食品工程原理传热2.1

1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系第2章 传热单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系24.1 概述单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系在物体内部或者物系间，只要存在温度差，就会自动发生从高温处向低温处的热量传递。温度差就是传热过程的推动力。在化学工业生产中传热应用极为广泛，传热过程所涉及的主要问题有三类：一、 传热在生产中的应用

2、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系1.物料的加热与冷却（强化传热过程）。例如生产中的许多单元操作如蒸发、干燥、蒸馏等操作过程中，都需要供给一定热量，一般的反应也都伴随着热量的传递，而且都要求将温度控制在一定范围内，因此需要不断地输入和输出热量。一、 传热在生产中的应用单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系2.设备与管路的保温（削弱传热过程） 。有许多设备与管路是在特定高温或低温下操作，为了减少热量与冷量的损失，总是在

3、设备与管路的表面包上绝热材料的保温层，以尽量避免传热。一、 传热在生产中的应用单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系3.热量与冷量的回收利用。在能源短缺的今天，热量与冷量都是能量，有效回收利用热量与冷量以节约能源是非常重要的，也是降低生产成本的重要措施之一。例如利用锅炉排出的烟道气的废热，预热燃料燃烧所需要的空气等。一、 传热在生产中的应用单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系二、传热的机理热量传递是由于物体内或系统内的

4、两部分之间的温度差而引起的，热量传递方向总是由高温处自动地向低温处移动。温度差越大，热能的传递越快，温度趋向一致，就停止传热。所以传热过程的推动力是温度差。根据传热机理的不同，热量传递的基本方式有三种：即热传导、热对流和热辐射。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系1、热传导、热传导又称传导传热，简称导热，依靠物体中微观粒子的热运动，热量从物体内部高温部分传递到低温部分或者相互接触的物体之间由高温物体传递到低温物体的过程。如铁棒的传热等。特点：单纯的热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位 移，即没有物质的

5、宏观位移。二、传热的机理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系2、对流传热、对流传热流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，对流只能发生在流体中。通常把传热固体表面与接触流体的传热也称为对流给热，简称给热。二、传热的机理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系3 3、（热辐射）辐射传热、（热辐射）辐射传热以电磁波传递能量的现象。热辐射：物体因热的原因发出辐射能的过程，高温物体把热能转变成辐射能，以电磁波的形式进行传

6、热现象。任何物体能以电磁波的形式把热能辐射出来，也能把其他物体辐射的电磁波吸收并转变成热能。二、传热的机理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系特点：1.可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。这是热辐射与热传导及热对流的根本区别。 2.不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换。 3.任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度差较大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。二、传热的机理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城

7、大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系实际上，以上三种传热方式很少单独存在，一般都是两种或三种方式同时出现。在一般换热器内，辐射传热量很小（一般只有物体温度大于400时，才有明显的热辐射），往往可忽略不计，只需考虑热传导和热对流两种传热方式。二、传热的机理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系三、冷热流体的接触方式一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器三、间壁式换热和间壁式换热器单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大

8、学东昌学院化生系1、直接接触式换热冷、热两流体在换热器中直接接触，在混合过程中进行传热，故也称为混合式换热。例如气体的冷却或水蒸气的冷凝等。 t T 直接接触式三、冷热流体的接触方式单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系2、蓄热式换热低温流体高温流体特点：冷、热流体间的热交换是通过蓄热器的周期性加热和冷却来实现的。该换热器是由热容量较大的蓄热室构成,室内装有耐火砖等固体填充物。操作时冷、热流体交替的流过蓄热室,利用固体填充物来积蓄和释放热量而达到换热的目的。三、冷热流体的接触方式单击此处编辑母版标题样式 单

9、击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系由于这类换热设备的操作是由于这类换热设备的操作是间歇交替间歇交替进行的进行的, ,并且难免在交并且难免在交替时发生替时发生两股流体的混合两股流体的混合, ,所以这类设备在化工生产中使用的所以这类设备在化工生产中使用的不太多。不太多。蓄热体蓄热体高温流体高温流体低温流体低温流体阀切换方式（逆流）阀切换方式（逆流）阀阀开开闭闭三、冷热流体的接触方式单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系3 3、间壁式换热、间壁式换热

10、冷、热流体被一固体壁面隔开，分别在壁面的两侧流动,不相混合。传热时热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。这是生产中使用最广泛的一种形式。T t 间壁式三、冷热流体的接触方式单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系间壁两侧流体间的传热间壁两侧流体间的传热冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括冷、热流体通过间壁两侧的传热过程包括以下三个步骤：如图所示以下三个步骤：如图所示.(3)传递至另一侧的热量以对流方式传递传递至另一侧的热量以对流方式传递 给冷流体。给冷流体。 (2)热量以热传导方式由管壁的一侧传递热量

11、以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧；至另一侧；(1)热流体以对流方式将热量传递给管壁热流体以对流方式将热量传递给管壁化工生产中最常遇到的换热过程就化工生产中最常遇到的换热过程就是是间壁式换热间壁式换热，是本章讨论的，是本章讨论的重点重点。 T Tw tw t T1T2t1t2传传热热单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系19套管换热器冷流体t1t2热流体T1T2套管式换热器它是由直径不同的两根管子同心套在一起组成的。冷、热流体分别流经内管和环隙，通过内管壁而进行热的交换。单击此处编辑母版标题样式 单击此处

12、编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系20列管换热器热流体T1T2冷流体t1t2列管式换热器主要有壳体、管束、管板（花板）和封头等部件组成。一种流体由封头处的进口管进入分配室空间（封头与管板之间的空间）分配至各管内（称为管程），通过管束后，从另一封头的出口管流出换热器。另一种流体则由壳体的进口管流入，在壳体与管束间的空隙流过（称为壳程），从壳体的另一端出口管流出。4.1.2 传热的三种基本方式单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系管程流体：流体在管内流动

13、壳程流体：流体在壳与管束之间从管外表面流过单程管壳式换热器：管程流体在管束内只流过一次双程管壳式换热器：管程流体在管束内流过两次多程（如四程、六程等）换热器：流体在管束内来回流过多次 t1T1 T2 t2 单管程、单壳程 t1T2 T1 t2 双管程列管式列管换热器单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系22双程列管式换热器4.1.2 传热的三种基本方式单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系234.1.4 热载体及其选择

14、在化工生产中，物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体。在传热过程中，温度较高而放出热能的载热体称为加热介质（或加热剂） ；温度较低而得到热能的载热体称为冷却介质（或冷却剂）。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系4.1.4 热载体及其选择 1、热源 1）电热温度范围广，便于控制，使用方便，比较清洁。但费用比较高 。2）饱和水蒸气优点：冷凝温度和压强有一一对应的关系，调节饱和水蒸汽的压强就可以控制加热温度，使用方便，而且冷凝过程的传热速率快。缺点：饱和水蒸气冷凝传

15、热能达到的温度受压强的限制。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系4.1.4 热载体及其选择 按锅炉产生的蒸汽压力分为：低压锅炉（P2.5Mpa，T400）、中压锅炉（2.5MpaP6Mpa，400T450、高压锅炉（6MpaP14Mpa，460T540、超高压锅炉（14MpaP17Mpa，540T570、亚临界压力锅炉（P1718Mpa，540T570、超临界压力锅炉一般压力为22.13MPa单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东

16、昌学院化生系4.1.4 热载体及其选择 3）烟道气(为N2、CO2、O2和水蒸气和硫化物等)烟道气的温度可达700以上，可以将物料加热到比较高的温度 。缺点：传热速度慢，温度不易控制。4）高温载热体高温熔盐 HTS（ NaNO2:40%,KNO3:53%,NaNO3:7% ）高温化学工业中主要热载体之一 。 优点：沸点高（饱和蒸汽压低），化学性质稳定。 5）联苯 6）矿物油（ mineral oil ）单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系4.1.4 热载体及其选择 2、冷源 水、空气、盐水、液氨或氟利昂、

17、液氮等。1）水（包括冰）最常用的冷却剂之一。冷却水的温度依季节不同而异，通常要求在288308K以下。 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系4.1.4 热载体及其选择 2）空气 用空气作为冷却剂的优点是来源充足。主要缺点是传热系数很小，所需传热设备尺寸较大。但考虑到水源及水质污染等问题，空气作为冷却剂已逐渐采用。3）冷冻盐水及其他冷却剂当用水冷却达不到所要求的低温时（如263K），可考虑用冷冻盐水、液氨或氟利昂等冷冻剂。冷冻盐水为含有一定量氯化钠和氯化钙的水溶液，有一定的腐蚀性，使用时要注意。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系4.1.4 热载体及其选择 选择载热体原则：（1）载热体应能满足工艺要求达到的加热、冷却和冷凝温度，温度便于调节；（2）饱和蒸气压小，使设备承受压力低，设备造价低；（3）载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；（4）价格便宜，来源容易。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级聊城大学东昌学院化生系聊城大学东昌学院化生系传热速率Q：热流量，单位时