内容发布更新时间 : 2024/11/1 7:34:20星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
系数、管径大小、尺寸大小、设备的形状、排列方式等等。因此,很难采用一个通式来计算给热系数。目前采用在一定设备形状及排列方式的条件下进行实验,并尽可能将实验结果用各实验变数所组成的无因次数群来表示,然后进行因次分析找出各种数群与给热系数α的关系的方法,来解决给热系数计算问题。
实验表明,流体的流动形态不同,给热系数的算式也不同,所以先要确定流动形态,为此要求给出雷诺准数Re。
Re=de?Gu3600?z×1000 式中:
Z——冷冻盐水的粘度,mPa·s; 在这里冷冻盐水的粘度Z=25mPa·s Gu——质量流速,kg/m2·h
de——当量直径(单位mm)可用下式算出;
de=D2s?nd2 D s?nd式中:
Ds——换热器外壳内径,900mm(所选石墨冷凝器规格); n ——列管数,417; d ——列管外径,32mm 代入上式得:
dD2e= s?nd2 D
s?nd=0.92?417?0.03220.9?417?0.032 = 0.0269m 质量流速Gu:
Gu=Wh/[π/4(Ds2-nd2)] 式中:Wh=Q/[CP·(t1-t2) 其中:Q——石墨冷凝器的传热总量,kJ/h; CP——冷冻盐水的比热,kJ/kg·℃;
t1,t2——冷冻盐水进出石墨冷凝器的温度,℃ 则
(5-7)
(5-8)
(5-9) (5-10)
Gu=Wh/[π/4(Ds2-nd2)]
=9.2635 × 104 / [3.14/4×(0.92-417×0.0322)] =3.0817×105 kg/m2·h
把以上数据代入式(5-7)得: d?Gu Re=e×1000
3600?z=[0.0269×3.0817×105/(3600×25)]×1000 = 92.1
因Re<2300,所以属层流。应采用下式计算冷冻盐水给热系数α1:
α1=
(5-11)
式中:
c——层流常数,0.93; n——0.4 (因加热);
λ——冷冻盐水导热系数,1.5324kJ/m2·h·℃ de——当量直径,0.027m;
ε——排列系数,由《换热器》一书查得 ,对于三角形或转角三角形排列,排列系数为 :
ε(
式中:
p——管间距,40mm; d0——管外径,32mm;
ε=1-0.907/(p/d0)2=1-0.907/(40/32)2=0.42 Pr——普兰德准数:
Pr=(3600μ·g·Cp)/λ (5-13)
式中:
μ——冷冻盐水的粘度,25mPa·S; Cp——冷冻盐水的比热,2.67kJ/kg·℃; λ——冷冻盐水的导热系数,1.5324kJ/m2·h·℃
将以上数据代入得:
Pr=3600×(25/9810)×9.81×2.67/1.5324=157
2
c· ( λ / de )·
Ren· Pr0.4·
ε
=5
1
-
0-
.9071
/(p/2
d
0
)
)
把上述数据代入式(5-11)得管外冷冻盐水给热系数: α1=c·(λ/de)·Ren·Pr0.4·ε
=0.93×(1.5324/0.0269)×92.10.4×1570.4×0.42
=718 kJ/m2·h·℃
按照求α1的计算方法及步骤,查出或计算出混合气体在其平均温度下的下述物性数据,即可求得管内混合气体的给热系数α2:
比热:CP=1.1974kJ/kg·℃; 导热系数:λ=0.06113kJ/m2·h·℃; 粘度:μ=0.0123kg/m3; 密度:ρ=1.373kg/m3
Gu=Wh/(0.785·n·d2)
式中 :
Wh——混合气体的质量流量,9235.6727kg/h ;
n——列管数,417;
d0——石墨冷凝器的列管内径,0.022m 则:
Gu=Wh/(0.785·n·d2)
=9235.6727/(0.785×417×0.0222)=5.8306×104 kJ/m2·h·℃
Re=[de·Gu/(3600·Z)]×1000
=[0.022×5.8306×104/(3600×0.0123)]×1000 = 28968
Pr=(3600μ·g·Cp)/λ
=3600×(0.0123/9810)×9.81×1.1974/0.06113 = 0.87
因管内是低粘度流体,所以用迪斯特——贝尔特关联式求α2。则可得:
α2=0.023×(λ/di)×Re0.8×Pr0.3
=0.023×(0.06113/0.022)×289680.8×0.870.3=227.5 kJ/m2·h·℃ 把α1、α2等上述数据代入式(5-6)即得:
1/K=1/α1+r1+(δ/λ)·(d/dm)+r2·(d/d0)+(1/α2)·(d/d0)
=(1/1026)+4.78×10-5+(0.005/502.39)×(0.032/0.027)+2.39×10-5×(0.032/0.022)+(1/227.5)×(0.032/0.022) =7.456×10-3
即:
K=134.1 kJ/m2·h·℃
此计算值比前面按所选设备的传热面积F求出的K值(133.2 kJ/m2·h·℃)稍大,因此假设列管长度为3m是适宜的。
5.1.4最后确定K值及传热面积
为了安全有效起见,取管长为3.1 m(参考《石墨制化工设备》考虑到两端插入管板的长度总长应加长100-200mm),因此传热面积为:
F=n·dm·π·L
=417×0.027×3.14×3.1=109.6m2
K=Q/(F·△tm)
=4.9643×105/(109.6×36.76) = 123.2 kJ/m2·h·℃
若选用两台换热器串连使用,则换热管长度可取1.55m。则每台的传热面积: F1 = F2 = F/2 = 109.6/2 =54.8m2
通过以上计算可知109.6 m2的传热面积足够了。
5.2 精馏塔操作的计算
高沸塔的进料液基本上是由VC和EDC组成。已知VC约占99.48mol% 即xF=0.9948.分离要求:VC在塔顶馏出液中的纯度达99.999 mol%,即xD=0.999999.在釜液中为60 mol%,即xW=0.6.
高沸塔的操作条件为:塔的平均操作压力为0.5MPa(绝对压力),塔顶温度tD=34℃,塔釜温度tW=51.5℃;沸点进料,进料液的沸点tf=34.5℃。回流比R=0.2.
气液平衡数据如表5-1所示:
表5-1 0.5Mpa下氯乙烯—二氯乙烷气液平衡数据
高沸塔物料衡算如表5-2 所示:
表 5-2 高沸塔物料衡算表 进料?F?
名称?塔顶馏出物?D? 塔底釜残液?W?
kg/h
VC?
kmol/h mol% 99.48 0.52 100
kg/h kmol/h mol% kg/h kmol/h mol% 60 40 100
8252.72 132.043 8189.97 131.039 99.999 63.3375 1.0134 0.1297 0.00131 8190.10 131.041
0.001 100
66.8641 0.6756 130.202 1.6890
EDC?67.9018 0.6861
总计?8320.65
132.73
5.2.1 理论塔板数的确定
精馏所需理论塔板数的计算方法有多种,现采用M.T图解法进行。但由于高沸塔塔顶馏出液VC要求纯度很高,达99.999 mol%,用普通坐标纸作图求理论塔板数确实困难,因此要做一些特殊处理,就是在高浓度范围内使用对数坐标纸作图。
在精馏问题的计算中有一个很有用的数量叫做相对挥发度,用α表示。它是在混合液中一个组分对另一个组分的相对挥发难以的程度。定义式如下:
y1?yα=
x1?x
(5-14)
式中: α——相对挥发度
x——易挥发组分液相分子分数 y——易挥发组分气相分子分数
根据上式可得: y (5-15)
为了从已知的α值和给定的x值计算相应的y值,可以由上列公式解出y而得到下列计算公式:
y
(5-16)
比较式(5-15)和式(5-16)可得:
=
=
α
x
1?y 1?x?x
1????1?x