环工原理课程设计完整版(编辑修改稿)

环工原理课程设计完整版(编辑修改稿)内容摘要：

括温度、操作压力、流量、流速、密度、粘度等） 以及烟气中所含物质的特性与每种换热器进行匹配，再通过技术方案 对比 和经济核算。 最终确定为用列管式换热器作为该种烟气的余热 回收装置，该 种换热器传热面积大，结构紧凑，坚固耐用，传热效果好，而且能用多种材料制造。 高温烟气 （热物料） 低温空气（冷物料） 列管式换热器 低温烟气 高温空气 9 生产 工艺流程 详见附图 一 换热器结构设计计算 由课程设计任务书可知： (1) 热物料 (废气 )的进口温度为 425C ，出口温度为 180C。 (2) 组成类似于空气。 因此，废气的平均温度可视为 t＝ 425 180   C 在此温度下，废气的物性参数为： (1) 平均比热容 Cp＝ (kg C ) (2) 粘度 μ ＝ 10－ 5Pa s (3) 导热系数 λ ＝ 10－ 2W/(m C ) (4) 密度 ρ ＝ 冷物料 (空气 )的出口温度需要经过计算，因此， 选 200250 的中间温度 225℃时的物性参数。 在该条件下 ，空气的物性参数为： (1) 平均比热容 Cp＝ (kg C ) (2) 粘度 μ ＝ 10－ 5Pa s (3) 导热系数 λ ＝ 10－ 2W/(m C ) (4) 密度 ρ ＝ 10 换热器换热面积的估算 (1) 冷物料 (空气 )出口温度的计算 废气质量流量： 51W = 1 0 0 0 0 0 0 . 6 1 5 = 0 . 6 1 5 1 0 k g / h 热负荷：  1 1 2536W Cp ( T T )Q = 36000. 61 5 10 1 .3 5 10 42 5 18 0 =3600 = 5. 65 10 W     空气质量流量： 2W = 1 0 0 0 0 0 0 .8 5 4 = 8 5 4 0 0 k g /h 根据能量守恒与转换定律，可建立热平衡关系式： Q1＝ Q2，即有： 106＝ 85400 103 (t2－ 55) 空气的出口温度为： 62 3 10 360 0t = 55854 00 10 =29 0 C  这样，冷热物料的进出口温度 T、 t 和平均温度Δ tm为：       12121 2 2 1m1221 T =42 5 C T =18 0 C t =55 C t =29 0 CT t T tt=TtlnT t425 290 180 55 =425 290ln180 55 =13 0 C   11 (2) 换热器换热面积的计算 设换热器为单壳程，单管程， 经查资料知，空气的传热系数 K 在 10～ 30 2 w/(m C) 之间，这里暂取 K＝ 22 2 w/(m C) 根据传热方程， Q＝ A KΔ tm 由此可以计算出总换热面 积 A： 6 2mQ 5 . 6 5 1 0A = = = 1 9 7 6 mt K 1 3 0 2 2   考虑到设备制造、安装、维护、成本等因素，根据实践经验和参考文献，采取“三器并联”方式布局，则每个换热器的面积： 21 1976A = =659m3 换热器结构的设计计算 (1).管径和管内流速 每个换热器废气体积流量为： 5 32 15 10 / 36 00 / 3V 6 m / 15。 考虑到废气的体积流量较大，因此，可选择较大管径的管子。 根据有关文献，可选用管径为  25 的碳钢管子。 通常，气体管程流速一般为 5～ 30m/s。 此处则取 ： 管内废气流速为 u＝ (2).传热管数和管长 根据有关文献，传热管数 ns可按下式计算： ns＝22V 9. 26( / 4) ( / 4) 0. 02 0 14 .6di u ＝ 2023 根 即：传热管数为 2023 根 12 若按单管程考虑，则所需传热管长度为： 10sA 659L 4 . 1 5 m d n 0 . 0 2 5 2 0 2 3   取整，管长 L＝ 4m (3).传热管排列方式 由于传热管数较多，按照有关文献提供的经验， 应采用正三角形排列。 管心距 t＝ ＝ 25＝ 取整，则管心距为 t＝ 32mm 根据传热管根数以及相关标准手册查 得：横过管数中心线的管数为 49 根。 (4).换热器壳体内径 根据有关文献，换热器内径可用下式计算： D＝ t(nc－ 1)＋ d0＋ e e 的范围取（ 25~76） ＝ 32 (49－ 1)＋ 25＋ 39 ＝ 1600mm 根据换热器标准系列，取换热器壳体直径 D＝ 1600mm (5).折流板 根据有关文献，采用弓形折流管 ，切去的圆缺高度 h 为： h＝ ＝ 1600＝ 480mm 折流板间距 B 应介于 (～ 1)D 之间，取 B＝ ＝  1600＝1280mm 折流板数 NB 为： B D 4 0 0 0N 1 1 2 .1 2 5B 1 2 8 0     取 NB＝ 2 块，厚度取 20mm。 13 (6).换热器壳程流体进出口接管的计算 取管内废气流速 1u ＝ 20m/s， 则接管内径为 1114V 4 1 0 0 0 0 0 /3 6 0 0 /3D 0 . 7 6 8 mu 2 0   管程流体进出口接管： 若管内流速 2u ＝ 30m/s， 则接管内径为 2224V 4 9 .2 6D 0 .6 2 7 mu 3 0    圆整后，取换热器壳程空气进出口接管规格为：  800 10 取换热器管程废气进出口接管规格为： 650 10 换热器结构设计的核算 传热能力核算 换热器壳程流体 (空气 )传热膜系数 α 0可用克恩法计算： 0 . 5 5 1 / 3 0 . 1 400ew0 . 3 6 R e P r ( )d      选三角形排列时，当量直径 de为： 2 2 2 20e0334 t d 4 0 .032 0 .0252 4 2 4d = 0 .02 md 0 .025                 换热器壳程流通截面积 S0为： 200 d 0 . 0 2 5S B D 1 1 . 6 1 . 2 8 1 0 . 4 4 8 mt 0 . 0 3 2         换热器壳程流体流速 u0为： 14 0 0 1 0 0 0 0 0 / 3 6 0 0 / 3 2 0 . 6 7 m / s0 . 4 4 8Vu S   Reynolds 准数： 0 5du 2 20 .67 54。