化工原理课程设计再沸器的设计

1、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）/MPa0.50.12蒸发量/（kg）10864.61壳程凝液物性（151.7 C）管程流体物性（137.8 C）:液相气相潜热rc=2113.2kJ/kgrb=310.3 kJ/kg热导率入 c =0.684W/(m K)入 b =0.104W/(m K)黏度卩 c =0.186/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比热容Cpb =1.6748 kJ/(kg K)表面张力(T b

2、 =19.6mN/m蒸汽压曲线斜率( t/ p)s =2.159 x 10-3 K m/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）：Pw 105.3 0.7 21 120KPa 0.12MPa（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：log p A CB t查资料得：A=9.25B=225.69C=1516.04则有：log（0.12 106）1516.04tb 225.69tb=137.8 C（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：Db VM 282.

3、42 112.6110864.61kg/h(4) 氯苯的汽化潜热3常压沸点下的汽化潜热为 35.3 X 10 KJ/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：0.38為 Zz ( t c=359.2 C)ri tc ti其中 t2 tb 137.8 C , ti 131.8 C , ri 313.5KJ/kg ,则：0.382359.2 137.80 38313.5310.3KJ/kg359.2 131.8二、工艺结构尺寸的估算(1)、计算传热速率QQ Dbb 10864.61 310.3 1000/36009.3647 105W(2)、计算传热温差

4、厶t mtn=tb=151.7-137.8=13.9 C(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K=800W/ (m.k )(4) 、计算传热面积ApApQK tm59.3647 105800 13.9=84 m2(5)、传热管规格选为25mrX 2mmL=4000mm按正三角形排列， 则传热管的根数为Nt A84268（根）doL 3.14 0.025 4(6)、壳体直径按343.2节中介绍的方法求取壳体直径。由叫3a(a 1) 1 268解得a 9(另外一负值舍去)则b 2a 119。于是：D t(b 1) 3d。32 (19 1) 3 25 648mm

5、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K 假设传热管出口气化率为Xe 013,釜液蒸发量为D,则循环量W为Db10864.61Wt -30(kg/s)xe3600 0.10 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S (4)dNT 0.785 0.0212 268 0.928m2RediGb300.09282325.05 kg /(m0.021 325.05310270.22 10PrC pb b1.6748 103 0.22 10 30.104显热段传热管内传热膜系数i为i 0.023Re08Pr 0

6、.4740.75 W/(m 2 ? K)di 壳程冷凝传热膜系数。23。1.87( c g2c )1/3Reo 1/37747.5 W/(m2 ?K) 污垢热阻沸腾侧：Ri 4.299 10 5m2 ? K/W冷凝侧：RO 1.72 10 5m2 ?K/W管壁：Rw 4.299 10 6m2?K/W 显热段的传热系数Kldo_ididiRo0.02554.299 100.025477 0.021376.44W /(m2 ?K)0.021°229 10 ° °.°251.72 100.02311369.72.蒸发段传热系数Ke(1)管内沸腾-对流传热膜系数

7、a b b tp泡核沸腾的平均修正系数aaEaa2Gh 3600G3600 325.051.17106 kg/(m2 ? h)(_) 0.5 (_ )0.1bv(3.955)0.5( 0.22(977.5)( 0.0085)0.10.08807当-e 0.10 时' -0.021Xtt-)0'9x(0.13 )0.9(1 0.13)0.088071.572查图得aE=0。当-0.4-e0.04 时x 0.0084)0.9(0.04 )0.9 卫4-0.650.08807查图得a =0.43。a e a 0 0.430.215泡核沸腾传热膜系数0225尹9（農。=1)0.33(

8、Pdi )0.310.2250.1040.0213.5430.695(9.365 100.021).69329 310.3 1 03 0.22 1 03/ 977.5八0.33/1.2 105 0.021、0.311) -2 ).9551.96 102163W/(m2?K)质量分数x=0.4 Xe处的对流传热膜系数tp3.5(尹5 3.5。刖 2.820.0232(1 x)08P0.40.023di2023.3W/(m2?K)tp2.82 0104 31027(10.0210.04)°.83.5430'4管内沸腾-对流传热膜系数v a b b tp 0.23163 12023

9、.3 2058.4W/(m2?K)(2)蒸发段传热系数KeKevdiRd。Rwd。didmRo匕）1025(2058.4 214.299 105 252164.299 102551.72 1023112)11281 W/(m 2 ?K)7747.53.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LbcL(t p)stdi Nt Kl tmp C pb bW2.159 10 3Lbc0.4398 4 1.7592(m)Lcd44.平均传热系数Kc32.159 103.14 0.021 1047 376.44 13.90.43981674.8 977.5 301.75922.2408(m

10、)960W/(m 2 ? K)376.44 1.7592 1042 2.240845.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。Kc KK960 80080020.11%四、循环流量的校核1.循环推动力PdRl10.033时，XttXtt20 5(Xtt 21Xtt 1)0.5(1 X)0.9x0.08807(1 0.033)0.033 )0.6363205(0.636321 0.6363 1) .0.90.2790.6363tp v(1 Rl)bRL 3.955(1 0.279) 977.5 0.279 275.9kg/m3当x Xe时，

11、按上述同样的方法求得 tp 165kg/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l 0.9m计算循环推动力PdpDg LCD ( b Ptp) l tp9.812.2408(977.5 245.8)0.9 16513397 Pa2.循环阻力pfPfP1 P2 P3P4P5(1)管程进口管阻力P1W20.785Di615.1kg/(m2?s)0.785 0.252ReDiGb0.25 615.10.22 10 36.99 1050.012270.7543 Re 0.380.0168Li(Di 0.0254)20.3426(Di 0.0254 0.1914)(0.25 0.02

12、54)20.3426(0.25 0.0254 0.1914)29.3mP17249Pa加速损失P22b()1V 1 Rl6.85(1Xe)2RlG325.05kg/(m2?s)2 2P G M / b 187.539.14/977.5740Pa(3)传热管显热段阻力损失P3按直管阻力损失计算0.01227 0.7543 Re0.38 0.01227 0.7543/31027°.38 0.0271P3LBCG2di122Pa(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。

13、气相流动阻力损失Pv4取该段内的平均气化率X 2Xe 0.067，则气相质量流速G为32GV xG 0.067325.05kg/(m ?s)气相流动的ReV： RevdU 53536V0.012270.75430.380.0243R/4LcD Gvdi 2 V153Pa液相流动损失Pl42GLG Gv 303.38kg/(m2 ?s)diGLb0.021 303.380.22 10-328959L 0.01227 0.7543 0.0275RlPL4L Lcd Gl138Padi 2 b两相压降P4P4 ( PV414Pl414)4 2333Pa(5)管程出口阻力p5气相流动阻力损失 Pv5出

14、口管中气相质量流率为:XeG0.10300.785 0.6221.67kg/(m2?s)出口管中气相流动的ReV为:ReVDoGv0.6 21.671.52 1060.012270.0085 100.75430.01522(Di /0.0254)0.3426(Di /0.02540.1914)2(0.6/0.0254)0.3426(0.6/0.02540.1914)69.51m222 Pal'V Do液相流动阻力Pl5液相流率Gl为：Gl G Gv680.785 0.6231.26 209.2kg/(m2 ?s)液相 c 动 ReL 为：ReLDoGlb0.6 209.20.2210 355.7 100 7543 L 0.