傳熱,即熱量的傳遞,是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中普遍存在的一種現(xiàn)象。無論在化工、能源、宇航、動力、冶金、機(jī)械等工業(yè)部門,還是在農(nóng)業(yè)、軍工等行業(yè)中都涉及到許多傳熱問題?;瘜W(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系尤為密切。因為無論生產(chǎn)中的化學(xué)過程(化學(xué)反應(yīng)操作),還是物理過程(化工單元操作),幾乎都伴有熱量的傳遞。傳熱在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用主要方面為:
(1)創(chuàng)造并維持化學(xué)反應(yīng)需要的溫度條件? 化學(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的核心,幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都要求有一定的溫度條件,例如:合成氨的操作溫度為470~520°C;氨氧化法制備硝酸過程中氨和氧的反應(yīng)溫度為800'C等。為了達(dá)到要求的反應(yīng)溫度,先必須對原料進(jìn)行加熱,而這些反應(yīng)若是明顯的放熱反應(yīng),為了保持最佳反應(yīng)溫度,又必須及時移走放出的熱量;若是吸熱反應(yīng),要保持反應(yīng)溫度,則需及時補充熱量。
(2)創(chuàng)造并維持單元操作過程需要的溫度條件? 在某些單元操作,如蒸發(fā)、結(jié)晶、蒸餾和干燥等過程中,都需要輸入或輸出熱量才能正常進(jìn)行。例如:在蒸餾操作中,為使塔釜的液體不斷汽化從而得到操作所必需的上升蒸汽,就需要向塔釜內(nèi)的液體輸入熱量;同時,為了使塔頂出來的蒸汽冷凝得到回流液和液體產(chǎn)品,就需要從塔頂冷凝器中移出熱量。
(3)熱能綜合和回收? 在上述實例中,合成氨的反應(yīng)氣以及氨和氧的反應(yīng)氣溫度都很高,有大量的余熱需回收,通常可設(shè)置余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽甚至發(fā)電。
(4)隔熱與限熱? 為了減少熱量(或冷量)的損失,需要對設(shè)備和管道進(jìn)行保溫。這樣做既減少了消耗,又有利于維持系統(tǒng)溫度,還有利于安全生產(chǎn)。
吸熱反應(yīng)大多需要加熱;有的反應(yīng)必須在較高的溫度下進(jìn)行,因此也需要加熱。加熱反應(yīng)必須嚴(yán)格控制溫度。一般情況下,溫度升高反應(yīng)速度即加快。溫度過高或升溫過快會導(dǎo)致反應(yīng)劇烈,容易發(fā)生沖料,易燃晶大量氣化,聚集在車間內(nèi)與空氣形成爆炸性混合物,火災(zāi)危險性極大。所以應(yīng)明確規(guī)定和嚴(yán)格控制升溫上限和升溫速度。???
如果是放熱反應(yīng),且反應(yīng)液沸點低于40°C,或者是反應(yīng)劇烈、溫度容易猛升并有沖料危險的化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)設(shè)備應(yīng)該有冷卻裝置和緊急放料裝置。緊急放料裝置的物料接受器應(yīng)該導(dǎo)至生產(chǎn)現(xiàn)場以外沒有火源的安全地點。此外,也可以設(shè)爆破泄壓片,爆破泄壓片排泄口應(yīng)導(dǎo)至室外安全地點,與明火的間距應(yīng)大于30m。
加熱宜采用熱水或蒸汽加熱。個別要求加熱到140°C以上的反應(yīng)可以用閃點高的礦物油(例如62號或65號汽缸油)或聯(lián)苯、聯(lián)苯醚混合物作熱載體進(jìn)行夾層加熱,熱載體由浸入其中的電熱器加熱,或者先在他室加熱,再輸送到加熱設(shè)備以加熱反應(yīng)物,循環(huán)使用。用熱載體加熱,加熱設(shè)備不得泄漏,應(yīng)留有供熱載體膨脹的余地,以免加熱時溢出;應(yīng)定期清洗積垢;還應(yīng)設(shè)有排空管;溫度儀應(yīng)保證準(zhǔn)確,以防失靈超溫。
250°C以上的加熱可采用感應(yīng)加熱器,但感應(yīng)線圈應(yīng)絕緣良好,并應(yīng)安裝自動控溫裝置。容易沖料的化學(xué)反應(yīng),設(shè)備上部應(yīng)裝緩沖器。
加熱溫度如果接近或超過物料的自燃點,應(yīng)采用氮氣保護(hù)。
加熱爐點火前應(yīng)進(jìn)行鍋爐、爐內(nèi)、爐外的檢查;鍋爐輔助設(shè)備檢查、調(diào)試;檢查、潤滑部位是否正常,各閥門儀表是否靈敏正確;熱油及冷油循環(huán)系統(tǒng)檢查、調(diào)試;導(dǎo)熱油型號和規(guī)格是否達(dá)到規(guī)定要求等工作。
油爐運行時,應(yīng)保持負(fù)壓燃燒,穩(wěn)壓運行;根據(jù)生產(chǎn)需要,油溫不得超過200°C,不得低于140℃;嚴(yán)禁高位膨脹槽缺油。
停爐時熱油循環(huán)泵必須繼續(xù)運行;停止給煤,停止鼓風(fēng)后停止引風(fēng);待爐溫降至不會使?fàn)t管內(nèi)導(dǎo)熱油溫度回升至危險溫度時,方可停止熱油循環(huán)泵。