化学工程传热学课件任务一.ppt

1、 项目化教学项目化教学: 就是以就是以项目项目为载体，以为载体，以工作任务工作任务为驱动，为驱动，将理论与实践结合起来，使学生在完成任务的过程中掌将理论与实践结合起来，使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能。学生在做中学、做中练，教师在做中教，握知识和技能。学生在做中学、做中练，教师在做中教，在做的过程中强化学生的动手能力。变学生课堂中灌输在做的过程中强化学生的动手能力。变学生课堂中灌输被动接受，变为自觉的主动接受。给学生布置一个一个被动接受，变为自觉的主动接受。给学生布置一个一个任务（项目）后，让学生在完成任务（项目）的过程中，任务（项目）后，让学生在完成任务（项目）的过程中，掌握理论知识和

2、实践技能。掌握理论知识和实践技能。 传统教学传统教学 项目化教学项目化教学知识本位课程知识本位课程 能力本位课程能力本位课程载体语言、文字、图形、公式载体语言、文字、图形、公式 载体主要是项目和任务载体主要是项目和任务知识是可以传授的知识是可以传授的 能力不能传授，能力只能靠训能力不能传授，能力只能靠训练练“先学后做先学后做” “在做中学在做中学”、“边做边学边做边学” 传统教学与项目化教学的区别 项目化教学实施步骤分析：分析：分析完成工作任务所需的理论知识。分析完成工作任务所需的理论知识。决策：决策：计划计划: 学生制定任务工作计划，确定工作步骤和学生制定任务工作计划，确定工作步骤和程序，并

3、最终得到教师的认可。（确保每个人程序，并最终得到教师的认可。（确保每个人都有任务）都有任务）实施：实施：学生确定各自在小组的分工以及小组成学生确定各自在小组的分工以及小组成员合作的形式，之后按照已确立的工作步骤和员合作的形式，之后按照已确立的工作步骤和程序工作。程序工作。检查与评估：检查与评估：自评与教师评价。自评与教师评价。 十大任务任务一任务一 认识化工传热过程认识化工传热过程任务二任务二 认识综合传热实训装置认识综合传热实训装置任务三任务三 列管换热器的初步选型列管换热器的初步选型任务四任务四 列管换热器的选型优化列管换热器的选型优化任务五任务五 列管换热器仿真操作列管换热器仿真操作任务

4、六任务六 列管换热器操作实训列管换热器操作实训任务七任务七 其它类型换热器操作实训其它类型换热器操作实训任务八任务八 锅炉单元仿真操作一锅炉单元仿真操作一任务九任务九 锅炉单元仿真操作二锅炉单元仿真操作二任务十任务十 管式加热炉仿真操作管式加热炉仿真操作 考核方法考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核。考核体系由两块组成：一是过程考核，二是终结性考核。 过程考核过程考核的任务是对学生日常学习过程中的态度、表的任务是对学生日常学习过程中的态度、表现、操作结果、提问与回答问题情况、任务的完成质量现、操作结果、提问与回答问题情况、任务的完成质量等进行考核。等进行考核。任务 任务一任务二任务

5、三任务四任务五任务六任务七任务八任务九任务十比例 5% 15% 10%10%20%20%10%10%过程考核任务分值表过程考核任务分值表序号序号考核内容考核内容评分标准评分标准权重权重90-10090-10080-8980-8970-7970-7960-6960-6959单项单项成绩成绩1态度15%出勤；积极组织并参与出勤；积极参与出勤；参与请假；参与旷课；基本不参与2任务单质量30%准确；条理清晰；版面清楚基本准确；版面清楚基本准确；准确率低；版面清楚准确率低；版面不清楚3回答问题15%准确；简明扼要准确基本准确；答到基本内容回答错误或不回答4资料查阅能力15%能迅速准确查到所需资料与数据能

6、准确查到所需资料与数据基本能查到所需资料与数据能查阅简单资料不能查资料5PPT制作与语言表达汇报能力15%条理清楚，言简意明，普通话好条理清楚，言简意明，能表达清楚想要说明的内容能基本表达想要说明的内容不能表达清楚想要说明的内容6团队合作意识，遵守纪律10%能渗透到学习、训练环节能较好地在学习、训练环节中体现基本能体现在学习、训练环节团队合作意识薄弱无团队合作精神合计总分 任务一完成情况考核评分表任务一完成情况考核评分表 项目号项目号_ _ 班组号班组号_ _ 姓名姓名_任务任务1-1 了解传热在化工生产中的应用了解传热在化工生产中的应用任务任务1-2 认识工业上常见的换热方式认识工业上常见的

7、换热方式任务任务1-3 认识各类型化工设备的结构及认识各类型化工设备的结构及其优、缺点其优、缺点布置任务：布置任务：自己选择某一化工产品，通过查阅资料得出此自己选择某一化工产品，通过查阅资料得出此产品生产工艺流程，要求流程中包括一种或多产品生产工艺流程，要求流程中包括一种或多种换热器，并指出换热器在此流程中的作用及种换热器，并指出换热器在此流程中的作用及其换热方式其换热方式，并做成，并做成PPT形式进行汇报。形式进行汇报。理论知识准备一一.查阅资料的方法查阅资料的方法二二.传热的基本概念传热的基本概念三三.传热在化工生产中的应用传热在化工生产中的应用四四.工业上常见的换热方式工业上常见的换热方

8、式五五. 热量传递的基本方式热量传递的基本方式六六.传热设备的分类传热设备的分类七七.各间壁式传热设备的结构及其优、缺点各间壁式传热设备的结构及其优、缺点一一. 查阅资料的方法查阅资料的方法二二. 传热的基本概念传热的基本概念 传热就是指热量传递传热就是指热量传递,又称热传递。由热力学又称热传递。由热力学第二定律可知：凡是存在温度差的地方就有第二定律可知：凡是存在温度差的地方就有热量传递。热量传递。三三. 传热在化工生产中的应用传热在化工生产中的应用 1 1. . 化学反应化学反应中的传热中的传热 2. 2. 化工化工单元操作中的单元操作中的传热传热3. 3. 化工化工生产中热能的合理利用和余

9、热的回收生产中热能的合理利用和余热的回收 4. 4. 减少减少设备的热量（或冷量）的损失设备的热量（或冷量）的损失 化工生产对传热过程的要求：强化传热和消弱传热化工生产对传热过程的要求：强化传热和消弱传热 稳定传热和不稳定传热稳定传热和不稳定传热四四. 工业上常见的换热方式工业上常见的换热方式1.1.直接接触式换热（又称为混合式换热）直接接触式换热（又称为混合式换热） 直接接触式换热器直接接触式换热器2.2.蓄热式换热蓄热式换热 蓄热式换热器蓄热式换热器3.3.间壁式换热间壁式换热间壁式换热器间壁式换热器 五五. 热量传递的基本方式热量传递的基本方式1.1.热传导热传导机理机理：又称导热，由于

10、物质的分子、原子或自由电：又称导热，由于物质的分子、原子或自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。热传导子等微观粒子的热运动而引起的热量传递。热传导的条件是系统内存在温度差。的条件是系统内存在温度差。特点特点：热传导过程中，没有物质的宏观位移。热传：热传导过程中，没有物质的宏观位移。热传导不能在真空中进行。典型的热传导发生在固体中。导不能在真空中进行。典型的热传导发生在固体中。2.2.热对流热对流机理机理：又称给热，是指流体内部质点发生相对位：又称给热，是指流体内部质点发生相对位移而引起的热量传递移而引起的热量传递特点特点：只发生在流体中。对流中伴随着热传导。：只发生在流体中。对流中伴随着

11、热传导。分类分类：根据引起流体质点相对运动的原因不同，又：根据引起流体质点相对运动的原因不同，又可分为可分为强制对流强制对流和和自然对流自然对流。流体在发生强制对流时，往往伴随着自然对流。流体在发生强制对流时，往往伴随着自然对流。3、辐射、辐射机理：机理：因热的原因发出辐射能并在周围空间传播而因热的原因发出辐射能并在周围空间传播而引起的传热。以电磁波的方式传递热能。引起的传热。以电磁波的方式传递热能。特点：特点：不需任何媒介。在真空中也可以传播。不仅不需任何媒介。在真空中也可以传播。不仅是能量的转移，而且还伴随着能量的转换。是能量的转移，而且还伴随着能量的转换。说明：说明：只有高温下物体之间的

12、温度差很大时，辐射只有高温下物体之间的温度差很大时，辐射才成为只要的传热方式。才成为只要的传热方式。六六. 传热设备的分类传热设备的分类间壁式换热器间壁式换热器管式换热器管式换热器板式换热器板式换热器套管换热器套管换热器蛇管换热器蛇管换热器夹套换热器夹套换热器平板式换热器平板式换热器螺旋板式换热器螺旋板式换热器板翅式换热器板翅式换热器列管换热器列管换热器热板式式换热器热板式式换热器七七. 各间壁式传热设备的结构及其优、缺点各间壁式传热设备的结构及其优、缺点套管式换热器套管式换热器基本传热元：基本传热元：由传热管和同由传热管和同心的外壳套管心的外壳套管所组成。所组成。U形肘管形肘管套管式换热器特

13、点：套管式换热器特点：（1）结构简单，加工方便。）结构简单，加工方便。（2）适当地选择内、外管径，可使两种流体都达到较高的流速，）适当地选择内、外管径，可使两种流体都达到较高的流速， 从而提高传热系数。从而提高传热系数。（3）内外管直径都较小，可用于高温、高压场合。）内外管直径都较小，可用于高温、高压场合。（4）两种流体可以做严格的逆流流动，平均温差也为最大。）两种流体可以做严格的逆流流动，平均温差也为最大。（5）接头较多，容易发生泄漏，单位长度传热面积较较小，金属）接头较多，容易发生泄漏，单位长度传热面积较较小，金属消耗量大；结构不紧凑，占地较大。消耗量大；结构不紧凑，占地较大。蛇管换热器名

14、名称称结构结构特点特点应用应用沉沉浸浸式式蛇蛇管管换换热热器器以金属管弯绕而成，制以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉成适应容器的形状，沉浸在容器内的液体中。浸在容器内的液体中。管内流体与容器内液体管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热。隔着管壁进行换热。结构简单、造价低廉、结构简单、造价低廉、便于防腐、能承受高便于防腐、能承受高压。为提高传热效果，压。为提高传热效果，常需加搅拌装置。常需加搅拌装置。喷喷淋淋式式蛇蛇管管换换热热器器各排蛇管均垂直地固定各排蛇管均垂直地固定在支架上在支架上，冷却水由蛇，冷却水由蛇管上方的喷淋装置均匀管上方的喷淋装置均匀地喷洒在各排蛇管上，地喷洒在各排蛇管上，并

15、沿着管外表面淋下并沿着管外表面淋下优点是检修清洗方便、优点是检修清洗方便、传热效果好，蛇管的传热效果好，蛇管的排数根据所需传热面排数根据所需传热面积定。缺点是体积庞积定。缺点是体积庞大，占地面积多；冷大，占地面积多；冷却水耗用量较大，喷却水耗用量较大，喷淋不均匀。淋不均匀。置于室外通置于室外通风处，常用风处，常用于冷却管内于冷却管内热流体。热流体。列管换热器列管换热器固定管板式换热器固定管板式换热器浮头式换热器浮头式换热器U形管式换热器形管式换热器填料函式换热器填料函式换热器釜式换热器釜式换热器翅片管式换热器翅片管式换热器套管式换热器套管式换热器管程管程壳程壳程多管程多管程多壳程多壳程固定管板

16、式换热器优点是优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗；结构简单、紧凑、管内便于清洗；缺点是缺点是壳程检修和清洗困难，且当壳体与换热管的温壳程检修和清洗困难，且当壳体与换热管的温差较大（大于差较大（大于50）时产生的温差应力（又叫热应力）时产生的温差应力（又叫热应力）具有破坏性，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压）具有破坏性，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度限制不能太高。力受膨胀节强度限制不能太高。 适用于壳程流体清洁且不结垢，两流体温差不大或适用于壳程流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。温差较大但壳程压力不高的场合。浮头式换热器其结构特点是一端管板不与壳体固

17、定连接，可以在壳体内其结构特点是一端管板不与壳体固定连接，可以在壳体内自自由由沿沿管长方向浮动管长方向浮动，该端称为浮头。，该端称为浮头。优点是优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，消除了热应力；管束可以从管膨胀时，互不约束，消除了热应力；管束可以从管内抽出，便于管内和管间的清洗内抽出，便于管内和管间的清洗。缺点是缺点是结构复杂，加工困难，用材量大，造价高。结构复杂，加工困难，用材量大，造价高。应用十分广泛，适用于壳体与管束温差较大或壳程应用十分广泛，适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合流体容易结垢的场合U形管式换热器其

18、结构特点是只有一个管板，管子成其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端固定在形，管子两端固定在同一管板同一管板的两侧，用隔板将风头分成两室的两侧，用隔板将风头分成两室。管束可以自由伸。管束可以自由伸缩，解决了热补偿问题。缩，解决了热补偿问题。优点是优点是每根管子可以自由伸缩，不会产生热应力；每根管子可以自由伸缩，不会产生热应力；结构简单，运行可靠，造价低；管间清洗较方便，结构简单，运行可靠，造价低；管间清洗较方便，适用于高温高压场合。适用于高温高压场合。缺点是缺点是U形形管内清洗较困难；管板利用率低。管内清洗较困难；管板利用率低。适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管适用于管、壳程温

19、差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场合程介质不易结垢的场合结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端浮动管板与结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端浮动管板与壳体之间采用填料函密封。壳体之间采用填料函密封。优点优点:管束可自由伸缩，无温差应力，具有浮头式的优点且管束可自由伸缩，无温差应力，具有浮头式的优点且结构简单，造价低；结构简单，造价低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗，维修方便。能进行清洗，维修方便。缺点是缺点是填料函耐压不高，一般小于填料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可能；壳程介质可能通过填料函外漏。通过填料函外漏。填料函式

20、换热器适用于管壳程温差较大或介质易结垢需要经常适用于管壳程温差较大或介质易结垢需要经常清洗且壳程压力不高的场合。清洗且壳程压力不高的场合。釜式换热器其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头式或定管板式、浮头式或U形管式。清洗方便，并能承受高形管式。清洗方便，并能承受高温、高压温、高压。适用于液适用于液-气式换热（其中液体沸腾汽化），气式换热（其中液体沸腾汽化），可作为简单的废热锅炉。可作为简单的废热锅炉。翅片管换热器其结构特点是在换热管的外表面或内表面或内外表其结构特点是在换热管的外表面或内表面或内外表面同时装有许多翅片。可

21、增大传热面积，又可增强面同时装有许多翅片。可增大传热面积，又可增强湍流程度，提高传热效率湍流程度，提高传热效率。重要的应用场合是空气重要的应用场合是空气冷却器冷却器。由一个装在容器外部的夹套构成，在夹套和器壁间的空间由一个装在容器外部的夹套构成，在夹套和器壁间的空间加载热体，容器内的物料与夹套内的介质通过器壁进行换加载热体，容器内的物料与夹套内的介质通过器壁进行换热。热。缺点是缺点是传热面积受容器壁面限制而较小，器内流体处传热面积受容器壁面限制而较小，器内流体处于自然对流状态，传热效率低，夹套内部清洗困难。主要于自然对流状态，传热效率低，夹套内部清洗困难。主要应用于反应过程的加热和冷却。应用于

22、反应过程的加热和冷却。套管式换热器套管式换热器夹套式换热器平板式换热器它是由若干块长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支架上构它是由若干块长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支架上构成。两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体通道。板成。两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体通道。板片是板式换热器的核心部件，常将板面冲压成各种凹凸的波纹片是板式换热器的核心部件，常将板面冲压成各种凹凸的波纹状状优点是优点是结构紧凑，单位体积传热面积大；组结构紧凑，单位体积传热面积大；组装灵活方便；有较高的传热效率，可随时增装灵活方便；有较高的传热效率，可随时增减板数，有利于清洗和维修。减板数，有利于清洗和维修

23、。缺点是缺点是处理量小；受垫片材料性能的限制，处理量小；受垫片材料性能的限制，操作压力和温度不能过高。操作压力和温度不能过高。适用于需要经常清洗、工作环境要求十分紧适用于需要经常清洗、工作环境要求十分紧凑，操作压力在凑，操作压力在2.5MPa以下，温度在以下，温度在35200的场合。的场合。螺旋板式换热器由焊在中心隔板上的两块金属薄板卷制而成，两薄板之间形由焊在中心隔板上的两块金属薄板卷制而成，两薄板之间形成螺旋形通道，成螺旋形通道，两端分别焊有盖板或风头两端分别焊有盖板或风头。两流体分别在两。两流体分别在两通道内流动，通过螺旋板进行换热。通道内流动，通过螺旋板进行换热。优点是优点是结构紧凑；

24、单位体积传热面积大；流体在换热器内结构紧凑；单位体积传热面积大；流体在换热器内作严格的逆流流动，可在较小的温差下操作，能充分利用作严格的逆流流动，可在较小的温差下操作，能充分利用低温能源；由于流向不断改变，且允许选用较高流速，故低温能源；由于流向不断改变，且允许选用较高流速，故传热效果好；又由于流速较高，同时有惯性离心力的作用传热效果好；又由于流速较高，同时有惯性离心力的作用，污垢不易沉积。，污垢不易沉积。缺点是缺点是制造和检修都比较困难；流动阻力较大；操作压力制造和检修都比较困难；流动阻力较大；操作压力和温度不能太高，一般压力在和温度不能太高，一般压力在2MPa以下，温度则不超过以下，温度则

25、不超过400。 板翅式换热器基本单元体由翅片、隔板及封条组成。翅片上下放置隔板，两侧基本单元体由翅片、隔板及封条组成。翅片上下放置隔板，两侧边缘由封条密封，即组成一个单元体。将一定数量的单元体组合边缘由封条密封，即组成一个单元体。将一定数量的单元体组合起来，并进行适当排列，然后焊在带有进出口的集流箱上，一般起来，并进行适当排列，然后焊在带有进出口的集流箱上，一般用铝合金制造用铝合金制造。是一种轻巧、紧凑、高效的换热装置，是一种轻巧、紧凑、高效的换热装置，优点是优点是单位单位体积传热面积大，传热效果好；操作温度范围较广，体积传热面积大，传热效果好；操作温度范围较广，适用于低温或超低温场合；允许操

26、作压力较高，可适用于低温或超低温场合；允许操作压力较高，可达达5MPa。缺点是缺点是易堵塞，流动阻力大；清洗检修困难，故要易堵塞，流动阻力大；清洗检修困难，故要求介质洁净。求介质洁净。应用领域已从航空、航天、电子等少数部门逐渐发应用领域已从航空、航天、电子等少数部门逐渐发展到石油化工、天然气液化、气体分离等更多的工展到石油化工、天然气液化、气体分离等更多的工业部门。业部门。热板式换热器它由两层或多层金属板点焊或滚焊成各种图形，并将边缘焊接密它由两层或多层金属板点焊或滚焊成各种图形，并将边缘焊接密封成一体封成一体。热板式换热器具有流动阻力小，传热效率高，根据需热板式换热器具有流动阻力小，传热效率高，根据需要可做成各种形状等优点，可用于加热、保温、干燥、冷凝等多要可做成各种形状等优点，可用于加热、保温、干燥、冷凝等多种场合。种场合。蓄热式蓄热式合成氨合成氨2、换热器性能对比及选择、换热器性能对比及选择