課程設(shè)計--煙環(huán)縫式（夾套式)換熱器設(shè)計

1、<p><b>　　已知條件</b></p><p>　?。?）入換熱器冷空氣標況流量： =1.65（m3/s）； </p><p>　?。?）入換熱器冷空氣溫度： =20（℃）； </p><p>　?。?）出換熱器熱空氣溫度： =450（℃）； </p><p>　?。?）入換熱器煙氣標況流量： =1.95

2、（m3/s）； </p><p>　?。?）入換熱器煙氣溫度： =1220（℃）； </p><p>　?。?）入換熱器煙氣成分（體積%）：</p><p>　　（7）環(huán)縫內(nèi)安置螺旋形導向片，螺旋節(jié) h=1.0（m）；</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　緒論 ...

3、....................................................3</p><p>　　確定內(nèi)外筒直徑................................................4</p><p>　　內(nèi)筒直徑................................................4</p>

4、<p>　　環(huán)縫寬度................................................4</p><p>　　外筒內(nèi)徑................................................4</p><p>　　3.熱計算....................................................

5、......4</p><p>　?。?）有效傳熱熱流量（指空氣所需的顯熱增量）....................4</p><p>　?。?）煙氣出口溫度計算..........................................4</p><p>　　（3）平均溫度差計算.....................................

6、.......5</p><p>　?。?）空氣側(cè)傳熱系數(shù)............................................5</p><p>　?。?）煙氣側(cè)傳熱系數(shù)............................................6</p><p>　?。?）換熱器總傳熱系數(shù)K.....................

7、...................9</p><p>　?。?）傳熱表面積F..............................................10</p><p>　?。?）內(nèi)筒高度..................................................10</p><p>　?。?）核算管段入口系數(shù)KL..

8、......................................10</p><p>　　4.換熱器驗算......................................................10</p><p>　?。?）空氣出口溫度..............................................10</p>&l

9、t;p>　?。?）煙氣出口溫度..............................................11</p><p>　　5.流體壓降計算....................................................11</p><p>　　（1）空氣側(cè)壓損......................................

10、..........12</p><p>　　（2）煙氣測壓損................................................12</p><p>　　6.總結(jié)............................................................15</p><p>　　7.參考文獻.........

11、...............................................16</p><p>　　煙環(huán)縫式（夾套式)換熱器設(shè)計說明書</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液

12、體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。 </p><p><b>　　2.確定內(nèi)外筒直徑</b></p><p><b>　?。?）內(nèi)筒直徑</b></

13、p><p>　　取煙氣的標況流速h=0.8 m/s通道斷面為：?</p><p>　　===2.438 (m2) （2-1）</p><p>　　內(nèi)筒直徑為=1.13=1.13=1.764 （m） （2-2）</p><p>　　取內(nèi)筒壁厚6mm，則內(nèi)筒外徑 =1.776 （m） （2

14、-3）</p><p><b>　　（2）環(huán)縫寬度</b></p><p>　　取空氣在環(huán)縫螺旋通道內(nèi)的標況=24.4 (m/s),則環(huán)縫斷面積為： （m2） （2-4）</p><p>　　環(huán)縫寬度為： （m） （2-5）</p><p><b>

15、　　(3)外筒內(nèi)徑</b></p><p>　　=1.77+2×0.068=1.906 （m） （2-6）</p><p>　　取外筒壁厚6mm，則外筒外徑=1.918 （m）</p><p><b>　　3.熱計算</b></p><p>　　（1）有效

16、傳熱熱流量（指空氣所需的顯熱增量）</p><p>　　= 1.65×（450×1361-20×1302）</p><p>　　= 1007176.5 （W） （3-1）</p><p>　　（2）煙氣出口溫度的計算</p><p>　　根據(jù)熱平衡

17、式，在不考慮熱損失的情況下，空氣的吸熱等于煙氣的放熱， 因而可先計算出煙氣的出口溫度。按照煙氣成分求出煙氣的比熱容（見表4- 21）。</p><p>　　煙氣比熱容 表4- 21</p><p>　　假設(shè)=920℃，其比熱容=1545 J/(m3·℃)，而煙氣入口溫度=1220℃時其比熱容為= 1594 J/(m3·℃) ，按熱平均計算得：

18、</p><p>　　==924 ℃ （3-2）</p><p>　　與假定的920℃幾乎相等，故可先按920℃的出口溫度進行下一步熱計算。</p><p>　　(3)設(shè)計采用煙氣與空氣順流流動，則換熱器進、出口流體溫度差為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>

19、　　由于，故取對數(shù)平均溫度差</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　?。?）空氣側(cè)傳熱系數(shù)</p><p><b>　　空氣平均溫度為：</b></p><p>　　=0.5（+）=0.5（20+450）</p><p>　　=235 ℃

20、 （3-5）</p><p><b>　　螺旋通道當量直徑：</b></p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　空氣流速，空氣的雷諾數(shù)為：</p><p><b>　?。?-7）</b&g

21、t;</p><p>　　屬于湍流，可用公式（4-21A）計算，公式中系數(shù)確定如 下：</p><p>　　設(shè)壁溫 = 650℃， = 273 + 650 = 923（K） （3-8）</p><p>　　則， =（508/923）0.5</p><p>　　=0.74

22、 （3-9）</p><p>　　螺旋半徑=（1.776+1.906）/4</p><p>　　=0.918 （3-10）</p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　?。?-11）</b>

23、</p><p>　　由于內(nèi)筒高度還未求出，先假定管段入口系數(shù) ; （3-12）</p><p>　　空氣在環(huán)縫內(nèi)的對流傳熱系數(shù)為： （3-13）</p><p>　　（5）煙氣的傳熱系數(shù)</p><p><b>　　煙氣的平均溫度為：</

24、b></p><p>　　=0.5（+）=0.5（1220+920） （3-14）</p><p><b>　　=1070℃</b></p><p>　　由于煙氣在內(nèi)筒內(nèi)的流速很小，其對流傳熱系數(shù)可忽略不記，僅計算煙氣的輻射傳熱系數(shù)。</p><p>　　根據(jù)輻射換熱器計算的特點，對

25、于煙氣的輻射傳熱系數(shù)按進、出口分別計算。</p><p>　　入口端煙氣的輻射傳熱系數(shù)</p><p>　　煙氣在內(nèi)筒內(nèi)的有效射線長度為：</p><p>　　L=0.9=0.9×1.764=1.59（m） （3-15）</p><p>　　煙氣的成分為：CO213.0%,SO22.75%,H

26、2O11.0%煙氣入口處溫度為1220℃。可知:</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b>　　則煙氣的黑度為：</b></p><p>　　=0.09+1.03×0.062+0.13</p><p>　　=0.284

27、 （3-17）</p><p>　　取內(nèi)筒金屬璧的黑度為，按公式求得系統(tǒng)的輻射系數(shù)為;</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　入口處環(huán)縫內(nèi)空氣的側(cè)傳熱系數(shù)為：當入口空氣溫度tc.i=20℃，空氣標態(tài)流速，設(shè)璧溫tw=600℃溫度補正系數(shù)</p><

28、p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　代入公式（4-21A）的入口端空氣傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　（3-21）</b></p><p><b>　?。?-22）</b&g

29、t;</p><p>　　查表4-61得，則內(nèi)壁溫度=To=1133（K）,</p><p>　　=1133-273=860℃。 （3-23）</p><p>　　當煙氣溫度為==860℃時，查有關(guān)圖表得;</p><p><b>　　（3-24）</b&

30、gt;</p><p><b>　　則煙氣黑度為：</b></p><p>　?。?-25） </p><p>　　因此，入口處煙氣的輻射傳熱系數(shù)為</p><p><b>　　（3-26）</b></p><p>　　出口端煙氣的輻射傳熱

31、系數(shù)</p><p>　　出口端煙氣溫度為920℃，查有關(guān)圖表得，</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p><b>　　則煙氣的黑度為：</b></p><p>　　=0.11+1.03×0.068+0.15</p><p>　　=0.33

32、 （3-28）</p><p>　　取內(nèi)筒金屬璧的黑度為，按公式求得系統(tǒng)的輻射系數(shù)為;</p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　出口處環(huán)縫內(nèi)空氣的側(cè)傳熱系數(shù)為：當出口空氣溫度=450℃，空氣標態(tài)流速，設(shè)璧溫=500℃溫度補正系

33、數(shù)</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　代入公式（4-21A）的入口端空氣傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　　（3-31）</b></p><p><b>　?。?-32）</b></p><p><b>

34、;　?。?-33）</b></p><p>　　查表4-61得，則內(nèi)壁溫度Tw.i=To=665（K）,</p><p>　　=665-273=392℃。</p><p>　　當煙氣溫度為==392℃時，查有關(guān)圖表得;</p><p><b>　　（3-34）</b></p><p>

35、<b>　　則煙氣黑度為：</b></p><p><b>　?。?-35） </b></p><p>　　因此，入口處煙氣的輻射傳熱系數(shù)為</p><p><b>　　煙氣平均傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　?。?-36）</b></

36、p><p>　　考慮進、出口集箱輻射的影響取輻射增量，則煙氣輻射傳熱系數(shù)為：</p><p><b>　?。?-37）</b></p><p><b>　　換熱器的傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>　?。?-38）</b></p><p><

37、b>　　傳熱表面積F</b></p><p><b>　?。?-39）</b></p><p>　?。?）內(nèi)筒高度 （3-40）</p><p>　　取內(nèi)筒高度H=5.7m，則換熱器傳熱表面積為;</p><p><b>　?。?-41）</b></

38、p><p>　?。?）核算管段入口系數(shù)kL</p><p>　　螺旋節(jié)距h=1m，螺旋直徑為：</p><p><b>　?。?-42）</b></p><p>　　內(nèi)同高度H=5.7m，螺旋圈n=H/h=5.7/1.0=5.7圈，螺旋長度(指空氣流程長度)為：</p><p><b>　　

39、（3-43）</b></p><p>　　在進行環(huán)縫通道內(nèi)空氣傳熱系數(shù)計算時，環(huán)縫的當量直徑de=0.127，則L/de=272>50，故計算空氣對流傳熱系數(shù)時假定kL=1.0是正確的，不需再算。</p><p><b>　　4.換熱器的驗算</b></p><p><b>　　(1)空氣出口溫度</b>

40、</p><p>　　當空氣溫度為時，比熱容為：，其水當量為： （4-1）</p><p>　　當煙氣溫度為時，比熱容,其水當量為： （4-2）</p><p>　　水當量之比為： （4-3）</p><p>

41、;　　換熱器空氣側(cè)的熱傳遞單元為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　換熱器空氣側(cè)的熱傳有效度(順流式)為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　則，口氣出口溫度為：</p><p><b>　?。?

42、-6）</b></p><p>　　經(jīng)驗算空氣出口溫度能滿足450℃的要求。</p><p><b>　　煙氣出口溫度</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　與假定中的920℃高2℃</p><p>　　驗算結(jié)果表明，空氣出口

43、溫度465℃和煙氣出口溫度922℃與熱計算中的條件基本相符，傳熱表面積F=32可滿足要求。</p><p><b>　　壁溫計算</b></p><p><b>　　平均壁溫為：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　煙氣

44、入口出璧溫</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　煙氣出口處璧溫</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　流體壓降計算</b></p>&

45、lt;p><b>　?。?）空氣側(cè)壓損</b></p><p>　　摩擦壓損由熱計算知空氣在環(huán)縫通道內(nèi)，屬于湍流狀態(tài)。可推得摩擦阻力系數(shù)為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　按公式計算摩擦阻力損失為：</p><p><b>　?。?-2） &l

46、t;/b></p><p><b>　　形阻（局部）壓損</b></p><p>　　取進、出口環(huán)形集管阻力系數(shù)，溫度補正系數(shù)：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　按公式求得形阻損失為： </p><p><b>　　（5-

47、4）</b></p><p><b>　　空氣測壓總損</b></p><p><b>　　（5-5）</b></p><p><b>　?。?）空氣測壓損</b></p><p>　　煙氣側(cè)壓力損失包括煙氣進、出口的形阻損失和內(nèi)筒內(nèi)的摩擦阻力損失，由于換熱器為立式

48、安裝，煙氣的浮力忽略不計。</p><p>　　煙氣在內(nèi)筒內(nèi)標況流速為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　煙氣雷諾數(shù)為：</b></p><p><b>　　（5-7）</b></p><p><b>

49、;　　摩擦阻力損失</b></p><p><b>　　摩擦系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　摩擦阻力損失為：</b></p><p><b>　　（5-9）</b></p>

50、<p><b>　　形阻損失</b></p><p>　　取換熱器煙氣進、出口總阻力系數(shù)為，而溫度補正系數(shù)為：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　形阻損失為：</b></p><p><b>　?。?-11）&

51、lt;/b></p><p><b>　　煙氣側(cè)總阻力損失</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　環(huán)縫式輻射換熱器的技術(shù)性能見表所示：</p><p><b>　　表5-1</b></p><p>　　序

52、號 名 稱 數(shù) 值 </p><p>　　1 傳熱面積/ 32 </p><p>　　2 流動方式 螺旋順流式</p><p>　　3 空氣入口溫

53、度/ 20</p><p>　　4 空氣出口溫度/ 450</p><p>　　5 空氣標況流量/ 1.65</p><p>　　6 煙氣入口溫度/ 1220</p><p>　　7

54、 煙氣出口溫度/ 920</p><p>　　8 煙氣標況流量/ 1.95</p><p>　　9 空氣標況流速/ 24.4</p><p>　　10 煙氣標況流速/ 0.8</p><p>　

55、　11 總傳熱系數(shù) 38</p><p>　　12 內(nèi)筒直徑/mm 1764</p><p>　　13 內(nèi)筒壁厚/mm 6</p><p>　　14 內(nèi)筒材質(zhì) 1

56、Cr18Ni9</p><p>　　15 外筒內(nèi)徑/mm 1906</p><p>　　16 外筒材質(zhì)/g 20</p><p>　　17 空氣側(cè)壓降/Pa 10759</p><p&g

57、t;　　18 煙氣側(cè)壓降/Pa 9.6</p><p><b>　　總結(jié) </b></p><p>　　雖然已經(jīng)是學期的最后兩周，雖然沒日沒夜的準備著期末考試，但我們還是不折不扣的完成了這次課程設(shè)計，這是我們我們的第一次專業(yè)設(shè)計，對我們的專業(yè)認識以及以后的畢業(yè)設(shè)計起著關(guān)鍵作用。 </p><p&g

58、t;　　首先，這次課程設(shè)計對培養(yǎng)我的實際工程能力具有重大意義。通過這次課程設(shè)計，我先把課程中所獲得的理論知識在實際的設(shè)計工作中加以綜合利用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來。這次設(shè)計，初步使我樹立正確的設(shè)計思想，掌握一些換熱器設(shè)計的基本方法和步驟，為以后進行設(shè)計工作打下了良好的基礎(chǔ)。另外還能熟練的應(yīng)用相關(guān)參考資料，計算圖標、手冊等，為成為一個工程技術(shù)人員培養(yǎng)基本技能。 </p><p&g

59、t;　　其次，我從這次設(shè)計中得到了以下經(jīng)驗： </p><p>　　（1）設(shè)計前應(yīng)做好計劃 </p><p><b>　　1）學習計劃 </b></p><p>　　在設(shè)計前進行相關(guān)知識的系統(tǒng)學習，包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點以及AUTO CAD軟件的熟悉。 </p><p><b>　　2）布圖計劃</b>

60、</p><p>　　設(shè)置圖層，便于整體修改，并注意細節(jié)。 </p><p>　?。?）設(shè)計中應(yīng)做到一下幾點： </p><p>　　1）學習相關(guān)基礎(chǔ)知識。 </p><p>　　2）借鑒書上的實例，對別人的設(shè)計多問幾個為什么。 </p><p>　　3）向指導老師咨詢，和同學討論。 </p><p

61、><b>　?。?）關(guān)于計算 </b></p><p>　　首先，計算公式必須符合規(guī)范的要求；其次，計算的步驟可以參照以往的計算書或者其它資料，計算的每一步結(jié)果都要確保正確；最后，要認真的進行檢查核對。 </p><p><b>　　（4）關(guān)于制圖 </b></p><p>　　首先，圖紙應(yīng)使用標準紙張畫；其次，標注

62、必須充分并且剖面的位置要正確，盡量避免錯誤。 </p><p>　　通過這次設(shè)計，鍛煉了自己的能力是無疑的，但由于水平有限，在設(shè)計中一定存在著漏洞和不合理之處，希望老師和同學們指正批評。 </p><p><b>　　7．參考文獻</b></p><p>　　【1】T.Kuppan換熱器設(shè)計手冊，中國石化出版社</p><p

63、>　　【2】機械工程設(shè)計手冊（動力設(shè)備卷）【第二版】機械工業(yè)出版社</p><p>　　【3】有色冶金爐設(shè)計手冊，冶金工業(yè)出版社</p><p>　　【4】任曉光，化工原理課程設(shè)計指導，化學工業(yè)出版社</p><p>　　【5】賈紹義，化工原理課程設(shè)計，天津大學出版社</p><p>　　【6】楊世銘，陶文銓，傳熱學【第四版】，高等教育