【正文】 可較精確地調節(jié)流量，所以常用于蒸汽、壓縮空氣及液體輸送管道。閘閥是利用閘板的上升或下降，以調節(jié)管路中流體的流量。其功用在于只允許流體沿單方向流動。形成層流拋物線規(guī)律的這一段，稱為層流的起始段，X0＝。流體在管內從第一截面流到第二截面時，由于流體層之間的分子動量傳遞而產生的內摩擦阻力，或由于流體之間的湍流動量傳遞而引起的摩擦阻力，使一部分機械能轉化為熱能。直管阻力是流體流經一定直徑的直管時，所產生的阻力。3．相對粗糙度：，無量綱（因次）。在過程進行中，由于反應物需要吸收或放出一定的熱量，故又要不斷地導入或移出熱量；有些單元操作，如蒸餾、蒸發(fā)、干燥和結晶等，都有一定的溫度要求，所以也需要有熱能的輸入或輸出，過程才能進行；此外，許多設備或管道在高溫或低溫下操作，若要保證管路中輸送的流體能維持一定的溫度以及減少熱量損失，則需要保溫（或隔熱）；近十多年來，隨著能源價格的不斷上漲，回收廢熱及節(jié)省能源已成為降低生產成本的重要措施之一。 （二） 傳熱的三種基本方式 傳熱的基本方式 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內或物體溫度不同而引起的。當物體內部或兩個直接接觸的物體之間存在著溫度差異時，物體中溫度較高部分的分子因振動而與相鄰的分子碰撞，并將能量的一部分傳給后者，藉此，熱能就從物體的溫度較高部分傳到溫度較低部分。熱量從物體內溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分，或傳遞到與之接觸的另一物體的過程稱為熱傳導。在流體中，主要是由于流體質點的位移和混合，將熱能由一處傳至另一處的傳遞熱量的方式為對流傳熱。任何物體，只要其絕對溫度不為零度，都會以電磁波的形式向外界輻射能量。如化工生產中廣泛應用的間壁式換熱器，熱量從熱流體經間壁(如管壁)傳向冷流體的過程，是以導熱和對流兩種方式進行。 缺點：設備體積大；有一定程度的混合。 傳熱面為殼內所有管束壁的表面積 冷卻劑：水、空氣、冷凍鹽水、液氨等 冷卻溫度30176。 熱流密度q：熱通量，單位時間內通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位 J/(s. m2)或W/m2。圖41所示的套管式換熱器是其中的一種。間壁兩側流體的換熱情況可用圖42表示?！?； Q傳熱速率，J/s(或W)；A傳熱面 積， m2； Δtm兩流體的平均溫度差，K(或℃)。因此，要掌握傳熱過程的原理，首先要分別研究熱傳導和對流傳熱的基本原理。設計換熱器時，根據熱負荷要求，用傳熱速率方程式計算所需傳熱面積。在恒壓條件下，單位質量的物質升高1℃所需的熱量，稱為定壓比熱或定壓熱容。 （二） 有相變化時熱負荷計算 當流體與外界交換熱量過程中發(fā)生相變化時，其熱負荷用潛熱法計算。 解 此題可分成兩步計算：一是飽和水蒸汽冷凝成水，放出潛熱；二是水溫降至50℃時所放出的顯熱。等溫面：溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面稱為等溫面。溫度梯度是一個向量。在所有固體中，金屬是最好的導熱體。K。表42和圖46列出了幾種液體的導熱系數值。 常見的幾種氣體的導熱系數值見表43。在第一章流體流動中已指出，流體產生流動的原因可以是流體以外力（如泵、鼓風機等）作用下而造成的強制對流，亦可是由流體內部的溫度差而引起流體的密度差產生的自然對流。由于大多數流體的導熱系數較小，幫熱阻主要集中在層流底層中，因此，溫度差也主要集中在該層中。圖411中表示對流傳熱時AA截面上的溫度分布情況。 過渡區(qū)域： 熱傳導和對流方式。 3. 影響對流傳熱系數的主要因素引起流動的原因： （1）自然對流：由于流體內部密度差而引起流體的流動。由上述分析可見，影響對流傳熱的因素很多，故對流傳熱系數的確定是一個極為復雜的問題。 如蒸發(fā)器中，間壁的一側是飽和水蒸汽在一定溫度下冷凝，另一側是液體在一定溫度下沸騰，兩側流體溫度沿傳熱面無變化，兩流體的溫度差亦處處相等，可表示為 （2）變溫傳熱：在傳熱過程中，間壁一側或兩側的流體沿著傳熱壁面，在不同位置時溫度不同，但各點的溫度皆不隨時間而變化，即為穩(wěn)定的變溫傳熱過程。圖為換熱器中流體流動方向的意圖。 逆流 如圖419(b)所示，參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側分別以相對的方向流動。若參與熱交換的雙方流體均作折流，則稱為復雜折流。 將上式與傳熱基本方程式Q=KAΔtm比較，可見變溫傳熱的平均溫度差為 五、流體流動方向的選擇 在間壁式換熱器中，對純逆流和并流兩種情況發(fā)，確定傳熱壁面兩側流體的流動方向，可從以下兩方面考慮。而當間壁兩側流體皆為變溫傳熱時，則流體的流動方向對流體的最終溫度有很大影響。 由上述分析可知，在相同傳熱面條件下，逆流操作時加熱劑(冷卻劑)用量較并流?。环粗?，在加熱劑(冷卻劑)用量相同條件下，逆流的換熱器傳熱面積較并流的小。一般來說，傳熱面積而增加的設備費用，較減少載熱體用量而節(jié)省的長期操作費用為少，故逆流操作優(yōu)于并流。此外，還應考慮物料的性質，如加熱粘性物料時，若采用并流操作，可使物料迅速升溫，降低粘度，提高傳熱系數。在傳熱基本方程式Q=KAΔtm中，傳熱量Q是生產任務所規(guī)定的，溫度差Δtm之值由冷、熱流體進、出換熱器的始、終溫度決定，也是由工藝要求給出的條件，則傳熱面積A之值與總傳熱系數K值密切相關，因此，如何合理地確定K值，是設計換熱器中的一個重要問題。工業(yè)生產用列管式換熱器中總傳熱系數值的大致范圍見表410 表410 列管式換熱器中K值大致范圍 熱流體 冷流體 總傳熱系數，K W/m2由于污垢層的厚度及其導熱系數不易估計，工程計算時，通常是根據經驗選用污垢熱阻。 蒸餾水 海水 清凈的河水 未處理的涼水塔用水 已處理的涼水塔用水 已處理的鍋爐用水 硬水、井水 水蒸汽 對易結垢的流體同，故換熱使用過久，污垢層很厚時，污垢熱阻會超過表411中之值，結果必使傳熱速率嚴重下降，故換熱器要根據具體工作條件，定期清洗。夾套要裝在容器外部，在夾套和器壁間形成密閉的空間，成為一種流體的通道。 因夾套式換熱器時傳熱面積受到限制，所以當需及時移走較大熱量時，則應在容器內部加設蛇管(或列管)冷卻器，管內通入冷卻水，及時取走熱量以保持器內一定的溫度。每一段套管稱為一程，每程的內管依次與下一程的內管用U形管連接，面外管之間也由管子連接如圖429所示。這種換熱器的優(yōu)點是：結構簡單、能耐高壓、制造方便、應用靈便、傳熱面易于增減。此種換熱器和主要優(yōu)點是結構簡單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。其缺點是占地較大，水滴濺灑到周圍環(huán)境，且噴淋不易均勻。板片四角有圓孔，形成液體的通道。板間距通常為4～6mm。K；結構緊湊，單位體積設備提供的傳熱面積大；操作靈活性大，可以根據需要調節(jié)板片數目以增減傳熱面積或以調節(jié)流道的辦法，適應冷、熱流體流量和溫度變化的要求；加工制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。對于均相物系必須要造成一個兩相物系。 利用氣體中各組分在液相中溶解的差異而分離氣體混合的操作稱為吸收。 定義 吸收：利用各組分在液體中溶解度的差異使氣體中不同組分分離的操作。 解吸：這種使溶質從溶液里脫除的過程成為解吸或脫吸。 （2）蒸餾 將液體混合物加熱造成企業(yè)兩相物系，利用組分揮發(fā)性的差異，使其得以分離。如從合成氨所用的原料氣中健分離出ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｓ等雜質。如制酸工業(yè)中用水分別吸收混合氣體中的HCl、ＳＯ３和ＮＯ２制取鹽酸、硫酸和硝酸。選擇適當的工藝和溶劑進行吸收是廢氣治理中應用較廣的方法。 ２．要有較低的蒸氣壓，以減少吸收過程中溶劑的揮發(fā)損失。 ６．吸收后的溶劑應易于再生。 生產中為了提高傳質的效果，總是力求讓兩相接觸充分，即盡可能增大兩相的接觸面積與湍動程度。板上有許多孔道，氣體可以通過它們從下層升入上層。溶劑從塔頂進入，沿著填料的表面廣為散布并逐漸下流。若氣體溶解后與溶劑或預先溶于溶劑里的其它物質進行化學反應，則稱為化學吸收。 第九章 蒸餾（一）概述：蒸餾：是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助多次部分氣化和部分冷凝達到輕重組分分離的方法。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯組成高于原料的產品，依此進行多次汽化及冷凝過程，即可將苯和甲苯分離。 蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。工業(yè)中的蒸餾多為多組分精餾，但作為蒸餾問題的基礎，本章著重討論常壓下的雙組分精餾。揮發(fā)性大，稱為易揮發(fā)組分或輕組分（A）。餾出液通常是按不同組成范圍分罐收集的。 簡單蒸餾和平衡蒸餾一般用以較易分離的體系或分離要求不高的體系。許多情況下，要求混合液分離為幾乎純凈的組分，就要采用精餾裝置才能完成這任務。部分冷凝和部分汽化所產生的液相匯合在一起下降到下一塊塔板去，且X1X2，即發(fā)生了易揮發(fā)性組分從液相到汽相的傳遞，難揮發(fā)性組分從汽相到液相的傳遞。塔底再沸器連續(xù)將液體部分汽化，產生上升的蒸汽，送回塔內亦稱汽相回流；所產生的液體作為塔底產品，亦稱釜殘液。對于一定的生產能力，即鎦出量D一定時，的大小取決于回流比。 塔頂回流液 回流包括塔底回流汽 連續(xù)精餾裝置提餾段：進料板以下（包括進料板）的塔段，特點：塔板提供了汽液分離的場所；因這種方法費用高，操作麻煩，故只適用于小批量固體物料的去濕，或用于除去氣體中的水分。在化工生產中，為了使去濕的操作經濟而有效，往往先用機械去濕法除去物料中的大部分水分后再進行干燥，所以干燥操作往往緊跟在結晶，過濾，離心分離等操作過程之后進行，最后得到合格的產品。 干燥過程的分類 按操作的壓力不同，干燥可分為常壓干燥和真空干燥。間歇式的優(yōu)點是基建費用較低，操作控制方便，能適應多品種物料，但干燥時間較長，生產能力較少。傳導中的熱能利用程度較高，但是，與金屬壁面接觸的物料在干燥時易形成過熱的變質。但熱空氣離開干燥器時，將相當大的一部分熱量帶走，故熱能利用程度比傳導干燥差。 （4）介電加熱干燥 是將要干燥的物料置于高頻電場內，由于高頻電場的交變作用使物料加熱而達到干燥的目的。/h,進出口溫度70℃/45℃；二次側：循環(huán)水，進出口溫度32℃/37℃。運行費用比較： 采用SECESPOL換熱器一級冷凝替代原二級冷凝，采用循環(huán)水替代原冷凍鹽水作為冷媒冷凍鹽水運行費用計算：制冷量（按總換熱量20%計）每天工作時間4小時每月（25天）12840每年（按照12個月）154080kw電費1元/度每年運行費用裝置5套每年運行費用77萬元 SECESPOL換熱器采用循環(huán)水較原運行總用水量增加50t/h *4*25*10**5=4萬元/年綜合節(jié)省費用73萬元/年！河北華戈化工工況描述：一次側：常壓精餾甲醇。通過上述數據分析可知，螺旋螺紋螺旋螺紋管冷凝器性價比高，在醫(yī)藥中間體生產中物料的冷凝回流應用有很大優(yōu)勢。k粘度 Dynamic viscositymPas選型計算顯熱 Sensible heat loadkw潛熱 Latent heat loadkw0總換熱量 Heat loadkw對數溫差 LMTD℃換熱器型號TypeB500數量 Quantity臺1換熱面積 Surfacem2安裝方式 Mounting Type豎直安裝壓力損失 Pressure losskPa換熱器參數設計壓力 Max work pressurebar（kg/cm2）16試驗壓力 Test pressurebar（kg/cm2）32設計溫度 Max work temperature℃400℃材質 Materials換熱管316L殼體316L管程殼程接口方式 Connection快裝接頭快裝接頭接口尺寸 Connection types質量 Weightkg工況3：氯仿乙醇塔冷凝器客戶工藝要求：一次側：乙醇，常壓，蒸發(fā)量2t/h，進出口溫度78/35℃；二次側：冷卻水進出口溫度23/29℃。s選型計算顯熱 Sensible heat loadkw潛熱 Latent heat loadkw總換熱量 Heat loadkw對數溫差 LMTD℃換熱器型號Type數量 Quantity臺2換熱面積 Surfacem2*2安裝方式 Mounting Type豎直安裝壓力損失 Pressure losskPa換熱器參數設計壓力 Max work pressurebar（kg/cm2）16試驗壓力 Test pressurebar（kg/cm2）32設計溫度 Max work temperature℃400℃材質 Materials換熱管316L殼體316管程殼程接口方式 Connection法蘭法蘭接口尺寸 Connection typesDN125DN125質量 Weightkg165*2本選型可以滿足氯仿蒸餾2t/h由58℃冷凝到30℃。k粘度 Dynamic viscositymPa183