攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱

及傳熱系數(shù)的計算一、攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱裝置二、高溫?zé)嵩吹倪x擇三、攪拌釜式反應(yīng)器傳熱系數(shù)的計算一、反應(yīng)釜的傳熱裝置

反應(yīng)釜的傳熱裝置主要是夾套和蛇管。1.夾套傳熱夾套一般由鋼板焊接而成，它是套在反應(yīng)器筒體外面能形成密封空間的容器，既簡單又方便。夾套內(nèi)通蒸汽時，其蒸汽壓力一般不超過0.6MPa。當(dāng)反應(yīng)器的直徑大或者加熱蒸汽壓力較高時，夾套必須采取加強措施。幾種加強的夾套傳熱結(jié)構(gòu)

(a)(b)(c)(d)

(a)為一種支撐短管加強的“蜂窩夾套”，可用1MPa的飽和水蒸氣加熱至180℃。(b)為沖壓式蜂窩夾套，可耐更高的壓力。(c)和(d)為角鋼焊在釜的外壁上的結(jié)構(gòu)，耐壓可達(dá)到5～6MPa。2.蛇管當(dāng)工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能滿足要求時，或者是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等傳熱。工業(yè)上常用的蛇管有兩種：水平式蛇管如圖中(a)所示；直立式蛇管如圖中(b)所示。排列緊密的水平式蛇管能同時起到導(dǎo)流筒的作用，排列緊密的直立式蛇管同時可以起到擋板的作用，可改善流體的流動狀況和攪拌的效果。

(a)水平式蛇管(b)直立式蛇管插入式傳熱構(gòu)件(a)垂直管束

(b)指型管

(c)D型管

工業(yè)上常用的幾種插入式傳熱構(gòu)件如圖所示。

(a)為垂直管，(b)為指型管，(c)為D型管。這些插入式結(jié)構(gòu)適用于反應(yīng)物料容易在傳熱壁上結(jié)垢的場合，檢修、除垢都比較方便。內(nèi)部安裝列管傳熱的反應(yīng)釜對于大型反應(yīng)釜，需高速傳熱時，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器。

如，在30m3的反應(yīng)釜內(nèi)，安裝列管式換熱器，總傳熱面積可達(dá)100m23.其它型式傳熱裝置夾套和蛇管等一般在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行換熱?？刹捎酶鞣N型式的換熱器使反應(yīng)物料在反應(yīng)器外進(jìn)行換熱，即將反應(yīng)器內(nèi)的物料移出反應(yīng)器換熱后再循環(huán)回反應(yīng)器。例如，可通過泵將反應(yīng)器內(nèi)的料液抽出，經(jīng)過外部換熱器換熱后再循環(huán)回反應(yīng)器中。另外，當(dāng)反應(yīng)在沸騰溫度下進(jìn)行且反應(yīng)熱效應(yīng)很大時，可以采用回流冷凝法進(jìn)行換熱。

二、高溫?zé)嵩吹倪x擇

二、高溫?zé)嵩吹倪x擇

用一般的低壓飽和水蒸氣加熱時溫度最高只能達(dá)150～160℃，需要更高加熱溫度時則應(yīng)考慮高溫?zé)嵩吹倪x擇問題。在化工廠常用的高溫?zé)嵩从校?.高壓飽和水蒸氣指蒸汽壓力大于0.6MPa(表壓)的飽和水蒸汽。其來源于高壓蒸汽鍋爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽透平。用高壓蒸汽作為熱源需高壓管道輸送蒸汽，其建設(shè)投資費用大，尤其需遠(yuǎn)距離輸送時熱損失也大，很不經(jīng)濟。2.高壓汽水混合物這種加熱裝置的原理如圖所示。由焊在設(shè)備外壁上的高壓蛇管（或內(nèi)部蛇管）1、空氣冷卻器2和高溫加熱爐3等部分構(gòu)成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。管內(nèi)充滿70%的水和30%的蒸汽，形成汽水混合物。這種高溫加熱裝置適用于200～250℃的加熱要求，當(dāng)汽水混合物的溫度為250℃時，管內(nèi)壓力達(dá)20MPa。汽水混合物的給熱系數(shù)可達(dá)37000～420000kJ/（m2·h·K）。加熱爐的燃料可用氣體燃料或液體燃料，爐溫達(dá)800～900℃，爐內(nèi)加熱蛇管用耐溫耐壓合金鋼管。

3.有機載熱體

某些有機物具有常壓沸點高、熔點低、熱穩(wěn)定性好等特點，可作為高溫?zé)嵩?。如?lián)苯混合物（道生油）等是良好的高溫載熱體。聯(lián)苯道生油是含聯(lián)苯26.5%、二苯醚73.5%的低共沸點混合物，熔點12.3℃，沸點258℃。其突出優(yōu)點：能在較低的壓力下得到較高的加熱溫度。在同樣的溫度下，它的飽和蒸汽壓力只有水蒸氣壓力的幾十分之一。當(dāng)加熱溫度在250℃以下時，可采用液體聯(lián)苯混合物加熱，可有三種加熱方案：⑴液體聯(lián)苯混合物自然循環(huán)加熱法。加熱設(shè)備與加熱爐之間保持一定的高位差才能使液體有良好的自然循環(huán)，其給熱系數(shù)約為200～500kcal/(m2·h·K）。水浴鍋油浴鍋管式爐馬弗爐⑵液體聯(lián)苯混合物強制循環(huán)加熱法。采用屏閉泵或者用液下泵使液體強制循環(huán)，其給熱系數(shù)約為500～2000kcal/(m2·h·K）。⑶夾套內(nèi)盛聯(lián)苯混合物，將管狀電熱器插入液體內(nèi)的加熱法。應(yīng)用于傳熱速率要求不太高的場合。當(dāng)加熱溫度超過250℃時，可采用聯(lián)苯混合物的蒸汽加熱。根據(jù)其冷凝液回流方法的不同，可分為自然循環(huán)與強制循環(huán)兩種方案。自然循環(huán)法設(shè)備較簡單，不需使用循環(huán)泵，但要求加熱器與加熱爐之間有一定的位差，以保證冷凝液的自然循環(huán)。當(dāng)受條件限制不能達(dá)到自然循環(huán)要求時或者加熱設(shè)備較多，操作中容易產(chǎn)生互相干擾等情況下，可用強制循環(huán)流程。另一種較為簡易的聯(lián)苯混合物蒸汽加熱裝置，是將蒸汽發(fā)生器直接附設(shè)在加熱設(shè)備上面。用電熱棒加熱液體聯(lián)苯混合物，使它沸騰產(chǎn)生蒸汽。4.電加熱法

優(yōu)點：操作方便、熱效率高、便于實現(xiàn)自控和遙控。常用電加熱方法可分為三種類型：

①電阻加熱法——電流透過電阻產(chǎn)生熱量實現(xiàn)加熱。

a.輻射加熱，此種型式只能適用于不易燃易爆的操作過程。

b.電阻夾布加熱，這樣可以避免電阻絲暴露在大氣中，從而減少引起火災(zāi)的危險性。但必須注意的是電阻夾布不允許被水浸濕，否則將引起漏電和短路的危險事故。

c.插入式加熱法，將管式或棒狀電熱器插入被加熱的介質(zhì)中或夾套浴中實現(xiàn)加熱。這種方法僅適用于小型設(shè)備的加熱。②感應(yīng)電流加熱

利用交流電路所引起的磁通量變化在被加熱體中感應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗變?yōu)闊崮堋８袘?yīng)電流在加熱體中透入的深度與設(shè)備的形狀以及電流的頻率有關(guān)。在化工生產(chǎn)中應(yīng)用較方便的是普通的工業(yè)交流電產(chǎn)生感應(yīng)電流加熱，稱為工頻感應(yīng)電流加熱法，它適用壁厚在5～8以上，圓筒形設(shè)備加熱（高徑比最好在2～4以上），加熱溫度在500℃以下。其優(yōu)點是施工簡便，無明火，在易燃易爆環(huán)境中使用比其它加熱方式安全，升溫快，溫度分布均勻。③短路電流加熱

將低電壓，如36伏的交流電直接通到被加熱的設(shè)備上，利用短路電流產(chǎn)生的熱量進(jìn)行高溫加熱。這種電加熱法適用于加熱細(xì)長的反應(yīng)器。（5）煙道氣加熱法用煤氣、天然氣、石油加工廢氣或燃料油等燃燒時產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庾鳠嵩醇訜嵩O(shè)備，可用于300℃以上的高溫加熱。缺點是熱效率低，給熱系數(shù)小，溫度不易控制。三、攪拌反應(yīng)釜給熱系數(shù)的計算

攪拌釜式反應(yīng)器內(nèi)的液體和夾套或蛇管內(nèi)傳熱介質(zhì)之間的傳熱方式主要是傳導(dǎo)和強制對流。對于夾套傳熱來說，總傳熱系數(shù)取決于反應(yīng)器內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)和反應(yīng)器外壁的對流給熱系數(shù)及反應(yīng)器壁的材質(zhì)。對于蛇管傳熱來說，總傳熱系數(shù)則取決于蛇管內(nèi)壁和外壁的對流給熱系數(shù)及蛇管的材質(zhì)。因此，攪拌液體側(cè)的對流給熱系數(shù)包括反應(yīng)器內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)和蛇管外壁的對流給熱系數(shù)。

表熱交換表面的垢層系數(shù)載熱體流速＜1m/s流速＞1m/s載熱體流速＜1m/s水＜323K(50℃)井水河水硬水蒸餾水軟化水0.00020.0001-0.00060.00060.00010.00020.00020.0002-0.00040.00060.00010.0001煤氣空氣有機蒸汽有機液體純水蒸氣帶油水蒸氣冷卻劑鹽溶液鍋爐燃料機油植物油0.0020.00010.00010.000200.00020.00020.00020.0010.00020.0006水＞323K(50℃)井水河水硬水蒸餾水軟化水0.00040.0006-0.00080.0010.00010.00020.00040.0004-0.00060.0010.00010.0002例題［例1］求氯苯硝化反應(yīng)鍋夾套傳熱系數(shù)