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1、任务二 二次盐水的精制 任 务 二二 次 盐 水 的 精 制会操作列管式换热器；能分析换热器的流体流动情况；能绘制列管换热器的外形图；会根据需要选择列管换热器的类型；能读懂二次盐水工艺流程图；能操作二次盐水精制生产装置；能分析螯合树脂运行过程失活的原因，并能采取相应的解决措施。能 力 目 标理解掌握流体传热的基本知识；掌握列管式换热器的基本类型和工作原理；掌握螯合树脂塔的基本结构与螯合树脂的离子交换机理；掌握二次盐水的工艺流程；掌握二次盐水精制生产过程的的异常情况分析与处理方法。知 识 目 标二次盐水精制生产任务 从一次盐水工序送来的盐水，还不能直接送入离子膜电解槽内进行电解，用于电解槽盐水的
2、纯度远远高于隔膜电解槽，它必须在原来一次盐水生产的基础上，再进行第二次精制。本工序要完成盐水精制工作任务。二次盐水精制工艺流程 图2-1 二次盐水精制仿真操作工艺流程图二次盐水精制通常采用三台螯合树脂塔串联流 程，从一次盐水（凯膜过滤器过滤和调酸后）工序 送来合格的一次盐水首先经过盐水预热器，加热到 6065后，从树脂塔顶部盐水进口送入，流经塔内的树脂床，从塔底流出后再到另一塔的顶部盐水 进口，同样进入塔内的树脂床层从塔下部流出，而 第三塔可进行树脂再生或如前两塔一样串入盐水系 统使用，从最后一台树脂塔内流出的盐水中Ca2+和 Mg2+的总硬度就完全可以小于20PPb，汇总进入去离子精制盐水罐
3、内，供离子膜电解槽电解使用。二次盐水精制工艺流程二次盐水精制工艺流程叙述二次盐水精制工艺流程图图2-2 二次盐水精制工艺流程图二次盐水精制工序对原料一次盐水的 质量指标要求项目控制要求项目控制要求NaCl（g/l）290310SiO2（mg/l）15PH值810ClO-（mg/l）无温度（）655ClO3-（g/l）15Ca2+Mg2+（mg/l）4SO2-（g/l）57Sr2+（mg/l）2.5ss（mg/l）1 （Ca、Mg固体 物除外）Ba2+（mg/l）0.5其他重金属（mg/l ）0.2Fe2+（mg/l）0.5表2-1 供给二次精制工序的一次盐水质量指标根据树脂塔的工作温度要求，盐
4、水的温度达到655，才能使树脂塔内的鳌合树脂的活性达到最佳工作状态，那么就要 对盐水进行预热升温。二次盐水精制任务完成的基础条件传热图2-3 水-蒸汽传热过程操作工作流程图二次盐水精制任务完成的基础条件传热二次盐水精制任务完成的基础条件传热水-蒸汽传热操作实训技能目标要求会操作蒸汽发生器并能熟练地控制蒸汽压力。能独立开启循环水泵，并根据要求进行调节流量的大小。能独立操作水蒸汽给热系数测定的实训的控制面板。了解间壁式传热元件,掌握给热系数测定的实验方法；测定水在圆形直管内的强制对流给热系数；了解影响给热系数的因素和强化传热的途径；了解热电阻测温方法、涡轮流量计测流量方法，学会使用变频器。一 传热
5、的基础理论（一）传热在化工生产中的应用 化工生产中的传热问题有两大类： 1、强化传热过程，如各种换热设备设备中的传热。2、削弱传热过程，如对设备和管道的保温，以减少热损失。传热的基础理论 凉水塔：用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济 效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷 却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际 工程中得到了广泛的使用。 （二）工业生产上的换热方式1.直接混合式换热 是指冷、热流体直接接触，在混合过程中进行传热。这种传热方式速度快、效率高、设备简单，但只适用于用水来 冷凝水蒸汽等允许两种
6、流体直接接触混合的场合。 实例：传热的基础理论 传热的基础理论传热的基础理论图2-4 直接接触式换热 2. 蓄热式换热 这种形式的换热通常是在一个被称为蓄热器的设备内 进行的，蓄热器内装有耐火砖一类的固体填充物，用来贮 藏热量。传热的基础理论图2-5 蓄热式换热 3. 间壁式换热 传热的基础理论图2-6 列管式换热器这类换热的特点是冷、热流体被一固体壁面隔开，分别在壁面的两侧流动，互不相混合。传热时热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。间壁式换热器适用于两股流体间需要进行热量交换而又不允许直接相混的场合。 传热的基础理论传热的基础理论传热的基础理论图2-7 沉浸蛇管换热器图2-8 喷淋
7、蛇管换热器传热的基础理论传热的基础理论图2-9 夹套式换热器传热的基础理论传热的基础理论（三）传热的基本方式图2-10 传热方式 1. 热传导（导热）定义：不同温度的物体之间通过直接接触，或同一物体中不同温度的各部分之间，由于分子、原子或自由电子等微粒的 热运动而发生的热量传递是热传导。 特点：物体内的分子或质点不发生宏观的运动。需要传热 媒介。发生场合： 导热一般发生于固体、静止的流体或与层流流体流动方向垂直的传热。注意：热传导不能在真空中进行。传热的基础理论2. 对流传热 定义：对流传热是指流体中质点发生宏观相对位移而引起的热交换。特点：流体质点发生了宏观相对位移，需要传热媒介。分类：自然
8、对流强制对流发生场合：发生于流体中。化工生产中的对流传热是指流体与固体壁面间的传热。传热的基础理论3. 热辐射 定义：因热的原因物体发射辐射能并在周围空间传播而引起的传热。特点：不仅有能量的传递，同时还伴有能量形式的转换；不需要传热媒介。发生场合：任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，但只有物体的温度差别较大时，辐射传热才能成 为主要的传热方式。传热的基础理论传热的基础理论(四） 稳定传热和不稳定传热稳定传热：在传热过程中，传热面上各点的温度因位置不同而不同，但不随时间而改变的传 热。注意：在稳定传热的情况下，单位时间内所传递的热量是不变的。连续生产过程中的传热多 为稳定传热。不稳定传热
9、:若传热过程中，传热面上各点的温度既随位置变化，又随时间而变化的传热。传热的基础理论二、热传导 （一）傅里叶定律Q - 导热速率，W； - 比例系数，称为导热系数，W/m；- 温度梯度，表示热传导方向上单位长度的温度变化率，规定温度梯度的正方向总是指向温度增 加的方向。 传热的基础理论图2-11 固体壁的热传导 热导率的物理意义：当间壁的面积为1m2,厚度为1m，壁面两侧的温度差为1K时，在单位时间内以热传导方式所传递 的热量。 影响的因素物质的组成、结构、状态、温度。 各种物质的1、固体的 （1）金属 T ,纯度 （2）非金属 T ， 2、液体的 T （水和甘油除外） 3、气体的 T 传热的
10、基础理论（二）通过平壁的稳态热传导1.单层平壁的稳态热传导在稳定导热条件下，Q、A 均为常量，故分离变量后积分，得 图2-12 单层平壁的导热传热的基础理论实例计算现有一厚度为240mm的砖壁，内壁温度为600，外壁温度为150。试求通过每平方米砖壁的热量。已知该温度范 围内砖壁的平均导热系数=0.6W/m。解：传热的基础理论第一层第二层假设层与层间接触良好，相接触的两表面温度相同(2)多层平壁的稳态热传导图2-13 多层平壁的热传导传热的基础理论传热的基础理论第三层n层平壁结论： 多层平壁导热的推动力是内外壁面的总温度差；导热的总热阻为各层热阻之和。实例计算2-2 有一炉壁，内层由24cm的
11、耐火 砖1=1.05W/(mK)，中层由12cm的保温砖2 =0.15W/(mK)，外层由24cm的建筑砖3 =0.8W/(mK)组成。稳态传热时，测得内壁温度为940，外壁温度为50。试求单位面积的热损 失和各层交界面上的温度。 传热的基础理论解： 传热的基础理论（三）圆筒壁的稳定热传导（1）单层圆筒壁图2-14 单层圆筒壁的热传导传热的基础理论传热的基础理论对数平均半径平均导热面积传热的基础理论导热热阻（2）多层圆筒壁假设：各层间接触良好；各层的导热系 数分别为1、2、3，厚度分别为1、2、3 。传热的基础理论图2-15 三层圆筒壁的热传导在一603.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层
12、为40mm的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数=0.15W/m。现用热电偶测得管内壁温度为500，最外层表面温度为80，管壁的导热系数=45W/m。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。 传热的基础理论实例计算二、对流传热1. 对流传热分析传热的基础理论图2-16 换热管壁两侧流体流动状况及温度分布（b）温度分布（a）流动状态传热的基础理论2. 对流传热方程对流传热系数（或给热系数）， W/（m2）。上式称为对流传热方程式，也称为牛顿冷却定律。传热的基础理论传热的基础理论2.影响对流传热膜系数的因素 图2-17 影响对流传热膜系数的因素三、总传
13、热速率方程式 1. 总传热速率方程K 传热系数，W/（m2K） 或 W/（m2）K的物理意义：当温度差为1K时，在单位时间通过单 位面积所传递的热量。 传热的基础理论传热的基础理论2. 热负荷的计算若换热器保温良好，无热损失，则（1） 显热法 （2） 潜热法 或 或 例2-1 将0.5kg/s，80的硝基苯通过一换热器冷却到40，冷却水初温为30，出口温度不超过35。已知水的定压比热容为4.19kJ/（kg），试求该换热器的热负荷及冷却水用量。传热的基础理论传热的基础理论解：由手册查得硝基苯 时的比热容为1.58kJ/（kg）kW冷却水用量kg/s 3、平均温差的计算 （1） 间壁式换热器中两
14、流体的流向传热的基础理论图2-18 间壁式换热器中两种流体的流向传热的基础理论（2） 恒温传热时的平均温度差（3） 变温传热时的平均温度差并流和逆流时的平均温度差的计算图2-19 间壁两侧流体无相变，且为并流或逆流的温度变化传热的基础理论并流时：逆流时： 中，数值大的为 ，小的为 。 若传热的基础理论错流和折流是的平均温差 温度校正系数 可根据R和P两个参数查图获得。4. 总传热系数（1）传热系数K值的来源 现场实测从现场测得换热器的传热面积A，平均温度差 及热负荷Q，则传热的基础理论传热的基础理论冷流体热流体传热 系数 K/W/（ m2）冷流体热流体传热 系数 K/W/（m2）水水85017
15、00气体水蒸气冷凝30300水气体17280水低沸点烃类 冷凝4551140水有机溶剂280850水高沸点烃类 冷凝60170水轻油340910水沸腾水蒸气冷凝20004250水重油60280轻油沸 腾水蒸气冷凝4551020有机溶剂有机溶剂115340重油沸 腾水蒸气冷凝140425水水蒸气冷凝14204250表2-2 列管式换热器中传热系数K的经验值采用经验数据计算法冷、热流体通过间壁的传热过程：热流体通过对流传热把热量传给固体壁面。通过间壁的热传导。热量通过对流传热把热量从固体壁面传给冷流体。传热的基础理论图2-20 间壁两侧流体的热交换传热的基础理论设 和 分别表示从热流体传给壁面以及从壁面传给冷流体的对流传热系数，而固体壁面的热导率为 。传热面为平壁则讨论： 若为多层平壁，则传热的基础理论 若壁面为金属材料，而壁厚又薄，则 当 时，K值接近与热阻较大一项的 值。当两个 值相差很悬殊时，则K值与小的 值很接近，如果 ，则 ；若 ，则 。 壁面温度。稳定传热过程中热流体对壁面的对流传热量及壁面对冷流体的对流传热量均相等，即：结论：壁温总是比较接近值大的那一侧流 体的温
