介紹
化工生產中,無論是化學過程 還是物理過程,幾乎都需要熱量的引入和導出.例如在絕大多數化學反應過程和物理過程都是在一定溫度下進行的,為了使物系達到並保持指定的溫度,就要預先對物料進行加熱或冷卻,並在很多過程進行時,也要及時取走過程放出的熱量或補充過程吸收的熱量.
傳熱是化工生產中的一個重要,基本的過程.
因此,傳熱操作也是化工生產中的一個重要的單元操作,傳熱設備在化工廠設備投資中占有很大比例.約1/4---1/3.
傳熱與熱力學是兩門學科,即有聯繫又有區別.
熱力學— 研究物質的平衡狀態,確定系統從一種狀態變為另一種平衡狀態所需能量的總和.
傳熱學— 能量(熱量)的傳遞規律.
傳熱問題要將能量守恆與傳熱速率兩者結合解決.
目的
1,強化傳熱 儘量使傳熱速率加快.
2,削弱傳熱 盡不傳熱,減少熱損失.
不論是什麼目的,都要求掌握熱量傳遞的基本原
理和規律.
傳遞方式
1,化工生產中傳熱有兩種類型:
間歇傳熱 不穩定的傳熱過程,有能量積累.
連續傳熱 穩定傳熱過程,無能量積累,也
稱為定態傳熱過程
2,熱量傳遞的方式有三種:
熱傳導(導熱)conduction heating
物系中質點不發生相對位移,僅借質點(微團,分子,原子和自由電子)等微觀粒子的振動,自由電子的運動等進行熱量傳遞的過程.典型的例子是固體的傳熱.
熱對流(對流) convection heating
物系中質點發生相對位移(質點運動)進行熱量傳遞的過程.對流發生有兩種情況:
自然對流 由於物系內部溫度不同引起密度不同而使質點產生相對運動.(Natural convection)
強制對流 藉助外界機械攪拌或機械作用使質點相 對移動.(Forced convection)
熱輻射 由於溫度不同,以場形式進行熱量傳遞的過程(radiation)
接觸方式
1,冷,熱源(P210)
熱源:
電熱 套用範圍廣,溫度範圍寬.
飽和水蒸汽 最常用,不超過180℃(1MPa)
煙道氣 700 ℃以上,傳熱慢,不易控制.
高溫載熱體 礦物油,熔鹽等,180 ℃ --540℃
冷源:
水,空氣,冷凍鹽水等
2,三種傳熱介質的接觸方式(P206)
直接接觸式換熱 傳熱時兩種介質接觸,混合
氣--氣,氣—液,氣—固
蓄熱式換熱 交替進行,部分混合
氣—氣,氣—固
間壁式換熱 傳熱時兩種介質不接觸,不混合
(最常用) 氣--氣,氣—液,氣—固
典型換熱設備
工業上用於傳熱過程的基本設備稱為換熱器.在化工生產中,最常見的是兩流體間的熱交換.
而且多是間壁式換熱,兩流體不接觸,不混合.
冷熱兩流體在傳熱是被固體壁面(傳熱面)所隔開,兩流體分別在壁畫兩側流動.
典型的換熱器有套管式換熱器和列管式換熱器. 最簡單的套管換熱由直徑不同的兩根同心管套在一起構成.
兩流體傳熱時,可有相變,也可無相變.無相變時傳遞的熱量主要是顯熱,有相變時,主要是潛熱,同時也可能有顯熱.
根據熱力學第二定律,凡是有溫差存在的地方,就必須發生熱量的傳遞過程.傳熱過程的推動力是溫度差,熱量傳遞和熱量衡算是傳熱計算的基礎.
