化学工程基础研讨.pptx

传热过程第一节概述第二节传导传热第三节对流传热第四节热交换的计算 2017-3- 17 第一节概述一、化工生产中的传热过程 1、化工生产中的化学反应要控制适宜的温度范围: (1)放热反应的热量要通过换热移除。(2)吸热反应需提供足够的热量。(3)反应原料要预热,产物要冷却。 2、很多化工单元操作是在换热条件下进行的: 蒸发、结晶、干燥、精馏等。 3、节约能源,合理使用能源: (1)热流体保温、低温条件的保持。(2)生产中余热、废热的有效利用。 2017-3- 17 第四章传热过程二、传热的基本方式 1、传导传热: 物体温度较高的分子因热而振动,并与相邻分子碰撞,而将能量传递给相邻分子,顺序地将热量从高温向低温部分传递。?特点:没有分子的宏观相对位移。 2、对流传热: 由于流体质点变动位置并相互碰撞,能量较大的质点与能量较低的质点相互混合,使热量从高温向低温传递。?自然对流:温度差,密度差,自然移动。?强制对流:外力(搅拌等)使流体质点相对位移。 2017-3- 17 3、辐射传热: 热物体以波的形式向四周散发辐射能,辐射遇到另外的物体时,被全部或部分地吸收并重新转变成热能的传热方式。?温度越高,辐射出去的热能越大。?不用任何介质作媒介。实际生产中的传热,并非单独以某种方式进行, 往往是多种方式同时进行。 2017-3- 17三、传热中的一些基本物理量和单位 1、热量 Q: 单位: kg·m 2·s -2, Nm ,J, cal , kcal 1 cal= J 2、传热速率Φ(热流量:单位时间内传递的热量。单位: W, kcal ·h -11 kcal ·h -1 = W Q??? 3、传热强度 q: 单位: W ·m -2, kg·s -3QqA ?? ?? ?单位时间单位面积传递的热量。也叫热流密度。 2017-3- 17 6、潜热:单位量(质量或物质的量)物质在发生相变时伴随的热量变化。单位: J· kg -1,J· moj -1 汽化热、冷凝热、升华热、溶解热、结晶热等计算: Q= Δ H · m 或 Q= ΔH m·n 4、恒压比热容 c p、c pm:单位量物质恒压下升温 1K 所需热量。单位: c p J · kg -1·K -1 c pm J · mol -1·K -1 5、显热:单位量(质量或物质的量)物质在等压时变温伴随的热量变化。单位: J计算: Q=m ·c p ·Δ t 或 Q=n ·c pm ·Δ t 潜热和显热的区别:相变,温变 2017-3- 17四、定态传热和非定态传热 1、定态传热: 传热面上各点的温度不随时间改变的传热。?只考虑传热面上某一点的情况,各点温度可不同。?定态传热时,单位时间的传热量Φ不变。?连续稳定的操作时大多是定态传热。 2、非定态传热: 传热面上各点的温度随时间而改变的传热。?非定态传热时,不同的单位时间的传热量不同。?间歇操作时大多是非定态传热。第二节传导传热一、热传导基本方程式---- 傅立叶定律 1、傅立叶定律: t Q A ??????? dt dQ A d d ??????对于微元: dt dQ A d d ? ???? ??引入比例系数: ?负号是因为热量传递方向与温度升高方向相反。?比例系数λ为导热系数,单位: W· m -1· k -1, J· m -1· k -1· s -1 ?dt/d δ:温度梯度, K/m ; 导热系数:是物质导热性能的标志,是物理性质之一。一般来说: λ金属>λ非金属固体>λ液体> λ气体. 导热系数λ的值越大,表示其导热性能越好λ的物理意义为: 当温度梯度为 1K/m 时,每秒钟通过 1m 2的导热面积而传导的热量, 其单位为 W/m ·K或W/m ·℃。金属 ~420 w/m ·K 建筑材料 ~3 w/ m·K 液体 ~ w/ m·K气体 ~ w/ m·K 2、导热系数: λ数值的大小与物质的组成、结构、密度等有关。λ数值的大小也与外界条件温度、压力等有关。 2017-3- 17 质地均匀的固体: λ = λ 0 (1+at) λ 0为0 0C时固体的导热系数,: λ =k( λ 1w 1 + λ 2w 2+……) w 1, w 2,---- 各组分的质量分数λ 1 ,λ 2,---- 各组分的导热系数 K-- 常数,对一般混和物或溶液为 , 对有机物的水溶液为 气体混和物: λ= λ 1x 1M 1 1/3+λ 2x 2M 2 1/3+... x 1M 1 1/3+x 2M 2 1/3+...x 1 ,x 2…各组分的摩尔分数 M1 ,M 2…