本發(fā)明涉及一種海綿鈦生產(chǎn)設(shè)備用的散熱分析系統(tǒng)及散熱分析方法，特別是一種散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)及散熱分析方法。
背景技術(shù)：
遵寶鈦業(yè)有限公司全流程海綿鈦生產(chǎn)工藝采用的是鎂熱還原—真空蒸餾處理ticl4生產(chǎn)海綿鈦的kroll法生產(chǎn)工藝，同時配備鎂電解生產(chǎn)滿足還原—蒸餾工序?qū)V的需求。kroll法生產(chǎn)海綿鈦實現(xiàn)了原料mg-cl2-mgcl2的閉路循環(huán)，而且由于還原后立即進行真空蒸餾，蒸餾物仍處于高溫狀態(tài)，避開了蒸餾物導(dǎo)熱率的降低，從而達(dá)到節(jié)能目的，所以采用聯(lián)合法工藝可以提高蒸餾速率、減少能耗、縮短生產(chǎn)周期。遵寶鈦業(yè)有限公司在生產(chǎn)規(guī)模方面與國外以達(dá)到相同水平，但在技術(shù)裝備、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)控制及管理等方面都與先進國家還有一定的差距。
由于鎂熱還原ticl4是一個劇烈的放熱反應(yīng)，在生產(chǎn)的初中期，反應(yīng)器的散熱能力成為制約ticl4加料速度的一個重要因素，而現(xiàn)目前，海綿鈦還原設(shè)備環(huán)形空腔(還原反應(yīng)釜和加熱器之間的間隙)內(nèi)的空氣自然對流強度無法滿足大型倒“u”形海綿鈦還原—蒸餾一體化設(shè)備的生產(chǎn)需要，根據(jù)倒“u”形海綿鈦還原—蒸餾一體化設(shè)備的實際情況，我團隊設(shè)計一個強制對流傳熱方案，在滿足生產(chǎn)要求的同時，為下一步還原生產(chǎn)系統(tǒng)的余熱回收工作做準(zhǔn)備。但是，對流流量和速度對溫度的影響較大，從而對還原反應(yīng)造成影響，因此，如何通過分析得出準(zhǔn)確的強制對流的傳熱系數(shù)，使其與自然對流傳熱數(shù)據(jù)保持在同一水平，減少分析誤差，顯得非常重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，提供一種散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)及散熱分析方法。本發(fā)明具有分析準(zhǔn)確，檢測得出的強制對流傳熱數(shù)據(jù)與自然對流處于同一水平，誤差小的特點。
本發(fā)明的技術(shù)方案：一種散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)，包括有還原反應(yīng)釜，還原反應(yīng)釜的頂部設(shè)有蓋板，還原反應(yīng)釜外設(shè)有筒形加熱器，筒形加熱器與還原反應(yīng)釜之間有間隙，間隙內(nèi)設(shè)有下隔板和上隔板，下隔板和上隔板之間形成環(huán)形冷卻區(qū)域，冷卻區(qū)域的還原反應(yīng)釜的外壁上設(shè)有第一非接觸紅外測溫器，冷卻區(qū)域的筒形加熱器的內(nèi)壁上設(shè)有第二非接觸紅外測溫器，冷卻區(qū)域下部的筒形加熱器上均布有至少1個冷空氣入口，冷空氣入口經(jīng)導(dǎo)管連接有強制對流風(fēng)機，導(dǎo)管上設(shè)有流量閥，其中一個冷空氣入口內(nèi)設(shè)有第一熱線風(fēng)速儀，所述冷卻區(qū)域上部的筒形加熱器上設(shè)有與冷空氣入口對稱的熱空氣出口，其中一個熱空氣出口內(nèi)設(shè)有第二熱線風(fēng)速儀。
前述的散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)，所述冷空氣入口共設(shè)有5-6個，均勻分布在筒形加熱器的筒壁上。
一種前述的散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)的散熱分析方法，包括如下步驟：
(1)在還原反應(yīng)釜中加入原料，蓋上蓋板，啟動筒形加熱器，使還原反應(yīng)釜內(nèi)的原料開始還原反應(yīng)；
(2)待還原反應(yīng)進行到2-3段時，啟動強制對流風(fēng)機向冷卻區(qū)域內(nèi)注入冷空氣，冷空氣吸熱后從熱空氣出口流出，形成對流；
(3)對流過程中，通過第一非接觸紅外測溫器和第二非接觸紅外測溫器分別檢測還原反應(yīng)釜外壁和筒形加熱器內(nèi)壁的溫度，通過第一熱線風(fēng)速儀和第二熱線風(fēng)速儀分別檢測冷空氣入口和熱空氣出口的空氣的溫度和流速；
(4)步驟(3)測得的結(jié)果通過q＝cpm(tm-tin)和q＝q0+qi＝h0a0δt0+hiaiδti分別得出還原反應(yīng)釜(2)外壁和筒形加熱器(1)內(nèi)壁的傳熱量q，其中cp為空氣的比等壓熱容；m為空氣的質(zhì)量流量；h為綜合傳熱系數(shù)；tin為空氣進口溫度；δt為對數(shù)溫差；tm為平均質(zhì)量溫度，h0還原反應(yīng)器外表面綜合傳熱系數(shù)，hi還原加熱爐內(nèi)表面綜合傳熱系數(shù)。
前述的散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)的散熱分析方法，所述對數(shù)溫差δt中，
前述的散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)的散熱分析方法，所述平均質(zhì)量溫度
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明分析準(zhǔn)確，檢測得出的強制對流傳熱數(shù)據(jù)與自然對流處于同一水平，誤差小。
為進一步證明本發(fā)明的有益效果，申請人做了如下實驗：
1、檢測自然對流情況下的傳熱數(shù)據(jù)，并將結(jié)果記錄在表1；
2、采用本系統(tǒng)和方法檢測強制對流情況下的傳熱數(shù)據(jù)，并將結(jié)果記錄在表2；
表1自然對流傳熱數(shù)據(jù)
表2強制對流傳熱數(shù)據(jù)
對比表1表2可以看出，本發(fā)明檢測得出的強制對流的傳熱數(shù)據(jù)與自然對流的傳熱數(shù)據(jù)處于同一水平，誤差小。
附圖說明
附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)記說明：1-筒形加熱器，2-還原反應(yīng)釜，3-蓋板，4-下隔板，5-上隔板，6-冷空氣入口，7-強制對流風(fēng)機，8-流量閥，9-熱空氣出口，10-第一非接觸紅外測溫器，11-第一熱線風(fēng)速儀，12-第二熱線風(fēng)速儀，13-第二非接觸紅外測溫器。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。
本發(fā)明的實施例
一種散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)，如附圖1所示，包括有還原反應(yīng)釜2，還原反應(yīng)釜2的頂部設(shè)有蓋板3，還原反應(yīng)釜2外設(shè)有筒形加熱器1，筒形加熱器1與還原反應(yīng)釜2之間有間隙，間隙內(nèi)設(shè)有下隔板4和上隔板5，下隔板4和上隔板5之間的間距根據(jù)還原反應(yīng)釜2和筒形加熱器1的直徑大小而定(如還原反應(yīng)釜2的外徑為2.265m、筒形加熱器1的內(nèi)徑為2.69m時，下隔板4和上隔板5之間的間距為1.192m)，下隔板4和上隔板5之間形成環(huán)形冷卻區(qū)域(形成單獨的冷卻區(qū)域的目的是將冷卻段和保溫段分開，使溫度控制更加方便有效)，冷卻區(qū)域的還原反應(yīng)釜2的外壁上設(shè)有第一非接觸紅外測溫器10，冷卻區(qū)域的筒形加熱器1的內(nèi)壁上設(shè)有第二非接觸紅外測溫器13，冷卻區(qū)域下部的筒形加熱器1上均布有至少1個冷空氣入口6，冷空氣入口6經(jīng)導(dǎo)管連接有強制對流風(fēng)機7，導(dǎo)管上設(shè)有流量閥8，其中一個冷空氣入口6內(nèi)設(shè)有第一熱線風(fēng)速儀11，所述冷卻區(qū)域上部的筒形加熱器1上設(shè)有與冷空氣入口6對稱(包括數(shù)量對稱和位置對稱)的熱空氣出口9，其中一個熱空氣出口9內(nèi)設(shè)有第二熱線風(fēng)速儀12。
所述冷空氣入口6共設(shè)有5-6個，均勻分布在筒形加熱器1的筒壁上。
上述散熱型鎂熱法制備海綿鈦的散熱分析系統(tǒng)的散熱分析方法，步驟如下：
(1)在還原反應(yīng)釜2中加入原料，蓋上蓋板3，啟動筒形加熱器1，使還原反應(yīng)釜2內(nèi)的原料開始還原反應(yīng)；
(2)待還原反應(yīng)進行到2-3段時(還原加料進行的第10～12小時)，啟動強制對流風(fēng)機7向冷卻區(qū)域內(nèi)注入冷空氣，冷空氣吸熱后從熱空氣出口9流出，形成對流；
(3)對流過程中，通過第一非接觸紅外測溫器10和第二非接觸紅外測溫器13分別檢測還原反應(yīng)釜2外壁和筒形加熱器1內(nèi)壁的溫度，通過第一熱線風(fēng)速儀11和第二熱線風(fēng)速儀12分別檢測冷空氣入口6和熱空氣出口9的空氣的溫度和流速；
(4)步驟(3)測得的結(jié)果通過q＝cpm(tm-tin)和q＝q0+qi＝h0a0δt0+hiaiδti分別得出還原反應(yīng)釜2外壁和筒形加熱器1內(nèi)壁的傳熱量q，其中cp為空氣的比等壓熱容；m為空氣的質(zhì)量流量；h為綜合傳熱系數(shù)；tin為空氣進口溫度；δt為對數(shù)溫差；tm為平均質(zhì)量溫度，h0還原反應(yīng)器外表面綜合傳熱系數(shù)，hi還原加熱爐內(nèi)表面綜合傳熱系數(shù)。
所述對數(shù)溫差δt中，
所述平均質(zhì)量溫度