在许多工业生产过程中，例如蒸馏、干操、蒸发、结晶、反应和冶金等.均需要根据具体的工艺要求，对物料进行加热或冷却来维持一定的温度。对于化学反应来讲，为了使反应能达到预定要求，更需要严格控制一定的反应温度，这也要靠冷却或加热才能实现。传热过程是工业生产过程中极其重要的组成部分，因此对传热设备的控制也就显得格外重要。
    1.传热设备的结构类型
    工业上用以实现冷热两流体换热的设备称为传热设备。换热有直接或间接换热两种方式。直接换热是指冷热两流体直接混合以达到加热或冷却的目的，而间接换热是指冷热两流体有间壁隔开的换热。热量首先从温度较高的热流体传给间壁，间壁再传向温度较低的冷流体。在石油化工等工业过程中，一般以间接换热较为常见。因此，本节主要讨论的是间壁传热设备的控制问题，其结构型式有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等，如图9-1-1所示。此外，本节也将对工业过程中常用的加热炉设备作以介绍。
    2.热量传递的三种方式
    热量的传递方向是由高温物体传向低温物体，两物体之间的温度差是传热的推动力，温度差越大，传热速率(单位时间内传递的热量)也就越大。
    (1)热传导  傅里叶于1822年在大量实验的基础上提出了稳定导热(导热量不随时间而变化)的基本定律，其数学表达式为
    
    式(9-1-1)称为傅里叶定律。它表明单位时间内传导的热量与温度梯度和垂直于热流方向的截面积成正比。式中负号表示热流方向总是与温度梯度的方向(即温度上升的方向)相反。
对于单层平壁的稳态导热，对应的传热速率为

式(9-1-3)为传热过程速率与其过程推动力及阻力之间关系的一般表达形式(即传热过程中的欧姆定理)，△t为导热的退差推动力，R=b/λF称为导热的热阻。

对于由不同厚度、不同导热系数的材料所组成的多层平壁，假设每层的热阻分别为R1，R2,...,Rm，最内侧与最外侧的表面温度分别为tl ,tm+1，则通过各层的传热速率为

(2)对流传热  对流传热在工业生产中多见于流体与固体壁之间的传热，其传热速率与流体性质及流动边界的状况密切相关。为便于分析和计算，牛顿首先提出了壁面与流体间对流传热速率的表达式

    影响对流传热膜系数的因素很多，它与流体的种类、性质、运动状况以及流体对流的状况(自然对流或强制对流)等因素有关。一般来讲，蒸汽冷凝传热膜系数较大，液体的传热膜系数较小，而气体的传热膜系数最小。因此，在蒸汽加热器中必须注意冷凝水与蒸汽中不凝性气体的排除问题。
    (3)热辐射  热能以电磁波(辐射能)的形式向空间发射，到达另一物体被部分吸收又转变为热能，这类现象称为热辐射。因此，热辐射在热量的传递过程中伴有能量形式的转化，即热能转化为辐射能，辐射能又转化成热能。导热和对流传热都是靠物体直接接触来传递热量，而辐射传热则完全不同，它不需要通过任何介质进行传递，所以辐射传热可以穿越真空，例如太阳向地球表面辐射能量就是一个典型的例子。事实上，任何物体都能辐射能量，热源温度越高，热辐射的影响就越显著，而在低温时可以忽略。
对于能全部吸收辐射能的物体(称为“绝对黑体”或简称“黑体”)，其外表面所发射的能量可表示为

自然界中绝对黑体是不存在的，工业上遇到的多数物体均可按灰体处理。所谓“灰体”是指能以相同的吸收率吸收全部波长辐射能的物体，即对辐射能的吸收无选择性，但只能部分吸收周围的辐射能。灰体在单位时间内的发射能量经实验证明可表示为

    工业上常遇到两固体间的相互热辐射。当一个物体发射出的辐射能被另一物体部分或全部拦截，所拦截的辐射能只能部分被吸收，其余部分则被反射。所反射的辐射能也只能被原物体部分或全部地拦截，并为原物体部分吸收和反射。这样，在两物体之间多次反射和吸收的传热过程中，其热流方向则由高温物体传向低温物体，其净传热量与两物体的温度、形状、相对位置以及物体本身的性质有关。
对于面积均为F的两平行壁面之间的辐射传热，其传热速率为

    前面简单叙述了热量传递三种方式的主要机理。在此必须指出的是，在实际进行的传热过程中，很少是以一种传热方式单独进行，而是由两种或三种方式综合而成的。例如:在工业过程中常用的间壁式热交换器，一般温度不太高，这时候就可忽略热辐射的影响，则传热过程就是对流和热传导的组合。而在管式加热炉的辐射室中，由于温度很高，这时就以热辐射为主，辐射室的有效传热量大致为全炉总热负荷的70%~  80%，但在管式加热炉的对流室中，传热方式却又以对流传热为主。总之，在管式加热炉中其传热过程是传导、对流及热辐射的组合。