传热模块教案 - 图文

第 一 章 传 热

第一节 概 述

一 传热过程在化工生产中的应用 （一）、传热过程的应用 1、 化学反应中的供热、移热 2、 单元操作中的供热、移热 3、 热能的综合利用和余热的回收 4、减少设备的热量(或冷量)的损失 （二）化工生产过程中对传热的要求

⑴强化传热，在传热设备中加热或冷却物料，希望以高传热速率来进行热量传递，使物料达到指定温度或回收热量，同时使传热设备紧凑，节省设备费用；

⑵削弱传热，如设备和管道的保温，要求传热速率慢，以减少热量(或冷量)的损失。

学习传热的目的：

1) 分析影响传热速率的因素。 2) 掌握控制传热速率的一般规律。 3) 根据生产要求选择适宜的换热器

本章主要讨论：热量从高温向低温稳定地自发进行传递的过程。 （三）化工传热过程的分类

连续传热与间歇传热；稳定传热与不稳定传热

稳定传热：物体中各点温度不随时间变化的热量传递过程。 不稳定传热：物体中各点温度随时间变化的热量传递过程。

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化工生产过程大都属于稳定传热，只有开、停车或改变操作参数时为不稳定传热。 本章讨论的内容均属于稳定传热。 二、冷、热流体换热的型式：

（1）直接接触式换热（混合式传热） 两流体直接接触，相互混合进行换热。

结构简单，设备及操作费低，传热效率高，适用于两流体允许混合的场合，是工业上首选的换热方式。

如：凉水塔、洗涤塔、喷射冷凝器等。

（2）蓄热式换热

借助蓄热体将热量由热流体传给冷流体，冷热流体交替进入，热流体将热量储存在蓄热体中，然后由冷流体取走，从而达到换热的目的。

结构简单，可耐高温；缺点是体积庞大，传热效率低，不能完全避免两流体的混合。用于高温气体热量的回收或冷却。

如：由煤碳制煤气的气化炉等。 （3）间壁式换热

两流体不直接接触，被换热器的固体壁面隔开。热量由热流体（放出热量）通过壁面传给冷流体（吸收热量）。 结构形式多样，应用最广。 如：管式、板式换热器等。

（4）中间载热体式换热器（热媒式换热器）

将两个间壁式换热器由在其中循环的载热体（称为热媒）连接起来，载热体在高温流体换热器中从热流体吸收热量后，带至低温流体换热器传给冷流体。

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用于核能工业、冷冻技术及余热利用。 如：热管式换热器。

三、典型传热技术实训装置工艺流程

图1－4所示为传热技术操作实训装置。该装置包含直接混合换热和间壁换热两种换热型式，包含常见的夹套式、列管式、浮头式、搪瓷片式、石墨块孔式、螺旋板式换热器。由水泵送出贮水罐中的冷水作为冷载体，蒸汽发生器产生的蒸汽一方面提供给列管式换热器，作为一种热载体，另一方面蒸汽通过直接换热以及夹套换热，产生热水，作为另一种热载体，由热水泵送出，在各种换热器中进行换热。

该装置的列管式换热器，当用水蒸汽与冷水进行换热时，水蒸汽可以通过阀门的切换，使水蒸汽从换热器的上部进入换热器，也可以使水蒸汽从换热器的下部进入换热器，从而比较两种操作方式下的换热效果；还可以在水蒸汽中加入压缩空气，从而比较不凝性气体对换热效果的影响。当用热水作为热载体与冷水换热时，可以通过阀门的切换，使冷热流体在并流和逆流两种流向的情况下，比较并流和逆流的换热效果。

该换热器设置了温度的自动控制装置，根据冷流体的出口温度，通过电动调节阀自动调节加热蒸汽的流量。

第二节 常用换热设备的类型及结构

按传热种类分类分，可分为无相变传热和有相变传热。无相变传热，一般分为加热器和冷却器；有相变传热，一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。

按结构分类分，可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、U形管式换热器、蛇管式换热器、多壳程换热器、套管换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、板式换热器等等。

按密封形式分具体分为：螺旋锁紧环换热器、n环换热器、薄膜密封换热器、钢垫圈换热器、密封盖板式换热器。此类换热器多用于高温、高压装置中。

按非金属材料换热器分类分为石墨换热器、氟塑料换热器、陶瓷纤维复合材料换

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热器、玻璃钢换热器。

空冷式换热器可分为干式空冷器、湿式空冷器、干湿联合空冷器等等。 按材料分类主要为金属换热器和非金属换热器两大类。

按强化传热元件分类可分为螺纹管换热器、波纹管换热器、异型管换热器、表面多孔管换热器、螺旋扁管换热器、螺旋槽管换热器、环槽管换热器、纵槽管换热器、翅管换热器、螺旋绕管式换热器、丁形翅儿、内插物换热器、锯齿管换热器等。

一、 管式换热器 1、列管换热器

列管式换热器又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最为广泛的一种通用标准换热设备。

优点：单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好，此外，结构简单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器，在生产中使用的换热设备中占主导地位。

结构：主要由壳体、管束、管板折流档板和封头等部件组成。

热补偿：若两流体的温度差较大(50℃以上)时，就可能由于热应力而引起设备变形，甚至弯曲、破裂，或使管子从管板上松脱，因此必须考虑这种热膨胀的影响。

根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式。 （1）固定管板式

固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。

特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。

具有补偿圈的固定管板式换热器如图所示。

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LSHWR自来水HWSCWRMTIPIPIMTICWSPIPIPITIPI空压机贮气罐软水器蒸汽发生器热水器A热水器B热水泵贮水罐A贮水罐B冷水泵

图1－4 典型传热技术实训装置工艺流程

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