环缝式换热器课程设计说明书

1、 换热器课程设计 已知条件（1）入换热器冷空气标况流量： =1.65（m3/s）； （2）入换热器冷空气温度： =20（）； （3）出换热器热空气温度： =450（）； （4）入换热器烟气标况流量： =1.95（m3/s）； （5）入换热器烟气温度： =1220（）； （6）入换热器烟气成分（体积%）：成分CO2SO2H2OO2N213.02.7511.02.1371.12 （7）环缝内安置螺旋形导向片，螺旋节 h=1.0（m）；Lenovo User- 18 -Lenovo User目录1. 绪论 .32. 确定内外筒直径.4（1） 内筒直径.4（2） 环缝宽度.4（3） 外筒内径.43.热

2、计算.4 （1）有效传热热流量（指空气所需的显热增量）.4（2）烟气出口温度计算.4（3）平均温度差计算.5（4）空气侧传热系数.5（5）烟气侧传热系数.6（6）换热器总传热系数K.9（7）传热表面积F.10（8）内筒高度.10（9）核算管段入口系数KL.104.换热器验算.10（1）空气出口温度.10（2）烟气出口温度.115.流体压降计算.11（1）空气侧压损.12（2）烟气测压损.126.总结.157.参考文献.16环缝式（夹套式)换热器设计说明书1.绪论 夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均

3、匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 2.确定内外筒直径（1）内筒直径取烟气的标况流速h=0.8 m/s通道断面为：= =2.438 (m2) （2-1）内筒直径为=1.13=1.13=1.764 （m） （2-2） 取内筒壁厚6mm，则内筒外径 =1.776 （m） （2-3）（2）环缝宽度取空气在环缝螺旋通道内的标况=24.4 (m/s),则环缝断面积为： （m2） （2-4）环缝宽度为： （m） （2-5）

4、(3)外筒内径 =1.77+2×0.068=1.906 （m） （2-6） 取外筒壁厚6mm，则外筒外径=1.918 （m）3.热计算 （1）有效传热热流量（指空气所需的显热增量） = 1.65×（450×1361-20×1302） = 1007176.5 （W） （3-1） （2）烟气出口温度的计算 根据热平衡式，在不考虑热损失的情况下，空气的吸热等于烟气的放热， 因而可先计算出烟气的出口温度。按照烟气成分求出烟气的比热容（见表4- 21）。 烟气比热容 表4- 21t/80090010001100120015241542155915751591 假设

5、=920，其比热容=1545 J/(m3·)，而烟气入口温度=1220时其比热容为= 1594 J/(m3·) ，按热平均计算得： =924 （3-2） 与假定的920几乎相等，故可先按920的出口温度进行下一步热计算。 (3)设计采用烟气与空气顺流流动，则换热器进、出口流体温度差为： （3-3） 由于，故取对数平均温度差 （3-4） （4）空气侧传热系数 空气平均温度为： =0.5（+）=0.5（20+450） =235 （3-5）螺旋通道当量直径： （3-6）空气流速，空气的雷诺数为： （3-7）属于湍流，可用公式（4-21A）计算，公式中系数确定如 下： 设壁温 =

6、650， = 273 + 650 = 923（K） （3-8） 则， =（508/923）0.5 =0.74 （3-9） 螺旋半径=（1.776+1.906）/4 =0.918 （3-10） 则: （3-11）由于内筒高度还未求出，先假定管段入口系数 ; （3-12）空气在环缝内的对流传热系数为： （3-13）（5）烟气的传热系数烟气的平均温度为： =0.5（+）=0.5（1220+920） （3-14） =1070由于烟气在内筒内的流速很小，其对流传热系数可忽略不记，仅计算烟气的辐射传热系数。根据辐射换热器计算的特点，对于烟气的辐射传热系数按进、出口分别计算。入口端烟气的辐射传热系数 烟气在

7、内筒内的有效射线长度为： L=0.9=0.9×1.764=1.59（m） （3-15）烟气的成分为：CO213.0%,SO22.75%,H2O11.0%烟气入口处温度为1220。可知: （3-16）则烟气的黑度为： =0.09+1.03×0.062+0.13 =0.284 （3-17）取内筒金属璧的黑度为，按公式求得系统的辐射系数为; （3-18）入口处环缝内空气的侧传热系数为：当入口空气温度tc.i=20，空气标态流速，设璧温tw=600温度补正系数 （3-19）代入公式（4-21A）的入口端空气传热系数为： （3-20） （3-21） （3-22） 查表4-61得，则内

8、壁温度=To=1133（K）,=1133-273=860。 （3-23）当烟气温度为=860时，查有关图表得; （3-24）则烟气黑度为： （3-25） 因此，入口处烟气的辐射传热系数为（3-26） 出口端烟气的辐射传热系数出口端烟气温度为920，查有关图表得， （3-27）则烟气的黑度为： =0.11+1.03×0.068+0.15 =0.33 （3-28）取内筒金属璧的黑度为，按公式求得系统的辐射系数为; （3-29）出口处环缝内空气的侧传热系数为：当出口空气温度=450，空气标态流速，设璧温=500温度补正系数 （3-30）代入公式（4-21A）的入口端空气传热系数为： （3-

9、31） （3-32） （3-33） 查表4-61得，则内壁温度Tw.i=To=665（K）,=665-273=392。当烟气温度为=392时，查有关图表得; （3-34）则烟气黑度为： （3-35） 因此，入口处烟气的辐射传热系数为烟气平均传热系数 （3-36）考虑进、出口集箱辐射的影响取辐射增量，则烟气辐射传热系数为：（3-37）(6) 换热器的传热系数K （3-38）（7） 传热表面积F （3-39） （8）内筒高度 （3-40） 取内筒高度H=5.7m，则换热器传热表面积为; （3-41） （9）核算管段入口系数kL 螺旋节距h=1m，螺旋直径为： （3-42） 内同高度H=5.7m，螺

10、旋圈n=H/h=5.7/1.0=5.7圈，螺旋长度(指空气流程长度)为： （3-43） 在进行环缝通道内空气传热系数计算时，环缝的当量直径de=0.127，则L/de=272>50，故计算空气对流传热系数时假定kL=1.0是正确的，不需再算。4.换热器的验算 (1)空气出口温度 当空气温度为时，比热容为：，其水当量为： （4-1） 当烟气温度为时，比热容,其水当量为： （4-2） 水当量之比为： （4-3） 换热器空气侧的热传递单元为： （4-4）换热器空气侧的热传有效度(顺流式)为： （4-5）则，口气出口温度为： （4-6）经验算空气出口温度能满足450的要求。（2） 烟气出口温度

11、（4-7） 与假定中的920高2 验算结果表明，空气出口温度465和烟气出口温度922与热计算中的条件基本相符，传热表面积F=32可满足要求。（3） 壁温计算平均壁温为： （4-8）烟气入口出璧温 （4-9）烟气出口处璧温 （4-10）5. 流体压降计算 （1）空气侧压损摩擦压损由热计算知空气在环缝通道内，属于湍流状态。可推得摩擦阻力系数为： （5-1）按公式计算摩擦阻力损失为： （5-2） 形阻（局部）压损取进、出口环形集管阻力系数，温度补正系数： （5-3）按公式求得形阻损失为： （5-4）空气测压总损 （5-5）（2）空气测压损 烟气侧压力损失包括烟气进、出口的形阻损失和内筒内的摩擦阻力

12、损失，由于换热器为立式安装，烟气的浮力忽略不计。 烟气在内筒内标况流速为： （5-6）烟气雷诺数为： （5-7） 摩擦阻力损失 摩擦系数： （5-8）摩擦阻力损失为： （5-9） 形阻损失 取换热器烟气进、出口总阻力系数为，而温度补正系数为： （5-10） 形阻损失为： （5-11） 烟气侧总阻力损失 （5-12） 环缝式辐射换热器的技术性能见表所示： 表5-1 序 号 名 称 数 值 1 传热面积/ 32 2 流动方式 螺旋顺流式 3 空气入口温度/ 20 4 空气出口温度/ 450 5 空气标况流量/ 1.65 6 烟气入口温度/ 1220 7 烟气出口温度/ 920 8 烟气标况流量/

13、1.95 9 空气标况流速/ 24.4 10 烟气标况流速/ 0.8 11 总传热系数 38 12 内筒直径/mm 1764 13 内筒壁厚/mm 6 14 内筒材质 1Cr18Ni9 15 外筒内径/mm 1906 16 外筒材质/g 20 17 空气侧压降/Pa 10759 18 烟气侧压降/Pa 9.6 6. 总结 虽然已经是学期的最后两周，虽然没日没夜的准备着期末考试，但我们还是不折不扣的完成了这次课程设计，这是我们我们的第一次专业设计，对我们的专业认识以及以后的毕业设计起着关键作用。 首先，这次课程设计对培养我的实际工程能力具有重大意义。通过这次课程设计，我先把课程中所获得的理论知识

14、在实际的设计工作中加以综合利用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产实践密切的结合起来。这次设计，初步使我树立正确的设计思想，掌握一些换热器设计的基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下了良好的基础。另外还能熟练的应用相关参考资料，计算图标、手册等，为成为一个工程技术人员培养基本技能。 其次，我从这次设计中得到了以下经验： （1）设计前应做好计划 1）学习计划 在设计前进行相关知识的系统学习，包括设备的结构特点以及AUTO CAD软件的熟悉。 2）布图计划 设置图层，便于整体修改，并注意细节。 （2）设计中应做到一下几点： 1）学习相关基础知识。 2）借鉴书上的实例，对别人的设计多问几个为什么。 3）向指导老师咨询，和同学讨论。 （3）关于计算 首先，计算公式必须符合规范的要求；其次，计算的步骤可以参照以往的计算书或者其它资料，计算的每一步结果都要确保正确；最后，要认真的进行检查核对。 （4）关于制图 首先，图纸应使用标准纸张画；其次，标注必须充分并且剖面的位置要正确，尽量避免错误。 通过这次设计，锻炼了自己