化工原理 再沸器设计

2. 计算传热温差
tm T tb
T:壳程水蒸气冷凝温度 tb:釜液泡点
(Td tb ) (Tb tb ) t m Td tb In Tb tb
Td:混合蒸汽露点
Tb:混合蒸汽泡点
3. 假定传热系数K
查表3-15（p.91）
有机液体-水蒸汽570-1140 W/m2K
PL5
2 GL L di 2b
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L 0.01227
0.7543
0 ReL.38
GV xG
Re
管程出口段阻力△P5
d i GV
V
P5
1/4 (P 5 V

1/4 PL5
)
4
（3）循环推动力△PD与循环阻力△Pf的比值计算 正常工作时，两项数值相等 设计时，推动力应略大于阻力（安全设计）
P97 表3-18查取或 t 斜率 根据饱和蒸汽压和 p ：沸腾物系蒸汽压曲线 s 温度关系计算
蒸汽压斜率：书上查不到，自己估算。
4.计算平均传热系数KC
K L LBC K E LCD KC L
5.面积裕度核算— 30%，若不合适要进行调整
QR AC K C t m
再沸器工艺设计
一 再沸器类型 立式热虹吸 卧式热虹吸 强制循环式 釜式再沸器 内置式再沸器
立式热虹吸：
循环推动力：釜 液和换热器传热 管气液混合物的 密度差。
结构紧凑、占地 面积小、传热系 数高。 壳程不能机械清 洗，不适宜高黏 度、或脏的传热 介质。 塔釜提供气液分 离空间和缓冲间。
卧式热虹吸：
(1 xe ) 2 b xe 2 M 1 RL V (1 RL )
⑤管程出口段阻力△P5 Similar to △P3
汽相阻力
PV 5
2 GV V d i 2 V
L
V 0.01227
0.7543
0 ReV.38
GV xG
Re
d i GV
V
汽相阻力
PD Pf PD
0.01 ~ 0.05
上述比值太大，则应降低xe 上述比值太小，则应升高xe --重新假设传热系数K和气含率xe重复上述计算过程， 直至满足传热和流体力学要求。
2 0.785Di
0.7543
0 Rei.38
Re
Di G
b
②传热管显热段阻力△P2
LBC G 2 P2 di 2b
LBC：显热管长度，m
di：传热管内径， m
0.01227
G Wi
0.7543
0 Re .38
G：釜液在传热管质量流速， kg/m2s
2 0.785d i N T
①管程进口阻力△P1
Li G 2 P i 1 Di 2 b
2
Li：进口管长度和当量 长度之和，m
D ：进口管内径， m
( Di / 0.0254) G：釜液在进口管质量 L 0.3426( Di / 0.254 0.1914) 流速，kg/m2s
i 0.01227
G Wi
0.5
tp V (1 RL ) b RL
管程出口管内两相流密度以出口气含率计算。
x xe
（2）循环阻力△Pf △Pf=△P1 + △P2 + △P3 + △P4 + △P5 ①管程进口阻力△P1 ②传热管显热段阻力△P2 ③传热管蒸发段阻力△P3 ④管内动能变化产生阻力△P4 ⑤管程出口段阻力△P5 p.98~100
2 c 3 c 1/ 3
O
Re
4M
m:蒸汽冷凝液质量流量，kg/s

Q:冷凝热流量，W
c:蒸汽冷凝热，kJ/kg
m M d 0 N T
Q m rc
4M 适用于： 2100

(4)计算显热段传热系数KL（式3-21，p71）
K
1 d0 d0 d0 1 Ri Rw RO i di di dm 0
正三角形排列p66 ：
b 1.1 NT NT 3a(a 1) 1 DS t (b 1) (2 ~ 3)d 0
五、传热能力核算
1.显热段传热系数KL (1)设传热管出口处气含率xe 5~40%，计算循环量
Db Wt xe
Db:釜液蒸发质量流量，kg/s
Wt:釜液循环质量流量，kg/s
估算设备尺寸 1.计算传热速率（不计热损）
QR Vb b Vc c QR Vb b qm c p t
：物流相变热，kj/kg, D:相变质量流量，kg/s, b-boiling, c-condensation 加热介质：热水、蒸汽（视塔底温度确定） 使得 tm=10-20 0C较为合适。
汽化率初值：乙烯、乙烷物系xe=0.3左右 丙烯、丙烷物系xe=0.25左右
（2)计算显热段管内传热膜系数α
Wt G s0
s0

i
4
2 d i NT
S0:管内流通截面积，m2
di:传热管内径，m NT:传热管数
管内Re和Pr数：
Re
diG
b
Pr
C Pb b
b
b : 管内流体黏度，Pa s
污垢热阻R-- p74,表3-9
2.蒸发段传热系数KE 图3-28：鼓泡流、块状流、环状流（避免雾状流） • 设计思路：xe<25% 控制在第二区：饱和泡核沸腾 两相对流传热
双机理模型：同时考虑两相对流传热机理和饱 和泡核沸腾传热机理。
V tP a nb
av：管内沸腾表面传热系数 α t p:两相对流表面传热系数 α n b:泡核沸腾表面传热系数 a:泡核沸腾压抑因数 P94-95
AP AC H 100 % AC
六、循环流量的校核
（1）计算循环推动力△PD 液体气化后产生密度差产生推动力（p.97~98）
PD [ LCD ( b tp ) l ]g
PD : 循环推动力，Pa LCD：蒸发段高度, m
b：釜液密度, kg / m
3 3
tp：蒸发段两相平均密度 kg / m ,
液相阻力
LCD PL3 L di 2b
2 GL
L 0.01227
0.7543
0 ReL.38
GV xG
Re
蒸发段阻力△P3
d i GV
V
P3
1/4 (PV3

1/4 PL3
)
4
④管内动能变化产生阻力△P4
P4 G M / b
2
M：动量变化引起的阻力系数
l：再沸器上部管板到接 管入塔口间高度, m
P98， 表3-19 蒸发段两相流平均密度以出口气含率的1/3计算。
x xe / 3
X tt [(1 x) / x]0.9 ( V / b ) 0.5 (b / V ) 0.1
RL
X tt
2 ( X tt
21X tt 1)
C pb : 管内流体比定压热容， kJ/(kg K)
：管内流体热导率， /(m K ) W
If Re >104, 0.6<Pr<160, lBC/di>50
i 0.023
i
di
Re
0.8
Pr
0.4
(3)壳程冷凝传热膜系数计算α
g 1 / 3 ao 1.88( ) Re 2 c
计算蒸发段传热系数KE
K
1 d0 d0 d0 1 Ri Rw RO V d i di dm 0
污垢热阻R-- p74,表3-9
3.显热段及蒸发段长度
t p LBC s L t d i N T K L t m p C W s PwL L t
循环推动力：釜 液和换热器传热 管气液混合物的 密度差。 占地面积大，传 热系数中等，维 护、清理方便。 塔釜提供气液分 离空间和缓冲间。
强制循环式：
适于高黏度、
热敏性物料， 固体悬浮液和 长显热段和 低蒸发比的
高阻力系统。
釜式再沸器：
可靠性高， 维护、清理方便。 传热系数小， 壳体容积大，
占地面积大，
Re
Di G
b
③传热管蒸发段阻力△P3 分别计算传热管蒸发段气液两相流动阻力，以一定方 式相加。
汽相阻力
P 3 V
LCD V di 2 V
0.38 ReV
2 GV
V 0.01227
GV xG
0.7543
LCD：蒸发段长度，m
x:该段平均气含率。
Re
d i GV
V
造价高， 易结垢。
内置式再沸器：
结构简单。
传热面积小， 传热效果不理想。
二 立式热虹吸 式再沸器管内 流体的受热分 析
•釜内液位与再沸 器上管板平齐 •管内分两段： •LBC——显热
•LCD——蒸发段
三.设计条件 • 流体 管程—釜液：蒸发量；温度；压力 壳程—加热蒸汽：冷凝量（热衡算）；温度；压力 • 物性参数确定 蒸汽压曲线斜率的确定 四.设计步骤 •估算传热面积，进行再沸器的工艺结构设计 •假设再沸器的出口气含率，核算热流量 •计算釜液循环过程的推动力和流动阻力，核算出 口气含率
4.估算传热面积
QR A K t m
5.工艺结构设计 管规格，管长，管数，壳径，接管尺寸，管子排列 方式。
初选设备 • 管规格：参见p61表3-2 • 管长L：2000、3000、4500、6000mm---可自己定 • 计算管数：
A NT d 0 L