9、加热及传热过程的安全分析

,*,*,*,9、加热及传热过程的平安分析,1,9.1,化工生产中传热过程危险性分析,化学工业与传热,创造并维持化学反应需要的温度条件,合成氨：470-520度,氨氧化法制备硝酸：800度,涉及到的两个过程：吸热与放热,创造并维持单元操作过程需要的条件,蒸发、结晶、蒸馏、枯燥等过程需要热量的传入或输出,热能综合与回收,传热回收，综合利用,隔热与限热,减小能量的损失，维持系统温度，利于平安,2,传热过程平安分析：,加热过程：明确规定和严格控制升温上限和升温速度,放热过程：抑制反应速度，加设冷却装置和紧急放料装置,加热介质与方法,蒸汽或热水,载热体加热,电加热,加热过程危险性分析,蒸汽或热水,载热体加热,电加热,3,9.2 工业传热过程机理与传热平安分析,9.2.1,传热过程机理分析,4,对流传热：,流动的流体与外界的传热,静止流体与外界的传热,强制对流,自然对流,对流传热系数，,W/m,2,K,边界层是对流传热的主要热阻所在。,t,t,w,Q,5,化工生产中的热交换,热流体,冷流体,目的不同,加热剂：水蒸汽、热水、油,冷流体：冷水、空气、盐水,6,分类,9.2.2 典型换热过程平安分析,7,间壁式换热器,8,9,10,11,列管式换热器,12,三个串联传热环节：,热流体侧的对流传热,间壁的导热,冷流体侧的对流传热,9.3 传热过程热平衡分析,13,总传热系数，单位,W/m,2,K,14,-,称为总传热热阻,Q,的计算,15,K,的计算,（,1,）查经验数据：,P156,表,9-1,（,2,）现场测定,（,3,）公式计算,16,考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：,17,9.4 工业加热载体与冷却剂,9.4.1,加热剂与加热方法,(1),水蒸汽,最常用的加热剂，通常为饱和蒸汽,优点：,潜热大，消耗少,给定压力下，冷凝温度恒定,给热系数大，可在低温差下操作,价廉，无毒无失火危险,缺点：,温度高时，压力较大,100,o,C,：,0.1Mpa,200,o,C,：,1.56Mpa,18,水蒸汽加热方法：,直接加热：鼓泡器,间接加热：排除器与疏水阀的应用,19,(2),热水,一般用于,100,o,C,以下，需高温时，高压热水,优点：,得用二次热源，节约能量,缺点：,给热系数低,不稳定,20,（）高温有机物：,400,o,C,（）无机熔盐：,550,o,C,（）其他：,液体金属：,300-800,o,C,烟道气：,1100,o,C,电：,3000,o,C,21,9.4.2,冷却剂和冷却过程,水：通常,10-30,o,C,，地下水,4-15,o,C,循环水的使用,空气：,冷冻盐水,:,制冷剂：氨、氟里昂,22,9.5 换热器平安技术,9.5.1,按换热器的用途分类,加热器,预热器,过热器,蒸发器,再沸器,冷却器,冷凝器,23,9.5.2,按换热器传热面形状和结构分类,管式换热器,板式换热器,特殊形式换热器,24,9.5.3,按换热器所用材料分类,金属材料换热器,非金属材料换热器,25,9.5.4,换热器结构与性能特点,列管式换热器（管壳式换热器）,构造,26,27,28,温差在,50,以上时,，要考虑温度补偿问题,29,温度补偿问题：,换热器两端管板和壳体是连为一体的。,其特点是结构简单、制造本钱低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。,当壳体和管子之间的温差较大(6070)且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。,补偿圈补偿,-,固定管板式换热器,30,温度补偿问题：,浮头补偿,-,浮头式换热器,U,型管补偿,-U,型管式换热器,一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。,适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合。,用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。,31,选用、设计原则,32,设计方法及步骤：,33,强化管式换热器：,翅片管式,-,横向传热面积大，传热效率高，总传热系数为光管的四至八倍。,其它类型的换热器,34,35,板式换热器,板式换热器是由一组波纹金属板组成,板上有孔,供传热的两种流体通过,.,金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内,并用夹紧螺栓夹紧,.,板式换热器作为一种新型、高效、节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用,并且有逐步取代其它类型之趋势,.,36,螺旋板换热器：,传热效率高传热效率为列管式换热器的,13,倍,阻力小以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比其它换热器高。,37,冷入,冷出,热入,热出,38,冷入,冷出,热入,热出,39,40,9.5.5 换热器平安运行分析,41,传热过程的强化,用较少的传热面积或较小的设备完成同样的传热任务（设计），或力求使换热设备在单位时间、单位面积传递的热量尽可能地大。,42,