传热学溶出基本知识概要课件.ppt
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- 传热学 基本知识 概要 课件
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1、传热及溶出相关知识传热及溶出相关知识学习大纲一、传热学知识介绍二、高压溶出组成及热耗、汽耗分析三、我国几种典型溶出工艺介绍 第一部分第一部分 传热学基本知识传热学基本知识 了解稳定传热的基本概念;了解稳定传热的基本概念;理解稳定导热、对流换热和辐射换热的基理解稳定导热、对流换热和辐射换热的基本概念;本概念;了解稳定传热的过程及传热的增强与削弱。了解稳定传热的过程及传热的增强与削弱。传热学是研究热量传递过程规律的一门学传热学是研究热量传递过程规律的一门学科。科。本章介绍本章介绍传热传热的基本方式,分析导热、热的基本方式,分析导热、热对流和辐射的基本特性及应用。对流和辐射的基本特性及应用。1 稳定
2、传热的基本概念稳定传热的基本概念一、温度与热量一、温度与热量 1 1、温度、温度 定义:定义:用来表示物体冷热程度的物理量。用来表示物体冷热程度的物理量。测量温度的仪表测量温度的仪表:温度计,玻璃管温度计温度计,玻璃管温度计、热电偶温度热电偶温度计计、热热电阻电阻温度计温度计等等。衡量温度的数值标尺:温标。衡量温度的数值标尺:温标。绝对温标:绝对温标:国际单位制规定的热力学温标,符号国际单位制规定的热力学温标,符号T T,单位,单位K(K(开尔文开尔文),中文代号,中文代号“开开”。摄氏温标:摄氏温标:工程实际常用一种温标,符号工程实际常用一种温标,符号t t,单位摄氏度,单位摄氏度,代号,代
3、号“”“”。换算换算关系关系 :T=t+273.16T=t+273.16 一般工程计算中一般工程计算中:T=t+273 T=t+273 2 2、热量、热量 定义:定义:物体吸收或放出热能的多少。物体吸收或放出热能的多少。热量的单位热量的单位 国际单位制中:国际单位制中:J J,kJkJ 工程单位制中工程单位制中:calcal,kcalkcal 换算换算关系关系 :1kcal=4.19kJ1kcal=4.19kJ 热量与能量的区别:热量与能量的区别:我们可以说一个物体含有多少能量,但我们不能说它含有我们可以说一个物体含有多少能量,但我们不能说它含有多少热量。热量是一个多少热量。热量是一个过程量过
4、程量,只有在物体通过热传递,只有在物体通过热传递交换热能才谈得上热量。我们可以说一个物体放出多少交换热能才谈得上热量。我们可以说一个物体放出多少热量,吸收多少热量。热量,吸收多少热量。3 3、传热的基本方式、传热的基本方式 导热导热 热对流热对流 热辐射热辐射4 4、稳定传热的基本概念、稳定传热的基本概念 稳定传热稳定传热 传热中温度差保持一恒定值,即不随时间有所变化。传热中温度差保持一恒定值,即不随时间有所变化。不稳定传热不稳定传热 传热中温度差随时间变化而变化传热中温度差随时间变化而变化。本章无特别说明的传热现象都是指稳定传热。本章无特别说明的传热现象都是指稳定传热。2 稳定导热稳定导热一
5、、定义一、定义 温度不同的物体温度不同的物体直接直接接触接触,温度较高的物体把热能传给,温度较高的物体把热能传给温度较低的物体,或在同一物体内部,热能从温度较高温度较低的物体,或在同一物体内部,热能从温度较高的部分传给温度较低部分的传热现象。的部分传给温度较低部分的传热现象。二、计算公式二、计算公式 单层墙壁单层墙壁t t1 1t t2 2,温度恒定不变,热能,温度恒定不变,热能以导热方式由墙体内表面经墙以导热方式由墙体内表面经墙体传向墙的外表面。体传向墙的外表面。单位时间的导热量单位时间的导热量 12()QttFd墙壁的传热面积。墙壁的传热面积。F墙壁的厚度。墙壁的厚度。d通过单层平壁的导热
6、量。通过单层平壁的导热量。Q墙壁外表面的温度。墙壁外表面的温度。2t墙体材料的导热系数。墙体材料的导热系数。墙壁内表面的温度。墙壁内表面的温度。1t热流强度:单位时间内通过单位面积的热量。热流强度:单位时间内通过单位面积的热量。12()qttd1212ttttqdR 墙体材料的导热系数墙体材料的导热系数,是材料导热性能的一个指标,是材料导热性能的一个指标,由由材料本身材料本身决定。决定。材料导热系数大,导热性能好;反之,导热性能差材料导热系数大,导热性能好;反之,导热性能差。R称为热阻,是热流通过墙壁时遇到的阻力,或者说墙称为热阻,是热流通过墙壁时遇到的阻力,或者说墙壁抵抗热流通过的能力。壁抵
7、抗热流通过的能力。R与与成成反比反比关系关系。3 对流换热对流换热一、对流换热的特征及影响因素一、对流换热的特征及影响因素 1 1、定义、定义 依靠流体的运动,热量由一处传递到另一处的现象称之依靠流体的运动,热量由一处传递到另一处的现象称之为为热对流热对流。2 2、特征、特征 传热过程中传热过程中流体质点发生了相对位移流体质点发生了相对位移,而热传导中质点,而热传导中质点并不发生相对位移。并不发生相对位移。3 3、热对流与对流换热的区别、热对流与对流换热的区别 热对流热对流是基本传热方式的一种是基本传热方式的一种。对流换热对流换热不是基本传热方式,而是一种复杂的传热过程不是基本传热方式,而是一
8、种复杂的传热过程,既有热对流作用,既有热对流作用,同时同时又有导热作用。又有导热作用。4 4、影响对流换热的因素、影响对流换热的因素(1 1)流动的起因)流动的起因 自然对流自然对流 受迫对流受迫对流(2 2)流体的流动状态)流体的流动状态 层层流流 紊流紊流(3 3)流体的物理性质)流体的物理性质 导热系数、热容、密度、动力粘度等。导热系数、热容、密度、动力粘度等。(4 4)换热表面的几何尺寸、形状与大小)换热表面的几何尺寸、形状与大小二、对流换热计算二、对流换热计算 1()bQtt F1()bqtt对流换热热流强度。对流换热热流强度。q墙壁的换热面积。墙壁的换热面积。F单位时间的对流换热量
9、。单位时间的对流换热量。Q流体的温度。流体的温度。1t对流换热系数,对流换热系数,其大小反映了其大小反映了对流换热的强弱对流换热的强弱。墙面的温度。墙面的温度。bt变换公式的形式,可得:变换公式的形式,可得:111bbttttqR对流换热热阻,与对流换热系数成反比。对流换热热阻,与对流换热系数成反比。R4 辐射换热辐射换热一、热辐射的本质和特点一、热辐射的本质和特点 1 1、定义、定义2 2、特点:、特点:不依靠不依靠物质的物质的直接接触直接接触而进行能量传递。而进行能量传递。伴随能量形式两次转化:内能伴随能量形式两次转化:内能电磁波能电磁波能内能。内能。只要只要T TOKOK,物体物体都会都
10、会不断不断向向周围周围发射热射线发射热射线。即使没有温差,也存在热辐射,只不过物体辐射和吸收的即使没有温差,也存在热辐射,只不过物体辐射和吸收的能量相等,处于能量相等,处于动态平衡动态平衡。二、辐射能的吸收二、辐射能的吸收、反射和透射反射和透射 根据能量守恒定律,有:根据能量守恒定律,有:GGGG两边同除以两边同除以 :G1分别为吸收率、反射率、透射率。分别为吸收率、反射率、透射率。、黑体:黑体:能吸收全部热射线的物体,即能吸收全部热射线的物体,即 。白体:白体:能反射全部热射线的物体,即能反射全部热射线的物体,即 。透明体:透明体:能透过全部热射线的物体,即能透过全部热射线的物体,即 。在自
11、然界中,绝对黑体、白体和透明体的是不存在的。在自然界中,绝对黑体、白体和透明体的是不存在的。111三、热辐射的基本定律三、热辐射的基本定律 在所有的物体中,黑体辐射能力最强,其他物体辐射能在所有的物体中,黑体辐射能力最强,其他物体辐射能力小于黑体,称力小于黑体,称灰体灰体。4()100Tc 灰体的辐射系数,表示物体的向外辐射的能力灰体的辐射系数,表示物体的向外辐射的能力。c绝对温度。绝对温度。T0cc物体物体的的黑度,表示物体与黑体的接近程度。黑度,表示物体与黑体的接近程度。黑体黑体的的辐射系数辐射系数。0c四、辐射换热的计算四、辐射换热的计算 T TOKOK的物体都能辐射热量,两物体通过辐射
12、进行热交换,的物体都能辐射热量,两物体通过辐射进行热交换,高温物体辐射给低温物体的热量大于低温物体辐射给高高温物体辐射给低温物体的热量大于低温物体辐射给高温物体的热量,最终温物体的热量,最终两者差两者差值值决定换热量决定换热量。44121212121()()100100TTQCF44212121212()()100100TTQCF1221QQ 平均角系数平均角系数。5 传热传热一、稳定传热的过程一、稳定传热的过程 建筑物围护结构和换热设备的传热过程,实际上是导热、建筑物围护结构和换热设备的传热过程,实际上是导热、热对流和热辐射三种基本方式都存在的复杂的换热过程。热对流和热辐射三种基本方式都存在
13、的复杂的换热过程。以一以一建筑物外建筑物外墙墙为例,来分析建筑物围护结构的实际传为例,来分析建筑物围护结构的实际传热过程。热过程。假定墙两侧空气温度分假定墙两侧空气温度分别为别为t tn n和和t tw w,且,且t tn nt tw w,室内热量通过室内热量通过墙墙体向外体向外传热的过程,要经历三传热的过程,要经历三个阶段。个阶段。1 1、吸热阶段(对流换热和辐射换热)、吸热阶段(对流换热和辐射换热)2 2、导热阶段、导热阶段 3 3、放热阶段(对流换热和辐射换热)、放热阶段(对流换热和辐射换热)1()nnnbqtt12bbttqd2()wwbwqtt 由于是稳定传热过程,外墙三个阶段的传热
14、量应当相等,由于是稳定传热过程,外墙三个阶段的传热量应当相等,即:即:联立、及式,可得:联立、及式,可得:nwqqqq()11nwnwnwnwdwnwttttttqK ttdRRRR11111nwnwKdRRRR墙体的总传热阻墙体的总传热阻。R墙体墙体的的总传热系数总传热系数。K式中:式中:二、传热的增强与削弱二、传热的增强与削弱 1 1、增强传热的基本途径、增强传热的基本途径(1 1)提高传热系数)提高传热系数(2 2)增大传热面积)增大传热面积(3 3)增大传热温差)增大传热温差2 2、增强传热的方法、增强传热的方法(1 1)改变流体的流动状况)改变流体的流动状况(2 2)改变流体的物性)
15、改变流体的物性(3 3)改变换热表面情况)改变换热表面情况3 3、削弱传热的方法、削弱传热的方法(1 1)热绝缘)热绝缘(2 2)改变表面状况)改变表面状况QKF t 第二部分 高压溶出组成 热能消耗、汽耗分析高压溶出系统组成 原矿浆在进压煮器溶出以前须进行预热,高压溶出的高原矿浆在进压煮器溶出以前须进行预热,高压溶出的高温压煮矿浆要通过一系列自蒸发器逐步冷却,将压力降温压煮矿浆要通过一系列自蒸发器逐步冷却,将压力降为常压,由预热器、压煮器、自蒸发器等设备组成高压为常压,由预热器、压煮器、自蒸发器等设备组成高压溶出系统。溶出系统。高压溶出过程的热能消耗分析1、热能消耗分析高压溶出过程的热能消耗
16、是拜耳法热能消耗的主要工序之一,占拜耳法能耗的40%左右。在重视能源节约的今天,我们必须了解高压溶出过程热能消耗情况,以改进生产,降低能量消耗。我国的拜耳法高压溶出过程大多采用十级预热、十级自蒸发、高压新蒸汽间接加热的热工制度。原矿浆在预热器和溶出器中加热到溶出温度。一方面原矿浆经过预热,以便降低蒸汽需用量,另一方面通过溶出料浆的多级自蒸发以利用它们自蒸发时释放出的蒸汽来预热原矿浆,以回收其热量。实际溶出过程的热量收支情况以图表示。溶出过程的热量收支情况 带入热量 铝土矿 循环母液 新蒸汽溶出反应热 溶出过程 散热损失 溶出料浆 新蒸汽 二次蒸汽 废气 冷凝水 冷凝水 支出热量热能消耗分析 所
17、谓废气是指在溶出过程无法利用的低压蒸汽。它虽然可用于其它工序,如加热赤泥洗水,但数量太多时不得不放空排出,成为增大热耗的主要原因。如果溶出过程没有这种废气,物料在溶出前后的温度相同,那么新蒸汽只是为了提供溶出反应热和补偿散热损失,则其用量与溶出温度关系很小。新蒸汽消耗量D的经验公式为:D=2.2(T-t预)kg/m3(原矿浆)式中 2.2经验常数;T溶出温度,t预原矿浆预热温度,由上式可见,新蒸汽消耗量实际上是预热温度的函数。提高预热温度可降低新蒸汽的消耗量。热能消耗分析 热能消耗分析 由于实际条件的限制,溶出料浆自蒸发的二次蒸汽(Ti)用来预热原矿浆,并不能使原矿浆获得相同的温度,这两种料浆
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