化工單元過程及設(shè)備傳熱章節(jié)

1、揚州工甘疏廿妝紹豹tYangzhou Polytechnic Institute學(xué)習(xí)情景五 傳熱過程及設(shè)備的選擇與操作A謝偉化工單天揚申孑敝和絡(luò)孝曲/tprhniriftpYangzhou Pol學(xué)習(xí)情景五 傳熱過程及設(shè)備的選擇與操作來引言*模塊一工業(yè)換熱方案選擇、分析與評價:模塊二隔熱與保溫的措施 :模塊三傳熱操作技能培訓(xùn)引言:傳熱:熱量傳遞，凡是有溫度差存在的地方，必然 有熱的傳遞，傳熱是極為普遍的一種能量傳遞過 程，化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系尤為密切。傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用： 1物料的加熱、冷卻或者冷凝、蒸發(fā)過程。 2、化工設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失。:3、生產(chǎn)中熱能的合理利用，廢熱回收。

2、引言、傳熱的基本方式，熱傳導(dǎo)基本方式J熱對流熱輻射Ain 1:熱傳導(dǎo)機理：當(dāng)物體的內(nèi)部或兩個直接接觸的物體之間存在著溫 度的差異時，通過物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的振動，實現(xiàn)能量 的傳遞。特點：物體本身沒有發(fā)生宏觀的相對位移。例子：手拿小鐵棒放火上烤，手會燙。:熱對流機理：由于流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移和混合，而將熱能由 一處傳遞到另一處。分類:自然對流：流體質(zhì)點的相對運動是因流體內(nèi)部各處溫度不同而引起的局部密度差異所致。強制對流：用機械能（如攪拌流體）使流體發(fā)生對流運動。例子：消防員用冷水澆滾燙的油罐車，防止它溫度過高爆 炸。AIIVO:熱輻射機理：以電磁波的形式實現(xiàn)能量的傳遞。熱輻射 不需要媒介。是高溫

3、物體之間的主要傳熱形式。例子：太陽照耀大地。:二、工業(yè)換熱任務(wù)某石化廠穩(wěn)定精餡塔原料粗汽油 的預(yù)熱干氣和液化氣粗汽油23000kg/h預(yù)熱ootje-110穩(wěn)定精憾塔現(xiàn)需設(shè)計一原料預(yù)熱方案，將原料加熱至入塔溫度。任務(wù)分析：要使粗汽油從90C升溫到UOC,顯然必須有提供熱量的 熱源？熱源是什么？熱源怎樣把熱量提供給粗汽油？這就 是一個典型的工業(yè)預(yù)熱任務(wù)。為了完成這個穩(wěn)定精憾塔原 料粗汽油的預(yù)熱任務(wù)，必須解決以下幾問題：:1、預(yù)熱方案的選擇問題，包括換熱方式、換熱介 質(zhì)、流入空間、加熱介質(zhì)流量的選擇。:2、:3、預(yù)熱設(shè)備類型與型號的選擇。 換熱設(shè)備的操作，常見的故障及預(yù)防措施。:4、管道保溫材料的

4、選擇，保溫層厚度的確定。模塊dk換熱方案選擇、分析與評價、換熱方式的選擇:T、蓄熱式低溫流體蓄熱體混合式、蓄熱式、間壁式三種。蓄熱式換熱器機構(gòu)簡單、能耐高 溫，一般常用于高低溫氣體介質(zhì) 間的換熱，但由于該類設(shè)備的操 作要在兩個蓄熱器之間間歇交替 進(jìn)行，且兩流體會有一定程度的混合，故這類設(shè)備在化工生產(chǎn)中 很少使用，常用于冶金行業(yè)。咼溫流體模塊一工業(yè)換熱方案選擇、分析與評價2、混合式主要特點：冷熱兩種流體間的 熱交換，是依靠熱流體和冷流 體直接接觸和混合過程實現(xiàn)的O冷水廢蒸汽優(yōu)點：傳熱速度快、效率高, 設(shè)備簡單。設(shè)備：涼水塔、噴灑式冷卻塔、 混合式冷凝器適用范圍：無價值的蒸汽冷凝, 或其冷凝液不要

5、求是純凈物料等，允許冷熱兩流體直接接觸2020/4渥合的場合。熱.水熱流體冷流體79 9 * Yangz大型玻璃鋼冷卻塔:任務(wù)解決：原油換熱方式的選擇在引言的原油預(yù)熱任務(wù)中，需要預(yù)熱的粗汽油是不允許與別的加熱介質(zhì)混合的，否則會影響原料的純度，以致 影響精惚操作和產(chǎn)品質(zhì)量。另外粗汽油本身易揮發(fā)、易燃 易爆，蓄熱式可能導(dǎo)致泄漏造成的爆炸事故，所以我們選 擇間壁式換熱的原油預(yù)熱方法。:二、換熱介質(zhì)的確定 ：!.、加熱劑/冷卻劑2、載熱體選擇原則(1) 載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制；(2) 載熱體的飽和蒸氣壓較低，加熱時不易分解；(3) 載熱體的毒性小，不易燃、易爆.不易腐蝕設(shè)備；(4) 價格便宜，來源容易

6、。:3、常見的加熱加熱劑和冷卻劑工業(yè)上常用的冷卻劑有水、空氣和各種冷凍劑。水和空氣可將物 料最低冷卻至環(huán)境溫度，其值隨地區(qū)和季節(jié)而異，一般不低于20C- 30Co在水資源緊缺地區(qū)，常采用空氣冷卻。工業(yè)上常用的加熱劑有熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯混合物、 熔鹽及煙道氣等。若所需的加熱溫度很高，則需采用電加熱。:解決任務(wù)-原油預(yù)熱的加熱劑的選擇由于在穩(wěn)定精憾塔裝置中，塔底產(chǎn)品岀塔溫度為150C,工藝要求冷卻至120C,這部分能量可以加以利用。另外 在120C150C溫度范圍內(nèi)塔底產(chǎn)品穩(wěn)定汽油不易分解且 不易腐蝕設(shè)備，所以可以選取塔底產(chǎn)品穩(wěn)定汽油來預(yù)熱進(jìn) 料而不另取加熱介質(zhì)。因此，在精憾裝置中，經(jīng)常

7、將進(jìn)塔 原料與塔釜的產(chǎn)品進(jìn)行換熱，這樣既達(dá)到了預(yù)熱原料的目 的同時又冷卻了塔底產(chǎn)品，而且也節(jié)約了冷卻產(chǎn)品所需的 冷卻劑，這樣可使整個裝置的操作費用降低，節(jié)省了能源, 降低了能耗！加熱介質(zhì)的用量的確定焙差法：Q = Wh（HhHh2） = Wc（Hc2-Hci）顯熱法：Q = WhCph（T1 T2）= WCCPC （丫2 一 A）潛熱法：Q = WHy=WcCpc （r2 巧）模塊dk換熱方案選擇、分析與評價:任務(wù)解決預(yù)熱所需的加熱劑用量的確定在本學(xué)習(xí)情景的任務(wù)中，冷介質(zhì)為粗汽油，Cpc二265KJ/kgC, Wc=23000kg/h,溫度從90C加熱至110C,所需吸收的熱量： Q令=叱 5

8、 (-) = 1219000 kj/h;加熱介質(zhì)為穩(wěn)定塔塔底產(chǎn)品穩(wěn)定汽油，CPh=2. 42KJ/kgC,溫度從150C冷卻至120C,需要的加熱介質(zhì)的流量應(yīng)為而穩(wěn)定塔塔底產(chǎn)品流量為19000kg/h,所以選塔底產(chǎn)品做加熱劑， 加熱量是足夠的，剩余流量(19000-16790) =2210g/h的塔底產(chǎn)品可 以走跨線不經(jīng)過預(yù)熱器。1換熱器的分類(1)按傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)分r混合式(夾套式換熱器 r沉浸式蛇管式換熱器 1I噴淋式 固定管板式換熱器 換熱器A 間壁式列管式換熱器yu型管式換熱器I 浮頭式換熱器套管換熱器( 板式換熱器：螺旋板式、板式、板翅式*蓄熱式用于加熱流體，使其達(dá)到所需要的溫度。

9、 用于流體的預(yù)熱，以提高整個工藝裝置的效率。 用于加熱飽和蒸汽，使其達(dá)到過熱狀態(tài)。用于加熱液體，使其蒸發(fā)汽化。加熱冷凝的液體使其再受熱汽化。為蒸館過程的專用設(shè)備。用于冷卻凝結(jié)性飽和蒸汽，使其放出汽化潛熱而凝結(jié)液化。 (2)按換熱器用途分加熱器 用于把流體加熱到所需要的溫度，被加熱流體在加熱過 程中不發(fā)生相變。冷卻器預(yù)熱器過熱器蒸發(fā)器再沸器：冷凝器： (3)按制造材料分常見的換熱器材料有金屬、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等。 金屬材料換熱器1=由金屬材料加工制成的換熱器。常用的材料有碳鋼、 合金鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等。因金 屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大，故此類換熱器的傳熱效率高。 非金屬材料換

10、熱器常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金屬 材料導(dǎo)熱系數(shù)較小，故此類換熱器的傳熱效率較低。常用 于具有腐蝕性的物系。:2、常見的工業(yè)換熱器 (1)夾套式換熱器1-反應(yīng)器2-夾套3. 4-蒸汽或冷卻水接管5-冷凝水或冷卻水接管優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，加工方便 缺點：傳熱系數(shù)較低，傳熱 面又受容器的限制。強化措施：為了提高其傳熱 性能，在容器內(nèi)安裝攪拌器, 使器內(nèi)液體作強制對流，為 了彌補傳熱面的不足，還可 在器內(nèi)安裝蛇管等 用途：應(yīng)用于反應(yīng)器的加熱 和冷卻。強化措施：可減少管外空間；容器 內(nèi)加攪拌器。 (2)蛇管式換熱器蛇管式換熱器又分沉浸式和噴淋式兩種沉浸式換熱器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、能承

11、 受高壓，可用耐腐蝕材料制造。缺點：管外容器內(nèi)的流體湍流程度 差，給熱系數(shù)小，平均溫差低。蛇 管易堵塞。用途：反應(yīng)器的傳熱、高壓下傳熱、 強腐蝕性流體的傳熱化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作fflnFTr ill in II【hi ill ill 11 II II噴淋式換熱器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；便于耐 腐蝕；管內(nèi)能耐高壓；管 外a比沉浸式大；傳熱面積 大而且可以改變，檢修和 清洗方便。缺點：冷卻水噴淋不均勻 影響傳熱效果；只能安裝 在室外，占地面積大。Yangzhou Polytechnic Institute(3)套管式換熱器in 1優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，易于維修和清洗，適用于高溫、高壓流體。 缺點：流動

12、阻力大，金屬耗量多，而且體積較大。應(yīng)用：所需傳熱面積小，小容積流量的流體。 (4)列管式換熱器列管式換熱器它的突出優(yōu)點是單位體積 具有的傳熱面積大，結(jié)構(gòu) 緊湊、堅固、傳熱效果好, 而且能用多種材料制造， 適用性較強，操作彈性大。 在高溫高壓以及大型裝置 中得到普遍應(yīng)用。模塊一工業(yè)換熱方案選擇、分析與評價設(shè)置列管式換熱器折流擋板主要為了增大殼程嬲蹄贏殼程的對流傳熱系數(shù)。單通道圓缺形、弓形雙通道圓缺型折流板圓盤形、圓環(huán)形單管程、雙管程、多管程列管式換熱器1L殼程數(shù)：單殼程、雙殼程、多殼程單盍程、單管程ti列管式換熱器可分為以下幾種主要型式O:固定管板式換熱器:U形管式換熱器:浮頭式換熱器III:解

13、珂 :應(yīng)用:IB殼程流體清曙不易勇垢二兩流體溫差私或溫魁大但糠壓力盃高的場念:固定管板式換熱器丨結(jié)構(gòu)簡單，管內(nèi)便于清洗，造價低廉。殼程清洗和檢修困難；當(dāng)管壁和殼壁的溫 度相差較翩會產(chǎn)圣較冊熱應(yīng)為,警鹽F從固定管扳式（有膨月長節(jié)）換熱器Yangzhou Polytechnic Institute:u形管式換熱器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，管間清洗較易。to缺點：管內(nèi)清洗較困難，管板的利用率低。解決熱應(yīng)力方法：它是把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上, 每根管子可自由伸縮，與殼體無關(guān)，來解決熱補償問題。應(yīng)用場合：適用于管、殼程溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)不 易結(jié)垢的場所。為浮頭式換熱器優(yōu)點：n豈全

14、消除熱應(yīng)力，在清洗和檢修時整個III并流逆流錯流折流(2逆流時:并流時:At2ISC六、換熱器型號的確定“ Atm的計算 MMyWbnll H 卅對于錯流和折流時的平均溫度差:At At謹(jǐn)4 Atl, 一般 At不宜小于8,否則使過小, 很不經(jīng)濟。_7婦_熱流體的溫降JLV t2-t冷流體的溫升D t2-t冷流體的溫升P 3 Tx tx兩流體的最初溫差根據(jù)參數(shù)R、P查后圖可知申“0.2 03 0A 0.5 0.6 07 0.8 0.9 A0O0.8 0.90.1 02 03 0.4 05 Q6T2-隸二勰I in IL00.90$(2tiPoj 02 0.3 M 0.5(17 L /i 二克程5【35P痂T2L00.6Q 5_2020/4/130 0.1 0.2 03 0.4 0.5 0.6 0J 0.8 0HO P某些情況下在列管換熱器中，傳熱系數(shù)K可以根據(jù)經(jīng)驗估計出大概數(shù)值?；ぶ谐Ｒ妭鳠徇^程的K值范圍換熱流體K/W/ (m2 K)換熱流體K/W/ W K)氣體-氣體1030冷凝水蒸汽-氣體1050氣體-有機物1040冷凝水蒸汽-有機物50400氣體-水1060冷凝水蒸汽-水3002000油-油100300冷凝水蒸汽-沸騰輕油5001000油-水150400冷凝水蒸汽-沸騰溶液3002500水-水