化工原理課程設(shè)計(jì)再沸器的設(shè)計(jì)

1、操作條件殼程管程溫度/ C:151.7 （冷凝溫度T）137.8(沸點(diǎn) tb)壓力（絕）/MPa0.50.12蒸發(fā)量/（kg）10864.61殼程凝液物性（151.7 C）管程流體物性（137.8 C）:液相氣相潛熱rc=2113.2kJ/kgrb=310.3 kJ/kg熱導(dǎo)率P 入 c =0.684W/(m K)入 b =0.104W/(m K)黏度卩 c =0./mPa s卩 b =0.22/mPa s八=0.0085/mPa s密度3p c =917kg/mp b =977.5 kg/m 33p v =3.955 kg/m比熱容Cpb =1.6748 kJ/(kg K)表面力(T b =

2、19.6mN/m蒸汽壓曲線斜率( t/ p)s =2.159 x 10-3 K m/kg再沸器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)條件以在五個(gè)大氣壓下（0.5Mpa）的飽和水蒸汽作為熱源。設(shè)計(jì)條件 如下：（1）管程壓力、管程壓力（以塔底壓力計(jì)算）：Pw 105.3 0.7 21 120KPa 0.12MPa（2）將釜液視為純氯苯，在釜底壓力下，其沸點(diǎn)：根據(jù)安托因公式：log p A -C-B t查資料得：A=9.25B=225.69C=1516.04則有：log（0.12 106）1516.04tb 225.69tb=137.8 C（3）再沸器的蒸發(fā)量由于該塔滿足恒摩爾流假設(shè)，則再沸器的蒸發(fā)量：Db VM 282.

3、42 112.6110864.61kg/h(4) 氯苯的汽化潛熱3常壓沸點(diǎn)下的汽化潛熱為 35.3 X 10 KJ/Kmol (即為313.5KJ/kg ).純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系可用下式表示:20.38ri0.38tc t2tc tt c=359.2 C）其中 t2 tb 137.8 C , t1131.8 C, r 313.5KJ/kg ,則:2359.2 137.8359.2 131.80.38313.50.38310.3KJ/kg二、工藝結(jié)構(gòu)尺寸的估算(1)、計(jì)算傳熱速率QQ Dbb 10864.61 310.3 1000/36009.3647 105W(2)、計(jì)算傳熱溫差 tm

4、 tm=T-tb=151.7-137.8=13.9C(3) 、假定傳熱系數(shù)K依據(jù)殼程及管程中介質(zhì)的種類(lèi)，按豎直管式查表，從中選取K=800W/ (m2.k)(4) 、計(jì)算傳熱面積Ap八Q9.3647 105App K tm 800 13.9=84 m2(5)、傳熱管規(guī)格選為25mrX 2mmL=4000mm按正三角形排列，則傳熱管的根數(shù)為Nt A- 84268（根）doL3.14 0.025 4(6)、殼體直徑按343.2節(jié)中介紹的方法求取殼體直徑。由 Nt 3a(a 1) 1 268解得a 9(另外一負(fù)值舍去)則b 2a 1 19。于是:D t(b 1) 3do 32 (19 1) 3 25

5、 648mm取進(jìn)口管直徑Di 250mm，出口管直徑D。600mm三、傳熱系數(shù)校核1.顯熱段傳熱系數(shù)Kl 假設(shè)傳熱管出口氣化率為Xe 0.13,釜液蒸發(fā)量為 D,則循環(huán)量W為Db10864.61Wtb30(kg/s)Xe3600 0.10 顯然段傳熱管傳熱膜系數(shù)設(shè)傳熱管流通截面積為Si，則傳熱管釜液的質(zhì)量流率G為S (4)dNT 0.785 0.0212 268 0.928m2ReWt30Si0.09282325.05kg /(m ?s)diGb0.021 325.050.22 1031027PrC pb b1.6748 103 0.22 10 30.1043.543顯熱段傳熱管傳熱膜系數(shù)i為

6、0.023 b Re08Pr 0.4740.75 W/(m 2 ? K)di 殼程冷凝傳熱膜系數(shù)。23。1.87(-c92 J)1/3Re。1/37747.5 W/(m2 ?K)污垢熱阻沸騰側(cè)：R 4.299 10 5 m2?K/W 冷凝側(cè)：RO 1.72 10 5m2?K/W管壁：Rw 4.299 10 6m2 ?K/W顯熱段的傳熱系數(shù)Kld。idiRi d0Rw d0didmRo0.0254.299 10 5 0.025 4.229 10 6477 0.0210.0212376.44W/(m ?K)0025 1.72 100.023111369.72蒸發(fā)段傳熱系數(shù)Ke(1)管沸騰-對(duì)流傳熱

7、膜系數(shù)v a b b tp泡核沸騰的平均修正系數(shù)aE aa2Gh 3600G36006 2325.051.17 10 kg/(m ?h)(V )0.5(_ )0.1bv(3)0.5( O)0.10.08807977.50.0085當(dāng) x xe 0.10 時(shí)(J)0.9Xttx 0.021(0.13 )0.9(1 0.13)0.088071.572查圖得aE=0。IZ當(dāng) x 0.4xe 0.04 時(shí)x 0.0084)0.9x(0.04 )0.90.650.08807查圖得a =0.43。aE a0 0.4320.215泡核沸騰傳熱膜系數(shù)b0.69 Qd i 、0.690.225 b Pr(i )

8、diArb bb0.33/ Pdi 0.311)()V0.2250.1040.0213.5430.69(32959.365 10310.3 100.0210.220.6910-3(977.53.9551.2 105 0.0210.311.96 10-22163W/(m ?K)質(zhì)量分?jǐn)?shù)X=0.4Xe處的對(duì)流傳熱膜系數(shù)tp3.5(xV5 3.5。刖 2.82b0.8 0.4tp0023 Fe(1 x) pdi2023.3W/(m 2?K)0.0232.820.104 31027(10.0210.04)0.83.54304管沸騰-對(duì)流傳熱膜系數(shù)v a b b tp 0.23 163 12023.32

9、058.4W/(m2 ? K)(2)蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KeKe(ddvdiRd。RwdodidmRo25(2058.4 214.299 105 254.29921610251.72 1023112)11281 W/(m 2 ?K)7747.53.顯熱段和蒸發(fā)段長(zhǎng)度顯熱段長(zhǎng)度Lbc和傳熱管總長(zhǎng)L之比為L(zhǎng)bcl32.159 10(t P)st diNTKL tm33.14 0.021 1047 376.44 13.92.159 100.4398C pb bWt1674.8 977.5 30Lbc 0.4398 4 1.7592(m) Lcd4 1.7592 2.2408(m)4.平均傳熱系數(shù)KcKcK

10、lLbcKeLcd376.44 1.7592 1042 2.24084960W/(m2 ? K)5.面積裕度核算比較K計(jì)算和K假定，若K計(jì)算比K假定高出20%則說(shuō)明假定值尚可,否則要重新假定K值Kc K k960 800 20.11%800四、循環(huán)流量的校核1.循環(huán)推動(dòng)力PdA當(dāng) x 3Xe 0033時(shí)，Xtt,1 X 0.910.033 0.9()0.08807()0.6363x0.033RlXtt20 5(Xtt 21Xtt 1)0.50.6363205(0.636321 0.6363 1) .0.279W20.785DiReDiGb0.25 615.10.22 10 36.99 105t

11、p v(1 RL)bRL3.955(1 0.279) 977.5 0.279 275.9kg/m3當(dāng)x Xe時(shí)，按上述同樣的方法求得 tp 165kg/m3查表并根據(jù)焊接需要選取再沸器上部管板至接管入塔口間的高度l 0.9m計(jì)算循環(huán)推動(dòng)力PdpD g LCD ( b ptp) l tp 9.812.2408(977.5 245.8) 0.9 16513397 Pa2.循環(huán)阻力pfPfP1P2P3P4P5(1)管程進(jìn)口管阻力 P1615.1kg/(m2?s)0.785 0.252Li0.01227 0.7543. Re 0.380.0168(Di 0.0254)2(0.25 0.0254)20.

12、3426(Di 0.0254 0.1914)0.3426(0.25 0.0254 0.1914)29.3mP1Li G2iDi 2 b7249 Pa加速損失p2(12)Rl16.85(1Xe)2RlG2325.05kg/(m ?s)2 2P G M / b 187.539.14/977.5740Pa(3)傳熱管顯熱段阻力損失P3按直管阻力損失計(jì)算0.01227 0.7543 R：8 0.01227 0.7543/31027.38 0.0271P3LbcG2122Padi(4)傳熱管蒸發(fā)段阻力損失p4該段為兩相流，故其流動(dòng)阻力損失計(jì)算應(yīng)按兩相流考慮。計(jì)算方法是分別計(jì)算該段的氣液兩相流動(dòng)的阻力，

13、然后按一定方法加和，求得阻力損失。氣相流動(dòng)阻力損失Pv4取該段的平均氣化率X 2Xe 0.067，3則氣相質(zhì)量流速G為2GV xG 0.067325.05kg/(m ?s)氣相流動(dòng)的ReV： RevdU 53536V0.012270.75430.38e0.0243PV4LcdGvdi 2 v153Pa液相流動(dòng)損失Pl42GLG Gv 303.38kg/(m2 ?s)diGLb0.021 303.380.22 10-328959L 0.01227。.號(hào)：30.0275R5lPL4鳥(niǎo)生 138Padi 2 b兩相壓降P4P4 ( PV414Pl414)4 2333Pa(5) 管程出口阻力p5氣相流

14、動(dòng)阻力損失Pv5出口管中氣相質(zhì)量流率為:302GV xeG 0.10 221.67 kg/(m ?s)0.785 0.62出口管中氣相流動(dòng)的ReV為：ReVDoGVV0.6 21.670.0085 101.52 1060.012270.7543ReV 0380.015269.51m(Di / 0.0254)20.3426(Di /0.0254 0.1914)(0.6/0.0254)20.3426(0.6/0.0254 0.1914)Fv 5lDoGV222 Pa液相流動(dòng)阻力Pl5液相流率Gl為：Gl G Gv68231.26209.2kg/(m2 ?s)0.785 0.6液相C動(dòng)ReL為：ReLDoGlb0.6 209.20.22 10 35.7 1050.0122