAA 【例3-1】某平壁厚0.4m，内、外表面温度为1500和300，壁材料导 热系数 0.8150.00076tW/（m）,求通过每平方米壁面的导热速率。 解 已知 t1=1500, t2=300 壁的平均温度 壁的平均导热系数为：

7、 W/（m） 故 W/m2 12 1500300 900 22 tt t 0.8150.00076 9001.50 12 1500300 4500 0.40 / 0.15 1 tt Q A （2）导热系数 导热系数是表征物质导热性能的一个物性参数，通常由 实验测定， 越大，导热性能越好。 金属的导热系数最大，固体非金属次之，液体的较小， 而气体的最小。 在导热过程中，固体壁面温度沿传热方向发生变化，其 导热系数也相应变化，通常使用平均导热系数，即取壁 面两侧温度下 的平均值或平均温度下的 值。 （3）圆筒壁中的导热 与平壁热传导不同点是导热面积沿着半径的方向逐渐变化。 单层圆筒壁导热速率公式为

8、 12 2 1 () 2 ln tt QL r r 【例3-2】382.5mm的钢管用作蒸汽管，在管外保温。第一层是50mm 氧化镁粉，平均导热系数为0.07 W/（m）；第二层是10mm石棉层， 平均导热系数为0.15 W/（m）。若管内壁温度为160。石棉层外表 面温度为30，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度。 解：三层圆筒壁传热 已知： , W/（m）, W/（m） 查钢管的导热系数 W/（m） 所以 14 342 312 123 lnlnln 222 ttQ rrr L rrr 1 160t 4 30t 1 16.5mmr 2 19mmr 3 195069mmr 4 69 1

9、079mmr ， ， ， 2 0.07 3 0.15 1 45 4 1603016030 42.3W/m 196979 4.99 102.930.144 lnlnln 16.51969 24520.0720.15 Q L 4 3 334 3 ln 42.3 0.1446.07 2 r rQ ttt L 34 6.07306.0736.07tt 2对流传热 在间壁式换热器内，热量自热流体传至固体壁面，或自固体 壁面传至冷流体，传热方式既有对流又伴随热传导，工程 上把流体与壁面之间的热量传递统称为对流传热，又称给 热。 （1）对流传热的温度分布 当流体沿壁面作湍流流动时， 在靠近壁面处总有一层流内

10、 层存在，在层流内层和湍流 主体之间有一过渡层。 在湍流主体内，靠涡流传热， 热阻很小，传热速率极快。 而在层流内层中，靠热传导 进行，热阻较大。 热阻主要集中在层流内层中， 减薄层流内层的厚度是强化 对流传热的重要途径。 （2）对流传热的基本方程牛顿冷却定律 在传热面积和流体与壁面间温度差一定的情况下，增大对流 传热膜系数，便可以提高对流传热速率。 QA t t R = （3）对流传热膜系数 越大，说明对流强度越大，对流传热热阻越小。 影响因素： 对流的成因 流体的性质 相变情况 有相变时流体的较无相变时的为大。 流体的运动状态 流体的湍动程度越高，层流内层的 厚度越薄，越大。 传热壁面的形

11、状、布置及尺寸 1传热基本方程 QKAtm 二、换热器的计算二、换热器的计算 m Q A K t 2换热器的热负荷 （1）热负荷与传热速率 传热速率是换热器单位时间内能够传递的热量，是换热器 的生产能力，热负荷是换热器的生产任务。 换热器的传热速率须大于至少等于其热负荷。 （2）热负荷的确定 对于间壁式换热器 QhQc 热负荷确定方法： 焓差法 Qhqmh（H1H2） Qtqmc（h2h1） 显热法 换热过程中没有相变化，且流体的比热容可视为常数时， Qhqmh Cph（th1th2） Qc qmcCpc（tc2tc1） 潜热法 若流体在换热过程中仅仅发生恒温相变， Qhqmh rh Qc q

12、mc rc 3传热平均温度差 冷、热两流体在传热过程中的温度变化情况不同，传热平 均温度差的大小及计算也不同。 （1）恒温传热时的平均温度差 当两流体在换热过程中均发生相变时，热流体温度T和冷 流体温度t始终保持不变，称为恒温传热。 tthtc （2）变温传热时的平均温度差 一侧流体变温传热 两侧流体变温传热 传热平均温度差 12 m 1 2 ln tt t t t 【例3-3】列管式换热器内热流体由180冷却到140，冷流体由60上 升到120。若冷流体流量为4000kg/h，平均比热容为3kJ/（kg）分别 计算：（1）两流体做逆流和并流时的平均温度差；（2）若传热系数K均 为280 W/

13、（m2），求两流体做逆流和并流时所需换热器的传热面积。 解：（1）传热平均温度差 逆流时 热流体温度 180140 冷流体温度 12060 两端温度差 60 80 所以 并流时 热流体温度 180140 冷流体温度 60120 两端温度差 120 20 所以 12 m 1 2 8060 69.5 80 lnln 60 tt t t t 12 m 1 2 12020 55.8 120 lnln 20 tt t t t （2）所需传热面积 热负荷 W 逆流时 并流时 35 21 4000 ()3 10(12060)2 10 3600 mp Qq Ctt 5 2 m 2 10 10.3m 280 6

14、9.5 Q A K t 5 2 m 2 10 12.8m 280 55.8 Q A K t 4总传热系数 传热系数越大，传热热阻越小，则传热效果越好。 （1）总传热系数的计算 间壁式换热器 oo oiimo 11dd Kdd （2）总传热系数的现场测定 现场测定有关的数据（如设备的尺寸、流体的流量和进出 口温度等）； 根据测定数据求得传热速率Q、传热温度差tm和传热面积 A； 由传热基本方程计算K值。 （3）总传热系数的经验值借助工具手册选取 【作业】 复习题 计算题 项目项目3 换热器的操作换热器的操作 换热器是化工生产中的主要设备之一，可以用于加热、冷却、 冷凝等不同场合。 只有规范正确地操作，才能使其安全运行，发挥更好的效能。 实训任务 练习列管式换热器的启动、正常运行和停车操作，常见故障 的判断与排除，以及维护保养。 实训过程 检查准备开车传热操作停车 检查评价 学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准 确性，选出最佳操作人员。 一、列管式换热器的选型一、列管式换热器的选型 1列管式换热器选型时需考虑的问题。 （1）流动空间的选择原则是什么？ （2）流速的选择需考虑哪些方面？ （3）加热剂（或冷却剂）进、出口温度如何确定？ （4）管