传热与传质ppt课件

1、LOGO第六章第六章 传热与传质传热与传质 传热即热量传送，凡是有温度差存在的地方，必然有热的传传热即热量传送，凡是有温度差存在的地方，必然有热的传送，传热是极为普遍的一种能量传送过程，化学工业与传热送，传热是极为普遍的一种能量传送过程，化学工业与传热的关系尤为亲密。的关系尤为亲密。传热在化工消费中的运用：传热在化工消费中的运用：1 1、物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程。、物料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程。2 2、化工设备和管道的保温，以减少热损失。、化工设备和管道的保温，以减少热损失。3 3、消费中热能的合理利用，废热回收。、消费中热能的合理利用，废热回收。分类：按延续性按与时间的关系间

2、歇传热延续传热非稳态传热：传热速率常数，稳态传热：传热速率=常数， 传热的根本方式传热的根本方式热的传送是由于物体内部或物体之间的温度不同而热的传送是由于物体内部或物体之间的温度不同而引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律，引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律，热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部热总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部分，分， 或是温度较高的物体传给温度较低的物体。或是温度较高的物体传给温度较低的物体。 根根据传热机理的不同，传热的根本方式有热传导、对据传热机理的不同，传热的根本方式有热传导、对流和辐射三种。流和辐射三种。第一节第一节 聚合过程的传热问题

3、聚合过程的传热问题 聚合反响通常是放热反响，而聚合物聚合反响通常是放热反响，而聚合物的分子量及其分布又对温度非常敏感，的分子量及其分布又对温度非常敏感，因此传热是控制聚合过程的重要问题。因此传热是控制聚合过程的重要问题。传热速率与放热速率相等，才干使聚传热速率与放热速率相等，才干使聚合温度恒定。放热速率等于聚合速率合温度恒定。放热速率等于聚合速率与单体聚合热的乘积。与单体聚合热的乘积。 聚合速率在聚合过程中通常是变化的，并受引发剂聚合速率在聚合过程中通常是变化的，并受引发剂种类、浓度及单体浓度的影响。大致有减速、匀种类、浓度及单体浓度的影响。大致有减速、匀速、加速三种类型，其转化率时间曲线有如

4、图。速、加速三种类型，其转化率时间曲线有如图。 (1)减速型：如离子型聚合，缩聚反响，聚合速率随减速型：如离子型聚合，缩聚反响，聚合速率随单体浓度降低而降低单体浓度降低而降低 (2)加速型：自在基聚合在高转化阶段出现凝胶效应，加速型：自在基聚合在高转化阶段出现凝胶效应，出现自动加速景象，聚合速率呈出现自动加速景象，聚合速率呈3型变化，放热是型变化，放热是不均匀的，最高放热速率能够是平均放热速率的不均匀的，最高放热速率能够是平均放热速率的23倍。常用放热不均匀系数只表示放热特性。倍。常用放热不均匀系数只表示放热特性。(3)匀速型：假设引发剂半衰期运用得当，那么可到匀速型：假设引发剂半衰期运用得当

5、，那么可到达匀速反响。例如采用复合引发剂使聚合速率趋达匀速反响。例如采用复合引发剂使聚合速率趋向均一，也可逐渐或分批参与单体或催化剂使聚向均一，也可逐渐或分批参与单体或催化剂使聚合速率坚持平衡。合速率坚持平衡。 第二节第二节 搅拌聚合釜的传热方式搅拌聚合釜的传热方式 思索搅拌聚合釜的传热方式，首先要从聚合反响过程的特点出发。聚合反响往往要求严厉控制聚合温度、反响物料纯真不被污染、釜内常需处置高粘度易结垢的物料。因此，要求搅拌聚合釜传热安装的传热速率要高、构造简单、防止有易引起拉胶的粗腿外表及导致结垢的死角、易于清洗。传热方式常用间接传热。 l传热安装有夹套、内冷件、回流冷凝、体外循环传热安装有

6、夹套、内冷件、回流冷凝、体外循环冷却器等。冷却器等。 内冷件：在有衬里的聚合釜或釜壁采用导热性不内冷件：在有衬里的聚合釜或釜壁采用导热性不良的材质制造时良的材质制造时(例如搪瓷釜例如搪瓷釜)，因传热系数低不能，因传热系数低不能仅用夹套传热。大型聚合釜，由于单位体积的传仅用夹套传热。大型聚合釜，由于单位体积的传热面积较小，仅仅采用夹套传热也是不够的。为热面积较小，仅仅采用夹套传热也是不够的。为此除安装夹套外，还需附加釜内传热安装。在釜此除安装夹套外，还需附加釜内传热安装。在釜内安装内冷件，如内冷管和内冷挡板最常运用。内安装内冷件，如内冷管和内冷挡板最常运用。 详细内容详细内容: 回流冷凝器：当采

7、用夹套及釜内传热安装还不能满足传热要求时，那么可采用釜外传热方式。釜外传热可以分为两种， 一种是将釜内物料气相导出进展釜外循环热交换，另一种是液相导出进展釜外循环热交换。 a. 气相釜外循环热交换安装气相釜外循环热交换安装(回流冷凝器回流冷凝器)，是以蒸汽冷凝，是以蒸汽冷凝方式传热，传热系数高，传热面积不受容积限制，这是它方式传热，传热系数高，传热面积不受容积限制，这是它的优点。通常管内进物料蒸气，管外通冷却介质，以便了的优点。通常管内进物料蒸气，管外通冷却介质，以便了清洗。回流冷凝器的构造也应防止死角、管子及管板外表清洗。回流冷凝器的构造也应防止死角、管子及管板外表要光滑、管子不可伸出管板、

8、衔接处应密封以防物料被冷要光滑、管子不可伸出管板、衔接处应密封以防物料被冷却介质污染和破坏催化剂。用于聚合釜时，回流冷凝器经却介质污染和破坏催化剂。用于聚合釜时，回流冷凝器经留意防止单体在冷凝器中进展聚合而呵斥堵塞，不运用易留意防止单体在冷凝器中进展聚合而呵斥堵塞，不运用易挥发的催化剂或引发剂以防止带入冷凝器。用于乳液聚合挥发的催化剂或引发剂以防止带入冷凝器。用于乳液聚合时，要防止将泡沫带入回流冷凝器，为此在反响器上部应时，要防止将泡沫带入回流冷凝器，为此在反响器上部应留有足够的空间，一殷要求留出留有足够的空间，一殷要求留出0.6m的直边高度。的直边高度。 b. 体外循环冷却器：部分反响物料由

9、反响器中用体外循环冷却器：部分反响物料由反响器中用泵抽以，经外部冷却器冷却后再进入反响器。这泵抽以，经外部冷却器冷却后再进入反响器。这种液相外循热交换安装运用于聚合反响时，由于种液相外循热交换安装运用于聚合反响时，由于物料在换热器个温度下降物料在换热器个温度下降110左右，所以对要左右，所以对要求严厉控制反响温度的一类聚合反响就不宜采用。求严厉控制反响温度的一类聚合反响就不宜采用。悬浮聚合易呵斥结块也不宜采用。对胶乳的剪切悬浮聚合易呵斥结块也不宜采用。对胶乳的剪切稳定性高的乳液聚合可以采用体外冷风但对于剪稳定性高的乳液聚合可以采用体外冷风但对于剪切敏感的胶乳体系应运用，由于循环泵里的剪切切敏感

10、的胶乳体系应运用，由于循环泵里的剪切速率很大，容易破坏胶乳的稳定性。速率很大，容易破坏胶乳的稳定性。 第三节第三节 搅拌聚合釜的传热计算搅拌聚合釜的传热计算 搅拌聚合釜的传热计算与搅拌聚合釜的传热计算与般传热计算一样。般传热计算一样。传热速率同样取决于釜内流体与载热休的温度差，传热速率同样取决于釜内流体与载热休的温度差，传热面积及总传热系数。故有传热面积及总传热系数。故有 提高总传热系数，添加传热面积和降低冷却水提高总传热系数，添加传热面积和降低冷却水温度以扩展温差可提高传热速率。釜大型化后，温度以扩展温差可提高传热速率。釜大型化后，单价体积的传热面积减小，降低水温须添加冷冻单价体积的传热面积

11、减小，降低水温须添加冷冻的动力耗费，因此提高总传热系数足改善传热效的动力耗费，因此提高总传热系数足改善传热效果的最好方法。果的最好方法。 总传热系数的大小与釜内物料性质、搅拌条件，总传热系数的大小与釜内物料性质、搅拌条件，夹套内水流情况和水温，釜壁材质和粘捉物及水夹套内水流情况和水温，釜壁材质和粘捉物及水垢的堆积有关。其定量关系可由以下热阻方程表垢的堆积有关。其定量关系可由以下热阻方程表示。示。 i和和0分别代表釜的内、外壁传热膜系数；分别代表釜的内、外壁传热膜系数；/从为釜壁固体导热部分的总热阻，其中从为釜壁固体导热部分的总热阻，其中为厚度，为厚度， 为导热系数，由碳钢层、不锈钢层、搪瓷层、

12、粘为导热系数，由碳钢层、不锈钢层、搪瓷层、粘釜物和水垢几部分组成。釜物和水垢几部分组成。 经过热阻分机可以找出主要热阻所在，指出提高经过热阻分机可以找出主要热阻所在，指出提高传热总系数的方向。传热总系数的方向。 聚合釜内物料性质聚合釜内物料性质(尤其是体系的粘度尤其是体系的粘度)初搅拌条件初搅拌条件如搅拌桨叶方式、尺寸、流动形状、挡板条件等如搅拌桨叶方式、尺寸、流动形状、挡板条件等是影响釜内壁传热膜系数是影响釜内壁传热膜系数i的主要要素。定性地的主要要素。定性地说体系粘度愈小，搅拌效果愈好，那么釜内壁滞说体系粘度愈小，搅拌效果愈好，那么釜内壁滞温层愈低，热阻就愈小故传热膜系数温层愈低，热阻就愈

13、小故传热膜系数i就愈大。就愈大。因此降低体系粘度和改善搅拌效果是提高因此降低体系粘度和改善搅拌效果是提高i和总和总传热系救传热系救K值的重要途径。值的重要途径。 聚合釜以夹套冷却时，釜外壁传热膜系数聚合釜以夹套冷却时，釜外壁传热膜系数0的数的数值随玲却水的流况而定。假设冷却水处于自然对值随玲却水的流况而定。假设冷却水处于自然对流形状时，流形状时，0约为约为500，总传热系数只能在，总传热系数只能在300350，当冷却水处于猛烈流动形状时，物可达，当冷却水处于猛烈流动形状时，物可达30005000，此时总传热系数提高到，此时总传热系数提高到400600。由此可见，夹套中冷却水流况且提高传热系数的

14、由此可见，夹套中冷却水流况且提高传热系数的重要途径。例如在夹套内按装导流挡板或扰流喷重要途径。例如在夹套内按装导流挡板或扰流喷咀，多点切向进水都是为促使冷却水能处于猛烈咀，多点切向进水都是为促使冷却水能处于猛烈流动形状，提高传热膜系数流动形状，提高传热膜系数0所采取的措施。所采取的措施。 固体的导热系数普通较小，尤其是聚合物垢层及固体的导热系数普通较小，尤其是聚合物垢层及水垢层的导热系数很小。所以从热阻水垢层的导热系数很小。所以从热阻/从的总从的总情况分析，对传热影响是很大的，情况分析，对传热影响是很大的，(/)-1(/)-1普通普通在在400400500500左右，大大限制了聚合釜总传热系数

15、左右，大大限制了聚合釜总传热系数的提高。为了降低釜壁固体导热部分总热阻，应的提高。为了降低釜壁固体导热部分总热阻，应尽能够采用导热系数较高的材质。尽能够采用导热系数较高的材质。 均相液体的传热均相液体的传热 对于低粘度均相液体在搅拌荣中的传热计算对于低粘度均相液体在搅拌荣中的传热计算已有大量研讨，故可用强迫对流传热的无因次准已有大量研讨，故可用强迫对流传热的无因次准数关联式表示。数关联式表示。 湍流时，雷诺数的指数普通取湍流时，雷诺数的指数普通取b b2/32/3，N PrN Pr的指的指数数c c1/31/3，粘度比的指数，粘度比的指数m m0.140.14。因此，各种搅。因此，各种搅拌釜传

16、热方程的主要差别在常数拌釜传热方程的主要差别在常数值的不同。值的不同。值包含了几何要素的影响，所以各搅拌釜传热方值包含了几何要素的影响，所以各搅拌釜传热方程只能在几何类似的条件下运用。程只能在几何类似的条件下运用。 对于非规范型釜，几何尺寸的改动对传热关联式对于非规范型釜，几何尺寸的改动对传热关联式的影响密添加多项校正：的影响密添加多项校正： 对于有挡板的搅拌釜，釜内不设置内冷蛇管时：对于有挡板的搅拌釜，釜内不设置内冷蛇管时：非均相体系的传热非均相体系的传热 虽然管路中浆液流动传热的研讨已有大量报道，虽然管路中浆液流动传热的研讨已有大量报道，但对于搅拌牛顿型浆液的报道却很少。非均相的但对于搅拌牛顿型浆液的报道却很少。非均相的液液固悬浮体系所构成的浆液，