再沸器工艺计算(立式热虹吸式再沸器)
立式热虹吸再沸器机械设计说明书(相关知识)
大连理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书学院（系）：化工机械与安全学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：孔闯学号：201242052指导教师：由宏新、代玉强评阅教师：完成日期：2015.10.2大连理工大学Dalian University of Technolog摘要本课程设计主要任务是设计1台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯-丙烷精馏塔的提馏段加热设备。
在大三下学期的时候已经初步完成了再沸器的工艺部分的设计和核算，本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核，包括再沸器各部分的结构说明，筒体壁厚的计算，封头壁厚的计算，管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。
通过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1张和管板零件图1张。
目录摘要 (I)1设计基础 (2)1.1项目背景 (2)1.2设计依据 (2)1.3技术来源及授权 (2)1.4项目简介 (2)2结构工艺说明 (1)2.1管程和壳程物料的选择 (1)2.2换热管 (1)2.3管板 (1)2.3.1 管板结构尺寸 (1)2.3.2 换热管与管板连接 (2)2.3.3 排管及管孔 (3)2.4折流板 (5)2.5接管及连接附件 (6)2.6安全泄放 (7)2.7耳式支座 (8)2.8管箱、管箱法兰与封头 (11)3强度计算 (13)3.1工艺参数计算结果表 (13)3.2计算条件 (14)3.3强度计算 (15)3.3.1 壳程圆筒计算 (15)3.3.2 前端管箱筒体计算 (16)3.3.3 前端管箱封头计算 (18)3.3.4 后端管箱筒体计算 (19)3.3.5 后端管箱封头计算 (20)3.3.6 开孔补强设计计算 (21)3.3.7 兼作法兰固定式管板计算 (24)3.3.8 管箱法兰计算 (34)4结论 (36)附录A 过程工艺与设备课程设计任务书 (38)1设计基础1.1项目背景本项目来源于大连理工大学过程装备与控制工程专业大四年级过程工艺与设备课程设计题目；设计者为过程装备与控制工程专业在校大四学生，与项目发布者为师生关系；本项目设计装置为立式热虹吸式再沸器。
立式热虹吸再沸器工艺设计教学文案
立式热虹吸再沸器工艺设计立式虹吸再沸器工艺设计设计一台立式热虹吸再沸器，以前塔顶蒸汽冷凝为热源，加热塔底釜液使其沸腾。
前塔顶蒸汽组成：乙醇0.12，水0.88，均为摩尔分数，釜液可视为纯水。
具体条件及物性如下前言能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。
我国资源总量较为丰富，但人均占有资源相对不足，能源和其它重要矿产资源的人均占有量仅为世界平均水平的一半。
化学工业在整个国民经济体系中占有相当重要的地位，其发展速度和水平直接制约着其它许多部门的发展;同时，化学工业又是能源消耗较多的部门，化学工业消耗的各种能源约占全国能源产量的9%，占全国工业耗能的23%。
目前，日趋严峻的资源、环境和安全约束以及市场竞争的压力，要求化学工业必须利用当今先进的技术，改善生产和管理，以实现更高效、低耗、清洁和安全的生产。
在石化企业中，再沸器是精馏塔的重要辅助设备之一，它提供了精馏过程所需的热量，其节能潜力非常大。
再沸器设计的好坏，操作正常与否，直接影响着精馏塔的分离效果。
为了有效的利用能源，对再沸器正确的选择和设计就显得十分重要。
流态化是一门旨在强化颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。
近年来，由于生产实际需求的推动，流态化技术得到新的发展，取得的成果越来越多，其优点越来越为人们所认识，并且己经成为引人注目的前沿研究领域。
另外，在化工过程设计中，要应用到大量的基础物性数据。
开发一个数据库，包含这些基本的物性数据或者计算方法，在这些化工过程的设计中，就可以直接从数据库中查取有关的数据，省去烦琐的物性查取和计算的过程，简化设计，因此也是一项十分有意义的工作。
2立式热虹吸再沸器简介：热虹吸再沸器在化学工业中有非常广泛的应用，它具有非常高的传热系数，并且不需要泵来推动工艺流体的循环，从而使得设备费降低。
但是因为在热虹吸再沸器中流体流动和传热之间紧密相关，其设计过程十分复杂，要考虑到许多相关的因素，一般首先要根据工艺要求，同时考虑一些细节因素，选择再沸器的类型此基础上选择压力平衡计算式和传热计算式，进行工艺设计。
立式热虹吸再沸器工艺设计
立式虹吸再沸器工艺设计设计一台立式热虹吸再沸器，以前塔顶蒸汽冷凝为热源,加热塔底釜液使其沸腾。
前塔顶蒸汽组成：乙醇0。
12，水0。
88，均为摩尔分数，釜液可视为纯水。
具体条件及物性如下前言能源是国民经济和社会发展的重要物质基础.我国资源总量较为丰富，但人均占有资源相对不足，能源和其它重要矿产资源的人均占有量仅为世界平均水平的一半.化学工业在整个国民经济体系中占有相当重要的地位，其发展速度和水平直接制约着其它许多部门的发展;同时，化学工业又是能源消耗较多的部门，化学工业消耗的各种能源约占全国能源产量的9％，占全国工业耗能的23%。
目前，日趋严峻的资源、环境和安全约束以及市场竞争的压力，要求化学工业必须利用当今先进的技术，改善生产和管理，以实现更高效、低耗、清洁和安全的生产。
在石化企业中，再沸器是精馏塔的重要辅助设备之一，它提供了精馏过程所需的热量，其节能潜力非常大。
再沸器设计的好坏，操作正常与否，直接影响着精馏塔的分离效果。
为了有效的利用能源,对再沸器正确的选择和设计就显得十分重要。
流态化是一门旨在强化颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。
近年来，由于生产实际需求的推动，流态化技术得到新的发展，取得的成果越来越多，其优点越来越为人们所认识,并且己经成为引人注目的前沿研究领域。
另外，在化工过程设计中，要应用到大量的基础物性数据。
开发一个数据库，包含这些基本的物性数据或者计算方法，在这些化工过程的设计中，就可以直接从数据库中查取有关的数据，省去烦琐的物性查取和计算的过程，简化设计，因此也是一项十分有意义的工作。
2立式热虹吸再沸器简介:热虹吸再沸器在化学工业中有非常广泛的应用，它具有非常高的传热系数，并且不需要泵来推动工艺流体的循环，从而使得设备费降低。
但是因为在热虹吸再沸器中流体流动和传热之间紧密相关，其设计过程十分复杂，要考虑到许多相关的因素，一般首先要根据工艺要求，同时考虑一些细节因素，选择再沸器的类型此基础上选择压力平衡计算式和传热计算式，进行工艺设计。
再沸器工艺的设计共43页文档
4.计算平均传热系数KC
KCKLLBC LKELCD
5.面积裕度核算— 30%，若不合适要进行调整
AC
QR KC tm
HAPAC10% 0 A
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为推动力（p.97-98）
P D [L C(D btp ) ltp]g
P : 循 环 推 动 力 ， Pa D
核沸腾传热机理。
VtPanb
αv ：管内沸腾表面传热系数 αt p: 两相对流表面传热系数 P94-95 αn b: 泡核沸腾表面传热系数
a: 泡核沸腾压抑因数
3.显热段及蒸发段长度
LBC
t p
s
L
t p
s
di NT KLtm CPwLLWt
t p
：沸腾物系蒸汽压斜曲率线 s
根据饱和蒸汽压和温度关系计算
管内Re和Pr数：
Re d iG
b
Pr
CPbb b
b :管内流体粘度 Pa， s
Cpb :管内流体比定压热 kJ容 /(k， gK)
：管内流体热导W率/(， m K)
Re >104, 0.6<Pr<160, LBC/di>50
i
0.023i
di
Re0.8Prn
(3)壳程冷凝传热膜系数计算αO
ao 1.88Re1/3
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 t t[1 ( x ) /x ] 0 .9 (V /b ) 0 .5 (b /V ) 0 .1
RL
Xtt
(Xt2t 21Xtt
1)0.5
tpV(1R L)bR L
化工原理 再沸器计算(最终)
再沸器的选用壳程水蒸气冷凝温度潜热r c 黏度μc立式热虹吸式再沸器100℃2319.2kJ/kg0.283mPa*s 53℃310kJ/kgb管程釜液温度潜热r b 液相黏度μ汽相黏度μ液相比定压热容C pbv0.07mPa*s 3.44kJ/(kg*K)0.0088mPa*s 0.000226m 2*K/kg47℃2075530.94W38mm102.7532084614.5026232250mm 350mm0.24473.6216072kg/(m 2*s)110800蒸汽压曲线斜率(△t/△p)s 估算设备尺寸传热温差△t m 再沸器热流量Q 传热管规格(外径d 0)传热管数N T 壳径Ds进口管直径Di 出口管直径D 0传热系数校核显热段传热系数K L12传热管出口处汽化率x e 传热管内质量流速G显热段传热管内表面传热系数αi 蒸汽冷凝的质量流量Dc 0.894934003kg/s 冷凝液膜的Re 0963.2486704<2100管外冷凝表面传热系数α34蒸发段传热系数K E1污垢热阻及管壁热阻显热段传热系数 K L 传热管内釜液质量流速G h x e =0.24时 1/X tt x=0.4x e =0.096时 1/X tt沸腾侧Ri 0.000176821.310141W/(m 2*K)1.705037786kg/(m 2*h)1.096681074查图 3-29α0.411258594查图 3-29α0.21614.075571W/(m 2*K)2.2445306375097.37523E '234泡核沸腾压抑因数α泡核表面传热系数αnb以液体单独存在为基准的对流表面传热系数αi 对流沸腾因子F tp沸腾表面传热系数αv512传热面积裕度123循环系统的推动力1234循环阻力1沸腾传热系数KE1068.849683显热段LBC 和蒸发段LCD的长度显热段的长度LBC与传热管总长L的比值LBC/L显热段的长度LBC传热系数Kc实际需要传热面积Ac传热面积裕度H0.144578199m1060.89661241.625387680.419647001>30%循环流量校核x=xe/3=0.08时 Xttx=xe=0.24时 Xtt查表3-19根据焊接需要取l循环系统的推动力△pD2.9107545970.9118421241.0210199.61819Pa853.579805429.298644221458.633481473.62160720.01935044222.541743G=75.77945715v釜液在管程进口管内的质量流速G进口管长度与局部阻力当量长度Li管程进口管阻力△p1釜液在传热管内的质量流速G进口管内流体流动的摩擦系数λ传热管显热段阻力△p223汽相流动阻力△pV3的计算汽相在传热管内的质量流速Gv传热管内汽相流动的摩擦系数λ传热管内汽相流动阻力△pv3液相流动阻力△pL3的计算液相在传热管内的质量流速GL传热管内液相流动的摩擦系数λ传热管内液相流动阻力△pL3L0.018730423243.9942325397.842150.015710333389.01644034963.0115092.9442210651518.253088 45传热管内两相流动阻力△p3蒸发段管内因动量变化引起的阻力系数M蒸发段程管内因动量变化引起的阻力△p4汽相流动阻力△pV5的计算管程出口管中汽液相总质量流速G435.4999007管程出口管的长度与局部阻力的当量长度之和l'管程出口管中汽相质量流动雷诺数Rev4157044.507管程出口管汽相流动阻力△pV556.66054278液相流动阻力△p L5的计算管程出口管中液相质量流速G L 管程出口管液相流动摩擦系数λ管程出口液相流动阻力△p L5管程出口管中两相流动阻力△p 5系统阻力△p f9894.044432Pa1.0308846161.01---1.05循环推动力与循环阻力的比值△p D /△p fL 330.97992450.01553897228.01315621931.604611热导率λc0.683W/(m*K)P密度ρc958.4kg/m3液相热导率λb0.1387W/(m*K)液相密度ρ3b435kg/m表面张力σb0.0045N/m汽相密度ρv30kg/m3蒸发质量流量Db10.056kg/s传热系数K800传热面积Ap55.20029096m2厚度δ3mm长度L 4.5m 管心距t47.5mm b11.5368973L/Ds=5 (4-6) 5.625循环流量Wt41.9kg/s雷诺数Re216512.7347普朗特数Pr 1.7361212306.073174W/(m2*K)传热管外单位润湿周边上凝液质量流量M0.068151/(m*s) 6276.025772W/(m2*K)m2*K/W冷凝侧R00.00028m2*K/W管壁热阻RW00.9118421240.4 2.4315601282127.19757W/(m2*K)两相对流表面传热系数αtp4774.560116W/(m2*K)18200000.00005m2*K/W0.032128489蒸发段LCD长度 4.355421801两相流的液相分率RL0.346424302两相流的液相分率RL0.199074417kg/(m2*s)雷诺数Rei3048499.305m摩擦系数λi0.01486174Pakg/(m2*s)雷诺数Rei216512.7347Pa473.6216072kg/(m2*s)kg/(m2*s)雷诺数Rev275561.6624Pakg/(m2*s)雷诺数ReL1446698.727PaPakg/(m2*s)管程出口管中汽相质量流速Gv40.78699237m管程出口管汽相流动摩擦系数λv Pa 两相流平均密度ρtp两相流平均密度ρtp104.519976kg/(m2*s)0.01457359170.3018110.6251kg/(m2*s)PaPa 管程出口管中液相质量流动雷诺数ReL1654899.62。
化工原理 再沸器计算(最终)
再沸器的选用 壳程 水蒸气立式热虹吸式再沸器100 冷凝温度潜热r℃ 2319.2 kJ /kgc黏度 μ0.283 mPa*s c管程 釜液温度 潜热r53℃310 kJ /kg b液相黏度 μ 0.07 mPa*s b液相比定压热容C 3.44 kJ /(kg*K) 0.0088 mPa*s0.000226 m 2*K/kgpb汽相黏度μvs估算设备尺寸传热温差△t 47℃m 再沸器热流量Q 2075530.94 W38 m m传热管规格(外径d ) 0110800T显热段传热系数K 传热管出口处汽化率x 0.24L e1 传热管内质量流速G473.6216072 kg/(m 2*s)显热段传热管内表面传热系数 α i2蒸汽冷凝的质量流量Dc 0.894934003 kg/s 963.2486704 <2100 冷凝液膜的Re 0 管外冷凝表面传热系数 α3 污垢热阻及管壁热阻 沸腾侧Ri 0.0001764蒸发段传热系数K1显热段传热系数 K 821.310141 W/(m 2*K)LE传热管内釜液质量流速G 1.705037786 kg/(m 2*h) 1.096681074 查图 3-29α h1/XeE x=0.4x =0.096时 1/X 0.411258594 查图 3-29α ' 0.2e t t 2 泡核沸腾压抑因数α 泡核表面传热系数α1614.075571 W /(m 2*K) nb3 4以液体单独存在为基准的对流表面传热系数α i 对流沸腾因子F 2.244530637 5097.37523tp沸腾表面传热系数α v5 沸腾传热系数K 1068.849683E显热段L 和蒸发段L 的长度 B C C D1 2显热段的长度L 与传热管总长L 的比值L /L B C B C 显热段的长度L0.144578199 m BC 传热面积裕度1 2 3传热系数Kc实际需要传热面积Ac 传热面积裕度H1060.896612 41.625387680.419647001 >30%循环流量校核循环系统的推动力12.910754597e2 0.9118421241.02 e3 查表3-19根据焊接需要取l4循环系统的推动力△p 10199.61819 Pa D 循环阻力1釜液在管程进口管内的质量流速G 进口管长度与局部阻力当量长度Li 853.579805429.29864422 1458.633481 管程进口管阻力△p 1 23釜液在传热管内的质量流速G 进口管内流体流动的摩擦系数λ 473.6216072 0.019350442 22.541743传热管显热段阻力△p 2汽相流动阻力△p 的计算 G =75.779457150.018730423 243.9942325 V3 汽相在传热管内的质量流速G v 传热管内汽相流动的摩擦系数λ v传热管内汽相流动阻力△p v3 液相流动阻力△p 的计算 L3 液相在传热管内的质量流速G 397.84215 0.015710333 389.01644034963.011509 L 传热管内液相流动的摩擦系数λ L传热管内液相流动阻力△p L3传热管内两相流动阻力△p 34 5蒸发段管内因动量变化引起的阻力系数M 2.944221065 蒸发段程管内因动量变化引起的阻力△p 1518.253088 4 汽相流动阻力△p 的计算 V5管程出口管中汽液相总质量流速G435.4999007 管程出口管的长度与局部阻力的当量长度之和l '管程出口管中汽相质量流动雷诺数Re4157044.507 56.66054278v管程出口管汽相流动阻力△p V5液相流动阻力△p 的计算L5管程出口管中液相质量流速G 330.9799245 0.01553897 228.01315621931.604611L管程出口管液相流动摩擦系数λL管程出口液相流动阻力△pL5管程出口管中两相流动阻力△p5系统阻力△p9894.044432 Paf循环推动力与循环阻力的比值△p /△p 1.030884616 1.01---1.05Df热导率λ 0.683 W/(m*K) 958.4 kg/m 3 P 1820000c密度ρc液相热导率λ 0.1387 W/(m*K)435 kg/m 3 b液相密度ρ b 表面张力σ 0.0045 N/m30 kg/m 3 b 汽相密度ρv蒸发质量流量D 10.056 kg/sb 传热系数K 800传热面积A 55.20029096 m 2p 厚度δ 3 m m 47.5 m m 5.625长度L 4.5 m11.5368973管心距tbL/Ds=5 (4-6)循环流量Wt 雷诺数Re41.9 kg/s216512.7347 普朗特数Pr 1.7361212306.073174 W /(m 2*K)传热管外单位润湿周边上凝液质量流量M 0.06815 1/(m*s)6276.025772 W /(m 2*K) m 2*K/W冷凝侧R 0.00028 m 2*K/W 管壁热阻R 0.00005 m 2*K/WW0 0.911842124 0.4 2.4315601282127.19757 W/(m 2*K) 两相对流表面传热系数α tp4774.560116 W /(m 2*K)0.032128489蒸发段L 长度 4.355421801C D两相流的液相分率R0.346424302 0.199074417两相流平均密度ρ 两相流平均密度ρ170.3018 110.6251Ltp tp两相流的液相分率RLkg/(m 2*s) 雷诺数Re3048499.305 im 摩擦系数λ i 0.01486174 Pa kg/(m 2*s) 雷诺数Re216512.7347275561.6624iPa473.6216072 kg/(m *s)2 kg/(m 2*s) 雷诺数RevPa kg/(m 2*s) Pa雷诺数Re1446698.727LPa管程出口管中汽相质量流速Gv 104.519976 0.01457359kg/(m 2*s)kg/(m 2*s) 40.78699237 m管程出口管汽相流动摩擦系数λ vPakg/(m2*s)管程出口管中液相质量流动雷诺数Re1654899.62LPaPa。
立式热虹吸式再沸器工艺计算
壳程水蒸气冷凝温度100℃潜热r c2258.4kJ/kg热导率λc 黏度 μc0.2838mPa*s 密度ρc管程釜液温度54.3℃ 1.8459MP潜热r b328.667kJ/kg 液相热导率λb 液相黏度 μb0.07mPa*s 液相密度ρb 液相比定压热容C pb 3.09kJ/(kg*K)表面张力σb 汽相黏度μv0.0088mPa*s 汽相密度ρv 蒸汽压曲线斜率(△t/△p)s0.00025m 2*K/kg 蒸发质量流量D b传热温差△t m 45.7℃传热系数K 再沸器热流量Q 1989980.085W传热面积A p 传热管规格(外径d 0)25mm厚度δ传热管数N T284.3204153280管心距t 壳径Ds623.3744933630 4.812516445进口管直径Di 250mm 出口管直径D 0350mm传热管出口处汽化率x e0.19小于0.25循环流量Wt 1传热管内质量流速G356.7640772kg/(m 2*s)雷诺数Re2蒸汽冷凝的质量流量Dc 0.881145982kg/s 冷凝液膜的Re 0564.7387132<21005613.3953533污垢热阻及管壁热阻沸腾侧Ri0.000511771m 2*K/W4显热段传热系数 K L 519.8673124W/(m 2*K)1传热管内釜液质量流速G h 1284350.678kg/(m 2*h)x e =0.19时 1/X tt 0.667218895查图 3-29αE 0.1x=0.4x e =0.076时 1/X tt0.259808928查图 3-29α'0.82泡核沸腾压抑因数α0.45泡核表面传热系数αnb 660735.0674W/(m 2*K)31348.2330134对流沸腾因子F tp1.784000945沸腾表面传热系数αv299736.0293两相对流表面传热系tp再沸器的选用立式热虹吸式再沸器传热管外单位润湿周以液体单独存在为基准的对流表面传热系数αi估算设备尺寸传热系数校核显热段传热系数K L 显热段传热管内表面传热系数 αi管外冷凝表面传热系数 α0蒸发段传热系数K E5沸腾传热系数K E 971.91887410.024*******显热段的长度L BC 0.07452694m 蒸发段L CD 长度1传热系数Kc960.68886742实际需要传热面积Ac 45.326248143传热面积裕度H0.477982873>30%适合1x=x e /3=0.0633时 Xtt 4.5935718812x=x e =0.19时 Xtt 1.4987585153查表3-19根据焊接需要取l0.94循环系统的推动力△p D5110.109299Pa1649.1859876kg/(m 2*s)29.29864422m 864.7343777Pa 2362.2689663kg/(m 2*s)0.021********.23482826Pa3G=362.268966345.8874024kg/(m 2*s)0.021********.54117975Pa 316.3815639kg/(m 2*s)0.016757205283.6179721Pa 2403.5475544 2.023*********.8761299Pa5331.2173406kg/(m 2*s)40.786992372502949.22221.13315176Pa 268.2860459kg/(m 2*s)液相流动阻力△p L5的计算管程出口管中液相质量流速G L管程出口管中汽相质量流动雷诺数Re v 管程出口管汽相流动阻力△p V5汽相流动阻力△p V5的计算管程出口管中汽液相总质量流速G 管程出口管的长度与局部阻力的当量长度之和l'液相流动阻力△p L3的计算液相在传热管内的质量流速G L 蒸发段程管内因动量变化引起的阻力△p 4传热管内液相流动的摩擦系数λL 传热管内液相流动阻力△p L3传热管内两相流动阻力△p 3蒸发段管内因动量变化引起的阻力系数M进口管内流体流动的摩擦系数λ传热管显热段阻力△p 2汽相流动阻力△p V3的计算汽相在传热管内的质量流速G v 传热管内汽相流动的摩擦系数λv 传热管内汽相流动阻力△p v3两相流的液相分率R L循环阻力釜液在管程进口管内的质量流速G 进口管长度与局部阻力当量长度Li 传热面积裕度循环流量校核显热段L BC 和蒸发段L CD 的长度显热段的长度L BC 与传热管总长L 的比值L BC /L 釜液在传热管内的质量流速G 循环系统的推动两相流的液相分率R L 管程进口管阻力△p 10.01581053153.299223Pa 1028.313912Pa4922.706802Pa 1.0380689940.036672894系统阻力△p f 循环推动力与循环阻力的比值△p D /△p f 管程出口管液相流动摩擦系数λL 管程出口液相流动阻力△p L5管程出口管中两相流动阻力△p 50.683W/(m*K)958.4kg/m30.08W/(m*K)432.54kg/m30.0025N/m47.19kg/m36.0547kg/s65066.99141844m22.5mm长度L3m31.25mm b18.5479838合理31.86684211kg/s101932.5935普朗特数Pr 2.703751390.672605W/(m2*K)0.0400681/(m*s)W/(m2*K)冷凝侧R00.00015m2*K/W管壁热阻R W 5.11771E-05m2*K/WW/(m2*K)2405.24897W/(m2*K )传热系数αtp润湿周边上凝液质量流量M2.925473060.421862181209.75460.25435514145.2058雷诺数Re i 2318521.384摩擦系数λi 0.015145834雷诺数Re i103505.4189kg/(m 2*s)雷诺数Re v104289.5509雷诺数Re L719049.008962.9312947kg/(m 2*s)m0.015063391341430.23管程出口管中液相质量流动雷诺数Re L管程出口管汽相流动摩擦系数λv 管程出口管中汽相质量流速Gv 两相流平均密度ρtp 分率R L两相流平均密度ρtp分率R L。
立式热虹吸再沸器设计
294立式热虹吸再沸器的设计是否合理，直接关系到其“入口压力”，“出口降压”，和“气化率”等相关的指标。
因而，合理地设计立式热虹吸再沸器能够有效地提高其工作效率，同时也能有效地使其故障率降低。
1 工作原理要合理地设计立式热虹吸再沸器，首先要做到的就是了解其工作原理。
而立式热虹吸再沸器的工作原理主要有两个方面：1.1 循环立式热虹吸再沸器的第一个工作原理是循环。
首先液体从塔釜内流出，经过连接的管线进入再沸器内；然后液体将暂时被保存在静压头内；这时将液体加热，使其饱和程度达到能够气化的标准。
而这个标准的判断依据是流体的饱和压力要大于入口处的压力。
而为了清晰地呈现加热的进程，在再沸器底部装载的换热管都有明显的显热加热段。
然后就是液体被逐渐加热，逐渐沸腾、蒸发。
这是就完成了液体的气化。
而随着气化的完成，呈现出气化状态的液体会和尚未变化成气态的液体实现互相流动，而这就是所谓的蒸发阶段。
最后被气化的液体流出管道，又返回了塔釜之内。
这就完成了整个循环过程。
简化来说就是：塔釜内流出、加热气化、蒸发、回流。
1.2 传热与流动立式热虹吸再沸器的第二个工作原理就是传热与流动，而传热与流动分为五个阶段，具体分析如下：第一个阶段：液体流动传热阶段。
在这个阶段中，液体被存储在静压头中，而当液体存续在静压头中时，其操作压力将大于饱和压力。
而在这种情况下，就必须对液体进行加热处理。
第二个阶段：气泡流动传热阶段。
在这个阶段中，液体被高温加热逐渐产生了气泡。
随着气泡在液体内的分散与流动，其沸腾与破裂将实现热量的传递。
第三个阶段：塞状流动传热阶段。
在这个阶段中，液体的温度进一步升高，从而开始产生气化现象。
而随着气化现象的不断增加，气体与液体之间就实现了交互的上升与下降。
这个阶段的传热方式，除了沸腾传热外，还增加了气体与液体的对流传热。
第四个阶段：环状流动传热阶段。
在这个阶段中，随着气体的逐渐增多，气体的“剪应力”也逐渐的增加。
而当“剪应力”达到一定程度的时候，气体就会带动液体一起沿着换热器的管壁做向上的运动。
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雷诺数Rei 43198.4432
进口管内流体流动的摩擦系数λ
0.025333701
传热管显热段阻力△p2
6.121670556 Pa
3
汽相流动阻力△pV3的计算
G= 153.1581168 kg/(m2*s)
汽相在传热管内的质量流速Gv
20.42108224 kg/(m2*s)
雷诺数Rev 70197.4702
再沸器的选用
立式热虹吸式再沸器
壳程 水蒸气
冷凝温度 潜热rc 黏度 μc
50 ℃ 2334 kJ/kg 0.406 mPa*s
热导率λc 密度ρc
0.668 W/(m*K) 977.8 kg/m3
管程 釜液
温度 潜热rb 液相黏度 μb 液相比定压热容Cpb 汽相黏度μv 蒸汽压曲线斜率(△t/△p)s
循环阻力 1
釜液在管程进口管内的质量流速G
781.7930653 kg/(m2*s)
雷诺数Rei
1002298.8
进口管长度与局部阻力当量长度Li
17.81471964 m
摩擦系数λi 0.01622517
管程进口管阻力△p1
2
釜液在传热管内的质量流速G
1454.037478 Pa 153.1581168 kg/(m2*s)
7651.129029 W/(m2*K)
污垢热阻及管壁热阻 沸腾侧Ri
0.000511771 m2*K/W
冷凝侧R0
0.00015 m2*K/W
显热段传热系数 KL
458.5155748 W/(m2*K)
管壁热阻RW 5.1177E-05 m2*K/W
传热管内釜液质量流速Gh
xe=0.21时
1/Xtt
43.5 ℃ 766756.0104 W
38 mm 105.4645331
622.6496644 150 mm 250 mm
传热系数K 传热面积Ap 厚度δ 105 管心距t 700 L/Ds=5 (4-6)
0.09 W/(m*K) 405 kg/m3 0.003 N/m 34 kg/m3 2.763 kg/s
2
显热段的长度LBC
0.275353269 m
0.137676635 蒸发段LCD长度 1.724646731
传热面积裕度
1
传热系数Kc
2
实际需要传热面积Ac
3
传热面积裕度H
循环流量校核
993.5730388 17.74059305 0.419390055 >30%
循环系统的推动力
1 x=xe/3=0.033时 Xtt
管程出口管中液相质量流速GL
225.1564028 kg/(m2*s) 管程出口管中液相质量流动雷诺数ReL
管程出口管液相流动摩擦系数λL
0.017497493
管程出口液相流动阻力△pL5
128.3414493 Pa
管程出口管中两相流动阻力△p5
1007.22165 Pa
系统阻力△pf
2809.410222 Pa
传热管内汽相流动的摩擦系数λv
0.023132804
传热管内汽相流动阻力△pv3
7.414179358 Pa
液相流动阻力△pL3的计算
液相在传热管内的质量流速GL
132.7370346 kg/(m2*s)
雷诺数ReL 456283.556
传热管内液相流动的摩擦系数λL
0.017603777
传热管内液相流动阻力△pL3
循环推动力与循环阻力的比值△pD/△pf
1.04223632 0.040524706
0.015693 481103.4
显热段传热管内表面传热系数 αi
916.6957487 W/(m2*K)
2
3 4 蒸发段传热系数KE 1
蒸汽冷凝的质量流量Dc 0.328515857 kg/s
传热管外单位润湿周边上凝液质量流量M 0.026093
冷凝液膜的Re0
257.0694087 <21001/(m*s)源自管外冷凝表面传热系数 α0
3.71361897 两相流的液相分率RL
2 x=xe=0.1时 3
Xtt
1.187078639 查表3-19根据焊接需要取
两相流的液相分率RL
l
0.8
0.385546942 两相流平均密度ρtp 0.22703753 两相流平均密度ρtp
177.0379 118.2309
4
循环系统的推动力△pD
2928.069371 Pa
管程出口管中汽相质量流速Gv
56.2891007 kg/(m2*s)
管程出口管的长度与局部阻力的当量长度之和l'
29.29864422 m
管程出口管中汽相质量流动雷诺数Rev 1465861.997 管程出口管汽相流动摩擦系数λv
管程出口管汽相流动阻力△pV5
26.44548286 Pa
液相流动阻力△pL5的计算
700 25.18082136 m2
2.5 mm 49.4 mm
长度L/m b
显热段传热系数KL
传热管出口处汽化率xe
0.2
循环流量Wt 13.81542361 kg/s
2 11.29655
1
传热管内质量流速G
153.1581168 kg/(m2*s) 雷诺数Re
43198.4432 普朗特数Pr 4.4694
20.01203611 Pa
传蒸热发管段内 管两内相因流动动量阻变力化△引起p3 的阻力系数 200.9757632
4
M
2.435338586
蒸发段程管内因动量变化引起的阻力△p4 141.0536608 Pa
5
汽相流动阻力△pV5的计算
管程出口汽液相总质量流速G
281.4455035 kg/(m2*s)
545.7086452 W/(m2*K)
W/(m2*K
4
对流沸腾因子Ftp
1.985442356
两相对流表面传热系数αtp 1083.47306 )
沸腾表面传热系数αv
577980.6647
5
沸腾传热系数KE
1078.999126
显热段LBC和蒸发段LCD的长度
1
显热段的长度LBC与传热管总长L的比值LBC/L
估算设备尺寸
传热温差△tm 再沸器热流量Q 传热管规格(外径d0) 传热管数NT 壳径Ds 进口管直径Di 出口管直径D0
传热系数校核
6.5 ℃ 277.5 kJ/kg 0.117 mPa*s 3.438 kJ/(kg*K) 0.0096 mPa*s 0.00181 m2*K/kg
液相热导率λb 液相密度ρb 表面张力σb 汽蒸相发密质度量ρ流v量 Db
x=0.84xe=0.4时 1/Xtt
551369.2205 kg/(m2*h) 0.771867221 查图 3-29αE 0.321794396 查图 3-29α'
0.28 0.9
2
泡核沸腾压抑因数α
0.59
泡核表面传热系数αnb
977791.8503 W/(m2*K)
3
以液体单独存在为基准的对流表面传热系数αi