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氟塑料列管换热器的传热系数

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氟塑料列管换热器的传热系数纬�期化工科技报道瀚氟塑料列管换热器的传热系数王击衡�湖南省株洲化工厂�摘要由于氛塑料与金属材料在物化性质上差异很大,便得戴塑料换热器的传热系数计算不同于金属换热器�本文通过一设计计算实例叙述了奴塑料列管换热器传热系数的计算过程,介绍了通过用传热因于求得传热膜系数的设计想法,分析了影响氛塑科换热器传热系数的因素,并对如何提高传热系数提出了解决方法。坛氟塑料换热器是近年来出现的一种新型换热器,投入工业生产时间虽短,但其在苛刻的化工操作条件下使用,所显示出优异的耐强腐蚀性能,已引起人们的瞩目。我厂’普通过磷...

氟塑料列管换热器的传热系数
纬�期化工科技报道瀚氟塑料列管换热器的传热系数王击衡�湖南省株洲化工厂�摘要由于氛塑料与金属材料在物化性质上差异很大,便得戴塑料换热器的传热系数计算不同于金属换热器�本文通过一设计计算实例叙述了奴塑料列管换热器传热系数的计算过程,介绍了通过用传热因于求得传热膜系数的设计想法,分析了影响氛塑科换热器传热系数的因素,并对如何提高传热系数提出了解决方法。坛氟塑料换热器是近年来出现的一种新型换热器,投入工业生产时间虽短,但其在苛刻的化工操作条件下使用,所显示出优异的耐强腐蚀性能,已引起人们的瞩目。我厂’普通过磷酸钙�简称普钙�生产是由浓度约���的硫酸和磷矿粉直接混合,经激烈搅拌化合而成。普钙的实际生产能力己达��万吨�年。为实现这一工艺,混化工序所需的稀酸冷却器是关键设备之一,它运行的好坏将直接影响到普钙的产量和质量。我们选择了四台换热面积为���“的氟塑料列管换热器作为稀酸冷却器。下面就氟塑料列管换热器的传热系数问题计算和讨论如下�酸浓度���。混溶后一�����吨�时,酸浓度��进冷却器酸温度����℃出冷却器酸温度���℃酸液压力,�米酸柱一、工艺计算工艺流程简介�约��℃,邪�浓度的硫酸由浓酸高位槽流入十字头混酸器与工业水混合,被稀释至浓度为������本计算取���,然后凭位差流入氟塑料列管换热器内进行冷却。协�一�设计参数酸量�混溶前一��吨�时,�二�热负荷和物料平衡计算冷却水进换热器的温度取夏季最高水温��二��℃,出口温度取�����℃。物性参数的定性温度分别取两种介质进、出换热器温度的算术平均值,查资料�’�和经计算所得到的物性参数列入表�。表�物性参数,��平均��。,��‘�‘卜��。,,��普兰特名称�石侈�比热�霍度�拈度�导热系数�曰孟瑟,钟�退度�阳抓,��民�侧风�,币,不从�准数卫旦二上上一几兰�匕二一��上��二�主�����竺�、��。�仟卡�公�二。,。��,。�仔卡�米��单位�‘��’�二丛胜型竺竺�里竺一�”彭艺�一硫,画�竺丝������竺巨��到一吧·�����������』。,�了�����������‘��水�����。�����������几了�二�,�������������一’一’一’�一”一���。‘�一’一�一’一�。热负荷计并�����肠酸在��℃时进十字头姗酸器带入热量为�������·�,���火���������化学工业与工程第三今����������千卡�时其中��������千卡�公斤为���酸在�。℃时的热怡���由���酸稀释至���酸微分稀释热为��待稀释的���酸�硫酸量���稀释水在��℃时进混酸器带入热量为�。。稀释后酸量��������������公斤�时稀释后水量�����一��二�����一��一�����。����箫���·‘”。。������公斤�时量�一��二��欠����一��������公斤�时水仇入混酸器���酸���������������。������������’二杯下砚叫而葱万�。������阳��·�。�����。���������千卡�公斤分子出混酸器���酸�二�����公斤�时故�。����·��·��二����������。��������欠��‘千卡�时���经氟塑料列管换热器冷却后���酸在��℃时带走热量为�‘。�‘���一��二�������������������”千卡�时其中���������千卡�公斤是���健酸在��℃时的热捻���经氟塑料列管换热器冷却后冷却水应取走热为�。。�。二�,�����。一�一��������。�������一��。������“���������’千卡�时�。物料平街计算�肚急��������������貂�冷却水的用量���������一����盆����!∀#∃…。。。n盆十1一了沙6吞二2户333x178602。努3+1。798313。38x1060。997(40一34)=225671公斤/时*223吨/rl寸热负荷计算结果汇总见表2。表2热负荷计算结果二10086千卡/公斤分子。W,故叼:=气了(q:一ql)J丫且2511090专(10086一3314)=17.35xlo‘千卡/时QQQ:::由93肠成稀释至70外酸徽分稀释释热热热tttQQQ。。:释水“3‘’““进混酸器带入扣3.64/,U’’咦咦咦咦咦魏黔称丽丽。‘耐(l一瓜又一汤汤汤汤汤汤汤汤汤鑫鑫换热翻冷却”””水“取走”i,·3“x‘。“..经经换热翻冷却后冲却水应取走热热13.38x10...ttt为第4期化工科技很道(三)流程选择根据两种介质的性质和水力学因素,选择稀酸走管程,冷却水走壳程。稀酸和冷却水进入换热器之前均经过沉淀和过滤。(四)换热合结构尺寸(见表3)表3换热器结构尺寸单位:毫米=0。14(2)Re二米/秒雷诺、数10吕dup妹10.(5x10一8)xo。14x15422。l=514剥管{管}管{有效1管{管板1澎鲁筒司折流{折流{折,l内}外】】}】}尝】义11}}板作称}径}狡1长}管长】数!直径{二}嚣}规格}板数}板高}距薪瑞十止一‘洲黔禺二一十一肯万十下粤}‘}‘,{L}“‘jm{”·…bl’J“‘,IN‘块’l”‘l”漂卜卜}‘。。。…39‘。卜B3)2了。…3。卜1325·}7{22。…5。(3)查图1Re一j关联图得:j二4.7xxo一8沙沙洲声一、、、、~~~尸尸尸产.~、、、、...一}1.,,。.,·I。I,,…工x(五)传热系教计算氟塑料换热器传热的热阻由三部分组擎成:管壁阻力、管侧膜阻力和壳侧膜阻力,为了使计算结果更准确一些增加污垢热阻一项。1.管侧传热膜系数a:的计算:图110.2,451042匀4写万R.管侧传热因子(4)将j值代入(l)式得:a一=4。7x10一8xo。5027x7。8x10巴。.5352/_j·Cp·wPr“/3千卡/米“·时℃(1)二401千卡/来,·时·℃2。壳侧传热膜系数a:的计算:(l)管间当量直径:式中(1)j一传热因子Cp一等压比热w一介质流量W:/4千卡/公斤.℃公斤/米2,时,,亿丁一二,二」,、住仁-二厂一‘-一下一UO一J」__艺4Ue二二二—兀doW=一粤d:.m4‘〔亿万(8、1。一:):一粤(6、;。一。):〕一乙‘4一,一-一一-~一.一一-一一一一一一W:一酸量公斤/时m一管数Pr一普兰特准数管内流体速度兀(6x10一’)=5。76x10一米(2)流通截面积sm。x二、D(1一竿)协W:/4,0。5x0.3(1一色丝旦竺)8X10一器-U=一粤·d,·m·p盛35。87x10./40。785x(5x10一)2x583x1542x3600二3。75x10一2米2式中:D—折流板直径米(3)管外流体速度化学工业与工程第兰卷~.口,............~.....,.........G1了Z_一~_一_________________Smax.P_2器X10“/415x10一‘气二兀尸十一-气丁~二六屯一4UIU.IO1+死丽5xlo一心l。53。75x10一2x994。65x3600=。.牡5米/秒(4)雷诺数:Re=,型鱼些=156仟卡/米2.时℃(六)换热面积的计算1、计算换热面积:A=一旦旦‘△tmok林105x5.76x10一吕xo.415x99雀。65式中△tm二_13。38x10./458。9X156△tl一△t:36.4米儿。68x10一2二3142(5)查图2Re一j关联图得一3=4。6x10一“,△t-‘n几获丁(130一40)一(70一34)130一4070一34\\\火\\\lll-.,.111=58。9℃2、实际换热面积:A,二泥d平mL’.、7‘习,.工x啊咋dOU匕dX、、/5丫10一+6x10一s2~_凡e图2壳侧传热因子将上述数值代入(l)式得:=“(x3.94=39.69米“3。换热余蚤△A=口名=。6x10一,x0.997x100%xl。48x10.A尹一AA39。69一36。436。45.0772/a2348千卡/米2时·℃x200%=g%(满足)其中Gw=-息石石尸二丝业卫翌生.3。75x10一2二、现场实测的传热系数”1.48xlo叹公斤/米2。时3、传热系数K的计算:K二11_乙一十二-Qx人仟卡/米2.时℃色l入-(2)通过一年多的生产运转后,请华南工学院化机系对氟塑料列管换热器进行了传热系数、氟塑料管子振动破坏等现场实测。传热系数现场实测值为161仟卡/米2·时℃,只是物流量和温度等条件与上述计算略有不同。十1一叭+式中:各一氟塑料管子的壁厚5xl。~‘米入一氟塑料的导热系数O。16仟卡/米,时℃各一管内壁污垢厚度5xl。·‘米入:一污垢的导热系数1。5仟卡/米,时℃将各数值代入(2)式得:三、传热系数讨论(一)氟塑料属于一种绝热材料,其导2熟坐啊)内J“一屯抓号’yJ“叮’夕兮下入热系数入只有O。16仟卡/米.时℃。从传热系数计算式分析可知,氟塑料管子的管壁厚度各决定着管壁热阻的大小,而管壁热阻的大小场第4期化工科技报道又最终决定着换热器传热系数K的大小。因此,在暂时无法提高氟塑料入的情下,尽量减小色是提高K值的有效办法。(二)对金属换热器来说,若工艺条件许可,提高传热系数的方法通常是以增大管内外流体的流速来达到的,但如果管程或壳程的压力降受到限制时,用此方法就将受到约束。为了便于计算,在氟塑料换热器中,人们提出丁用传热因予来计算传热膜系数的概念。通过做不同管径、流速的流体力学试验,得出传热因子与雷诺数的j一Re关联图,并建立传热因子与传热膜系数的关系式。从j一Re图中可看出雷诺数对传热因子的影响,它与金属换热器设计的不同之处就在于当雷诺数不是很大时就可得到较为理想的传热因子,由此可得到较大的传热膜系数。亦可得出较大的传热系数。从j一Re图中还可以看出,当雷诺数增至很大时传热因子反而下降,这是因为氟塑料为绝热材料,故在热交换时流体的冷却或加热需要有一定的时间。所以在设计氟塑料换热器时,如何正确地选择流体的流速是设计者应注意的间题。笔者建议,一般采用低流速为好,其值为金属换热器管内流体流速的古~十。这是因为氟塑料管束在换热器内虽两端管板固定,但不象钢制换热器的管束具有很好的刚性,所以在使用中,在管内、外流体流速的交变作用下,使管束产生沿轴向和径向的振动,即使流体流速低,能激起流体强烈湍动,减少液膜热阻,从而提高传热系数。流体流速过高将是直接影响氟塑料管子使用寿命的主要原因。这是因为氟塑料管子的刚性差且不耐磨,若设计结构欠合理,管束剧烈振动有可能与筒体内壁接触磨擦,及与折流板磨损加剧,两种结果都会使氟塑料管子过早的磨损,造成泄漏。另外,管内流体流速过高也会使流体内含有的固体颗粒将管壁划破造成泄漏。(三)据资料介绍,氟塑料制品表面不易结垢,但在实际生产中经取样分析和检查,发现管子内壁粘附着污垢,但附着力不强。这是因为管内壁由于加工的光滑程度比管外壁差,其次是流速过于低遂使流体中某些金属悬浮物和固体颗粒沉析出来。在实际生产中应选择适宜的流速,既要使流体受到激烈湍动以提高传热系数,又要使流体中含有的固体颗粒始终保持悬浮状态,使之不致形成污垢。操作方法上可采取在短时间内加大管内流体流速,使管束激烈振动迫使污垢松动、脱落而被流体带走。四、结论纷(一)工艺计算所得传热系数为156仟卡/米2·时℃,华南工学院测定值为161仟卡/米“·时℃,两者相差不大,说明用该方法计算的传热系数和实测值基本符合。(二)氟塑料换热器的初始传热系数比金属换热器的传热系数要小,由于金属换热器的传热系数随污垢层厚度不断增加而逐渐下降,而氟塑料因不易结垢所以传热系数基本稳定,这就提高了实用价值。(三)氟塑料换热器采用小管径、簿管壁,其与金属换热器相比较,单位体积内具有较多的热交换面积,这就弥补了氟塑料本身导热系数低的缺点。(四)摸索出最适宜的管内外流体流速,既提高传热系数又防止污垢,而且不致损坏设备。今考文做协[川《接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编》试用稿第一分册.南化公司《硫酸工业》编辑部编印〔2〕《氛塑料换热器的设计与计算》蚤其伍
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