傳熱方式與工業(yè)換熱方法

1、工業(yè)中的傳熱及換熱方法、工業(yè)中傳熱過程及其應(yīng)用熱量傳遞過程，簡(jiǎn)稱傳熱，它是指不同溫度的兩個(gè)物體之間或同一物體的兩個(gè)不同溫 度部位之間的所進(jìn)行的熱的傳遞，是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極為普遍的一種能量傳遞過 程。在食品工業(yè)上，大多數(shù)食品物料的加工都需要控制在一定的溫度條件下進(jìn)行，為了達(dá) 到或保持所需要的溫度，通常需要對(duì)物料進(jìn)行加熱或冷卻。這種熱量交換作為單元操作， 可與其他的單元操作結(jié)合在一起，或作為其他單元操作的一部分進(jìn)行。對(duì)食品進(jìn)行加熱、 冷卻等，起到殺菌、抑菌，鈍化酶的活性，便于保藏；食品原料在加工中完成生化變化； 液體食品的濃縮、干制食品的脫水等均離不開傳熱。根據(jù)目的不同，傳熱過程在工業(yè)生產(chǎn)

2、中的應(yīng)用主要有以下兩個(gè)方面。1強(qiáng)化傳熱過程 希望在單位時(shí)間內(nèi)，單位傳熱面積上傳遞的熱量越多越好。要求設(shè)備傳熱性能良好，以達(dá)到挖掘傳熱設(shè)備的潛力或縮小設(shè)備的尺寸。2、削弱傳熱過程當(dāng)設(shè)備或管道的壁溫高于或低于環(huán)境溫度時(shí)，必將引起熱量或冷量的交換而產(chǎn)生損失，這就需要保溫，使單位時(shí)間，單位傳熱面積上傳遞的熱量或冷量越 少越好。以達(dá)到減少熱損失，節(jié)約能源，維持操作穩(wěn)定，改善操作人員的勞動(dòng)條件等。二、工業(yè)中傳熱過程實(shí)例1熱殺菌圖1 UHT殺菌機(jī)組其目的在于減少熱（冷）量的損失，以提高圖1為液態(tài)物料（乳品、飲料等） 在加工過程中的殺菌裝置。主要部件 為管式熱交換器，料液走內(nèi)管，加熱 介質(zhì)走內(nèi)管外的環(huán)隙。加熱

3、介質(zhì)通過 內(nèi)管壁對(duì)料液進(jìn)行加熱，使料液溫度 升咼到一定程度而達(dá)到殺菌目的。2 .保溫圖2是管道的保溫。在生產(chǎn)中， 對(duì)于溫度較高（或較低）的管道和反 應(yīng)器等高（低）溫設(shè)備，需要采取絕熱措施, 換熱操作的經(jīng)濟(jì)效益；可維護(hù)設(shè)備正常的操作溫度，保證生產(chǎn)在規(guī)定的溫度下進(jìn)行；可降 低車間的操作溫度，改善勞動(dòng)條件。為此，在設(shè)備的外壁包上一層導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱材料，用于增加熱阻，減少設(shè)備外壁面上與周圍環(huán)境的熱交換圖2 管道保溫圖三、自然界中傳熱的基本方式熱量的傳遞是由于物體內(nèi)部或物體之間的溫度不同而引起的。根據(jù)傳熱機(jī)理的不同， 傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三種。1. 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱，它是靠物質(zhì)

4、的微粒相互碰撞將內(nèi)能由物體的一部分傳遞到另一部分 或從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體的傳熱方式。在熱傳導(dǎo)過程中，物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生宏觀位移。當(dāng)物體內(nèi)部或兩直接接觸的物體間存在溫度差時(shí)，溫度較高處的分子（或原子、自由 電子等）因振動(dòng)而與相鄰溫度較低處的分子（或原子、自由電子等）發(fā)生碰撞，并將能量 的一部分傳給后者。熱傳導(dǎo)的特點(diǎn)是物體中的分子或質(zhì)點(diǎn)不發(fā)生宏觀的遷移。固體的傳熱、靜止的液體或氣體的傳熱等均屬于此類。在層流流體中，傳熱方向與流向垂直時(shí)亦為傳導(dǎo)。2. 熱對(duì)流熱對(duì)流是物體各部分發(fā)生相對(duì)位移而將內(nèi)能進(jìn)行傳遞的傳熱方式。熱對(duì)流的特點(diǎn)是物 體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)宏觀的運(yùn)動(dòng)，因此，熱對(duì)流只能存在于流體中。由于流體中始終存

5、在著熱傳導(dǎo)過程，故單純的熱對(duì)流是不存在的。通常將流體和固體 壁面之間的傳熱稱為對(duì)流傳熱，顯然，對(duì)流傳熱是飽含熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的綜合傳熱過程。在對(duì)流傳熱過程中，若流體的運(yùn)動(dòng)是由于受到外力的作用所引起，則稱為強(qiáng)制對(duì)流， 例如對(duì)液體攪拌產(chǎn)生的對(duì)流。若流體的運(yùn)動(dòng)是由于流體內(nèi)部冷、熱部分的密度差異引起的， 輕者上浮，重者下沉，這種對(duì)流則稱為自然對(duì)流。3. 熱輻射熱輻射既不依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)，又不依靠分子之間的碰撞，而是借助各種不同波長(zhǎng) 的電磁波來傳遞能量的。熱輻射的特點(diǎn)是不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，而且還伴隨著能量形式的 轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩個(gè)物體以熱輻射的方式進(jìn)行熱能傳遞時(shí)，放熱物體的熱能先轉(zhuǎn)化為輻射能，并 以電磁波的形

6、式向周圍空間發(fā)射，當(dāng)遇到另一物體時(shí)，電磁波的輻射能將部分或全部地被 該物體吸收，又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。任何物體都能把熱能以電磁波的形式輻射出去，也能吸收別的物體輻射出的電磁波而 轉(zhuǎn)變成熱能。波長(zhǎng)在0.140 ym范圍的射線（電磁波）就具有磁性質(zhì)，這一范圍的射線稱 為熱射線。任何物體只要其熱力學(xué)溫度大于0K,都會(huì)以電磁波的形式向外界輻射能量。習(xí)慣上， 僅將和溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射。 當(dāng)物體的溫度越高， 則以輻射形式傳遞的熱量就越多 輻射傳熱不需要任何介質(zhì)做媒體，它可以在真空傳播，這一點(diǎn)與熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流不同。實(shí)際上，上述三種基本方式，在傳熱過程中很少單獨(dú)存在，往往是互相伴隨著同時(shí)出 現(xiàn)。例如在焙烤食品時(shí)

7、，在食品的烘烤區(qū)域范圍內(nèi)，兼有熱輻射、熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)三種傳 熱方式，并且是以熱輻射為主。所以，三種基本傳熱方式在某種場(chǎng)合下是以某種方式為主 而已。四、工業(yè)上的換熱方法熱量交換過程簡(jiǎn)稱換熱，在食品工業(yè)生產(chǎn)中，由于換熱的目的和工作條件的不同，換 熱方法可分為以下三類。1. 間壁式換熱間壁式換熱是通過固體壁面將冷、熱兩種流體隔開，熱流體先將熱量傳給固體壁面， 再以熱傳導(dǎo)的方式通過固體壁面，然后由固體壁面將其所吸收的熱量傳給被加熱的冷流體 以達(dá)到換熱的目的。它適用于兩流體在換熱過程中不允許混合的場(chǎng)合。間壁式換熱是食品 工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種換熱方法，設(shè)備類型多種多樣。2. 混合式換熱混合式換熱是冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的一種方式。此類換熱器只能用于允許 冷、熱流體直接混合的場(chǎng)合。常見的混合式換熱設(shè)備有涼水塔、混合冷凝器、噴灑式冷卻 塔等。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備及操作費(fèi)用均較低，傳熱效率高。3. 蓄熱式換熱蓄熱式換熱時(shí)在蓄熱器內(nèi)，冷、熱流體交替流過填充物。當(dāng)熱流體流過時(shí)，填充物溫 度升高，貯存熱量。而后冷流流過，填充物中貯存的熱