制藥化工原理第四章第一節(jié) 傳熱概述

第四章

傳熱一、傳熱在化工中的應(yīng)用二、熱源和冷源三、傳熱的三種基本方式四、兩種流體熱交換的基本方式五、典型的間壁式換熱器及其傳熱過程六、傳熱速率與熱通量第一節(jié)

概述2023/11/2一、傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用傳熱：就是熱的傳遞，是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞過程。1、化工與傳熱1）絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)過程都要求在一定的溫度下進行，為了使物料達到并保持指定的溫度，就要預(yù)先對物料進行加熱或冷卻，并在過程中及時取出放出的熱量或補充需要吸收的熱量。2023/11/22）一些單元操作過程，例如蒸發(fā)、蒸餾、干燥等，需要按一定的速率向設(shè)備輸入或輸出熱量。3）在高溫或低溫下操作的設(shè)備，要求保溫，以減少它們和外界傳熱。4）對于廢熱也需合理的利用與回收。

2、化工生產(chǎn)中傳熱過程的兩種情況

1）強化傳熱：各種換熱設(shè)備中的傳熱。

2）削弱傳熱：如對設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失

2023/11/2二、熱源和冷源

1、熱源1）電熱：特點是加熱能達到的溫度范圍廣，而且便于控制，使用方便，比較清潔。但費用比較高。2）飽和水蒸氣：

優(yōu)點：飽和水蒸氣的冷凝溫度和壓強有一一對應(yīng)的關(guān)系，調(diào)節(jié)飽和水蒸汽的壓強就可以控制加熱溫度，使用方便，而且飽和蒸汽冷凝過程的傳熱速率快。缺點：飽和水蒸氣冷凝傳熱能達到的溫度受壓強的限制。2023/11/23）煙道氣

煙道氣的溫度可達700℃以上，可以將物料加熱到比較高的溫度。

缺點：傳熱速度慢，溫度不易控制。4）高溫載熱體：

優(yōu)點：沸點高（飽和蒸汽壓低），化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。2、冷源一般采用水、空氣和冷凍鹽水等作為冷源。2023/11/2三、傳熱的三種基本方式

1、熱傳導(dǎo)熱量從物體內(nèi)部溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或者傳遞到與之相接觸的溫度、較低的另一物體的過程稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。特點：物質(zhì)間沒有宏觀位移，只發(fā)生在靜止物質(zhì)內(nèi)的一種傳熱方式。微觀機理因物態(tài)而異2023/11/22、熱對流流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞，稱為熱對流對流只能發(fā)生在流體中。強制對流

自然對流

用機械能（泵、風(fēng)機、攪拌等）使流體發(fā)生對流而傳熱。由于流體各部分溫度的不均勻分布，形成密度的差異，在浮升力的作用下，流體發(fā)生對流而傳熱

2023/11/23、輻射

輻射是一種通過電磁波傳遞能量的過程。物體由于熱的原因而發(fā)出輻射能的過程，稱為熱輻射。

輻射傳熱，不僅是能量的傳遞，還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化。輻射傳熱不需要任何介質(zhì)作媒介，可以在真空中傳播。

2023/11/2四、兩種流體熱交換的基本方式

1、直接接觸式傳熱直接接觸式傳熱的特點是冷、熱兩流體在傳熱器中以直接混合的方式進行熱量交換，也稱混合式換熱。2、蓄熱式換熱蓄熱式換熱器是由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成。室中充填耐火磚作為填料，當冷、熱流體交替的通過同一室時，就可以通過蓄熱室的填料將熱流體的熱量傳遞給冷流體，達到兩流體換熱的目的。2023/11/22023/11/22023/11/22023/11/22023/11/23、間壁式換熱

間壁式換熱的特點是冷、熱流體被一固體隔開，分別在壁的兩側(cè)流動，不相混合，通過固體壁進行熱量傳遞。傳熱過程可分為三步：熱流體將熱量傳給固體壁面（對流傳熱）熱量從壁的熱側(cè)傳到冷側(cè)（熱傳導(dǎo)）熱量從壁的冷側(cè)面?zhèn)鹘o冷流體（對流傳熱）壁的面積稱為傳熱面，是間壁式換熱器的基本尺寸。

2023/11/2五、典型的間壁式換熱器及其傳熱過程

1、套管式換熱器套管式換熱器是由兩種直徑大小不同的直管組成的同心管，一種流體在內(nèi)管中流動，另一種流體在內(nèi)、外兩壁間的環(huán)隙中流動，通過內(nèi)管管壁進行熱量交換。內(nèi)管壁的表面積即為傳熱面積。2、列管式換熱器列管式換熱器由殼體、管束、管板和封頭等部件組成。

2023/11/22023/11/22023/11/2一種流體由封頭的進口管進入器內(nèi)，流經(jīng)封頭與管板的空間分配至各管內(nèi)（稱為管程）。通過管束后，從另一端封頭的出口流出換熱器。另一種流體則由殼體的接管流入，在殼體與管束間的空隙流過（稱為殼程），從殼體的另一端接管流出。殼體內(nèi)往往安裝若干塊與管束相垂直的折流擋板。流體在管束內(nèi)只通過一次，稱為單程列管式換熱器。若在換熱器封頭內(nèi)設(shè)置隔板，將管束的全部管子平均分隔成若干組，流體每次只通過一組管子，然后折回進入另一組管子，如此往復(fù)多次，最后從封頭接管流出換熱器。這種換熱器稱為多管程列管式換熱器。

2023/11/22023/11/22023/11/2列管式換熱器的換熱面積為管束管壁的全部表面積。

d——管徑可分別用管內(nèi)徑di,管外徑d0或平均直徑dm來表示。則對應(yīng)的傳熱面積分別為管內(nèi)側(cè)面積Si，外側(cè)面積S0或平均面積Sm

2023/11/2六、傳熱速率與熱通量

傳熱速率（熱流量）Q

單位時