化工原理课程设计再沸器的设计.docx
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化工原理课程设计再沸器的设计
操作条件
壳程
管程
温度/C
151.7(冷凝温度T)
137.8(沸点tb)
压力(绝)/MPa
0.5
0.12
蒸发量/(kg)
10864.61
壳程凝液物性(151.7C)
管程流体物性(137.8C)
液相
气相
潜热
rc=2113.2kJ/kg
rb=310.3kJ/kg
热导率
见=0.684W/(mK)
入=0.104W/(mK)
黏度
pc=0.186/mPas
p=0.22/mPas
p=0.0085/mPas
密度
3
p=917kg/m
3
pb=977.5kg/m
3
pv=3.955kg/m
比热容
Cpb=1.6748kJ/(kgK)
表面张力
ob=19.6mN/m
蒸汽压曲线斜率
32
(△t/△p)s=2.159X10-Km/kg
再沸器的设计
一、设计条件
以在五个大气压下(0.5Mpa)的饱和水蒸汽作为热源。
设计条件如下:
(1)管程压力、、
管程压力(以塔底压力计算):
Pw105.30.721120KPa0.12MPa
(2)将釜液视为纯氯苯,在釜底压力下,其沸点:
根据安托因公式:
logpA
Bt
查资料得:
A=9.25B=225.69C=1516.04
则有:
log(0.12106)1516.04
tb225.69
tb=137.8C
(3)再沸器的蒸发量
由于该塔满足恒摩尔流假设,则再沸器的蒸发量:
DbVM282.42112.6110864.61kg/h
(4)氯苯的汽化潜热
3
常压沸点下的汽化潜热为35.3X10KJ/Kmol(即为313.5KJ/kg).纯组分的
汽化潜热与温度的关系可用下式表示:
4
0.38
「1
0.38
tct2
tct1
(tc=359.2C)
其中t2tb137.8C,t1131.8C,r1
313.5KJ/kg,则:
359.2137.8
359.2131.8
0.38
313.50.38
310.3KJ/kg
、工艺结构尺寸的估算
(1)、计算传热速率Q
QDbrb10864.61310.31000/36009.3647105W
(2)、计算传热温差△tm
△tm=T-tb=151.7-137.8=13.9C
(3)、假定传热系数K
依据壳程及管程中介质的种类,按竖直管式查表,从中选取
2
K=800W/(m.k)
(4)、计算传热面积A
5
Ap
Q9.364710
=84m
Ktm80013.9
(5)、传热管规格选为①25mmX2mm,L=4000mm,按正三角形排
列,则传热管的根数为
Nt—A84268(根)
doL3.140.0254
(6)、壳体直径
按3.4.3.2节中介绍的方法求取壳体直径。
由Nt3a(a1)1268
解得a9(另外一负值舍去)则b2a119。
于是:
Dt(b1)3d。
32(191)325648mm
取进口管直径Di250mm,出口管直径D。
600mm
三、传热系数校核
1.显热段传热系数Kl
1假设传热管出口气化率为Xe0.13,釜液蒸发量为Db,则循环量
Wt为
Db10864.61
Wt—30(kg/s)
xe36000.10
2显然段传热管内传热膜系数设传热管内流通截面积为Si,
则传热管内釜液的质量流率G为
Si(4)d「NT0.7850.02122680.928m2
Wt
S
30
0.0928
2
325.05kg/(m
Re
diG
b
0.021325.05
0.2210
31027
Pr
Cpbb
33
1.6748100.2210
0.104
显热段传热管内传热膜系数i为
b0.80.42
i0.023」RePr740.75W/(m2?
K)
di
3壳程冷凝传热膜系数。
23
o1.87(cg2c)1/3Re1/37747.5W/(m2?
K)
c
4污垢热阻
5m2?
K/W
沸腾侧:
Ri4.299105m2?
K/W冷凝侧:
Ro1.7210
管壁:
Rw4.299106m2?
K/W
5
显热段的传热系数
Kl
1
1
11369.7
0.0254.2991050.0254.2291060.025
1.7210
4770.0210.0210.023
2
376.44[W/(m?
K)]
2.蒸发段传热系数Ke
(1)管内沸腾-对流传热膜系数
vabbtp
①泡核沸腾的平均修正系数a
aEa
a
2
Gh3600G3600325.051.17
106kg/(m2?
h)
(丄)0.5(」)0.1
bv
3.955)0.5(0.22)0.1
(977.5)(0.0085)
0.08807
当xxe0.10时
x0.021入tt
)0.9
x
(0.13)0.9
10.131.572
0.08807
查图得aE=0。
查图得a=0.43。
②泡核沸腾传热膜系数
3.5(尹535。
刖2.82
tp
0.023—Re(1x)08P0.40.023
di
2023.3W/(m2?
K)
2.82010431027(10.04)0.83.5430'4
0.021
④管内沸腾-对流传热膜系数
vabbtp0.231631
2
2023.32058.4W/(m?
K)
(2)蒸发段传热系数Ke
3•显热段和蒸发段长度
显热段长度Lbc和传热管总长L之比为
0.4398
Lbc(tp)s2.159103
~tdiNXtm2159103__3.140.0211047376.4413.9
~pCPbbW.1674.8977.530
Lbc0.439841.7592(m)Lcd41.75922.2408(m)
4.平均传热系数Kc
5.面积裕度核算
比较K计算和K假定,若K计算比K假定高出20%则说明假定值尚可,
否则要重新假定K值
四、循环流量的校核
1.循环推动力Pd
tpv(1Rl)bRL3.955(10.279)977.50.279275.9kg/m3
当xXe时,按上述同样的方法求得tp165kg/m3
查表并根据焊接需要选取再沸器上部管板至接管入塔口间的高度
计算循环推动力Pd
PdgLCD(bptp)ltp9.812.2408(977.5245.8)0.916513397Pa
2•循环阻力Pf
PfP1P2
P3
P4
P5
(1)管程进口管阻力P1
30
G2
亠亠一2
615.1kg/(m2?
s)
0.785Di
0.785
0.25
DiG
0.25
615.1
氏b
0.22
103
6.99105
0.38
i0.012270.7543.Rq0.0168
(2)加速损失P2
GW4d;Nt325.05kg/(m2?
s)
F2G2M/b187.5329.14/977.5740Pa
(3)传热管显热段阻力损失P3
按直管阻力损失计算
0.012270.7543Re0.380.012270.7543/31027°.380.0271
(4)传热管蒸发段阻力损失P4
该段为两相流,故其流动阻力损失计算应按两相流考虑。
计算方法是分别计算该段的气液两相流动的阻力,然后按一定方法加和,求得阻力损失。
①气相流动阻力损失Pv4取该段内的平均气化率
x-Xe0.067,则气相质量流速Gv为
3
GxG0.067325.05kg/(m-?
s)
气相流动的Rev:
Rev9色53536
V
V0.012270-380.0243
Rev
PV4vLCD_G^153Pa
di2v
②液相流动损失PL4
GlGGv303.38kg/(m2?
s)
l0.012270.75430.0275
艮L
PL4LLcdGl138Pa
di2b
③两相压降P4
141,'44
P4(P/4Pl4)2333Pa
(5)管程出口阻力P5
①气相流动阻力损失Pv5出口管中气相质量流率为:
30
0.7850.62
21.67kg/(m2?
s)
出口管中气相流动的Rev为:
DoGv
0.621.67
0.008510
1.52106
0.01227
0.7543
0.38ReV
0.0152
69.51m
(Di/0.0254)2
0.3426(Di/0.02540.1914)
(0.6/0.0254)2
0.3426(0.6/0.02540.1914)
222Pa
l'g
%LD;疔111Pa
③两相压降P5
P5(Pv514Pl514)42549Pa
循环阻力PfPfP1P2P3P4P512638Pa
3.循环推动力Pd与循环阻力Pf的相对误差
PdPf1339712738
--0.049
PD13397
核算满足要求,所设计的再沸器合适。
五、传热面积裕度
5
Kctm
所需换热面积A9.36471070.1m2
面积裕度
ApA329254
20.11%
A254
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