论文部分内容阅读
摘 要：某企业以生产甲醇和二甲醚为主的化工企业，循环水在夏季温度较高时严重制约生产，循环水长期不置换存在结垢等现象，为此本公司计划利用废旧的蒸发式空冷器进行技术改造，增加空冷，同时利用增加换热管使水蒸发吸热，蒸发水回收排入污水处理站处理后排掉，达到降低循环水温度的目的，同时也对循环水进行适当的置换。本文主要针对设计过程中的计算进行详谈。
关键词：空冷器;热量;计算
1.设计过程
本方案针对换热管在蒸发式空冷器中进行换热，循环水进新换热器口40℃，出口直接设计为直接蒸发。增加蒸发降低循环水温度。
利用原冷凝的蒸汽（锅炉低压蒸汽）T1=180℃，T2=50℃（已考虑温降）
冷水（循环水）t1=100℃，t2=40℃
（1）热水热量计算
查资料：锅炉来水为蒸汽180℃，压力0.35MPa;每小时5吨;蒸汽比热容取2.08KJ/kg*℃，汽化热2019.3KJ/Kg，饱和温度在138℃，水比热容取4.18 KJ/kg*℃（忽略部分温度影响）。
Q热=m热[Cp蒸（T1-138）+2019.3+ Cp水（138- T2）]
=5000×[2.08×（180-138）+2019.3+4.18×（138- 50）]
=1.238×107KJ/h. ①
（2）冷水热量计算
循环水可以认为其比热容与水相同4.18×103 J/（Kg*℃）; 循环水控制流量，使其进行循环部分全部变为蒸汽。由于风机抽风，导致压力下降，蒸汽压下降，沸点降低至85℃（一般有稍许下降，80-90之间），蒸发焓△VHm=40.63KJ/mol.
Q冷=m冷CP（t1-t2）+（m冷/Mr ）*△VHm =m冷×4.18×（85-40）+ （m冷/18） ×103×40.63 KJ/h ②
（3）换热器热量计算
Q换=KS△Tm
①K值在不考虑污垢热阻、管道的导热系数的情况下，两边均为水的情况下，总传热系数K一般为1000-1500 W/（m2·℃，在此处取1200W/（m2·℃），
②S=nLπd0（n为根数，L为单段管道长度，d0为外径）
③△Tm采用逆流（此处有混流，但可认为逆流）
△Tm=[（180-100）-（50-40）]/ln[（180-100）/（50-40）]
=33.66℃
Q换=KS△Tm=1200×nL×3.14×0.032×33.66 w ——③
（4）能量守恒
Q热= Q冷= Q换
由①=②得m冷=1.238×107/2446=5061kg/h=5.06吨/h
即：每小时循环水可以靠热源蒸发5.06吨。其它另行考虑。
由②=③得，nL=[1.238×107×1000/3600]/（1200×3.14×0.032×33.66）=845m
即：每根Φ32若采用6米，需要141根进行换热。
（5）配管径选取
G=5000Kg/h=1.389Kg/s
G= 1/4 πDi2vρ
v的取值（Di在100-200之間时，取30-50m/s;di在<100时，取30-40m/s;）
ρ在0.35MPa情况下，取用4Kg/m3
①假设取v=35m/s，带入Di2=1.389×4/（3.14×35×4），得Di=112mm>100mm.
②假设取v=40m/s，带入Di2=1.389×4/（3.14×40×4），得Di=102mm≈100mm.
考虑①②后，直接取管径Φ108的管。
（6）小管进口管选取。
忽略管路损失及冷凝后，
因体积流量不变：
1/4 πDi2=1/4 nπdi2
带入数据0.12=n0.0252
得n=16即可。
进口小管选取16根为进口，折叠9次后（16*9=144）出口。
2.结论
本次技术改造属于尝试性技术改造，首先增加空冷器增加空气量进行冷却，在改进过程中对其进行增加小列管通多余蒸汽进行水蒸发吸热，同时多循环水进行了置换操作，冷凝水、循环水蒸发水经污水处理排入污水处理，比较原来直接排入，Cl_ 下降明显，污水处理容易处理。对于本次技术改造的效果还有待继续观察效果。
参考文献：
[1]黄应文， and 田军. "用循环水技术改造硫酸生产中的直排冷却水." 川化01（2004）：19-21.
[2]刘昭斌， & 张雷. （2011）. 全循环水溶液尿素自汽提一分塔应用总结. 全国化工合成氨设计技术中心站2007年技术交流会.
[3]林抗强. "宁夏PVA项目循环水站防结冰技术改造." 中国给水排水028.018（2012）：84-86.
关键词：空冷器;热量;计算
1.设计过程
本方案针对换热管在蒸发式空冷器中进行换热，循环水进新换热器口40℃，出口直接设计为直接蒸发。增加蒸发降低循环水温度。
利用原冷凝的蒸汽（锅炉低压蒸汽）T1=180℃，T2=50℃（已考虑温降）
冷水（循环水）t1=100℃，t2=40℃
（1）热水热量计算
查资料：锅炉来水为蒸汽180℃，压力0.35MPa;每小时5吨;蒸汽比热容取2.08KJ/kg*℃，汽化热2019.3KJ/Kg，饱和温度在138℃，水比热容取4.18 KJ/kg*℃（忽略部分温度影响）。
Q热=m热[Cp蒸（T1-138）+2019.3+ Cp水（138- T2）]
=5000×[2.08×（180-138）+2019.3+4.18×（138- 50）]
=1.238×107KJ/h. ①
（2）冷水热量计算
循环水可以认为其比热容与水相同4.18×103 J/（Kg*℃）; 循环水控制流量，使其进行循环部分全部变为蒸汽。由于风机抽风，导致压力下降，蒸汽压下降，沸点降低至85℃（一般有稍许下降，80-90之间），蒸发焓△VHm=40.63KJ/mol.
Q冷=m冷CP（t1-t2）+（m冷/Mr ）*△VHm =m冷×4.18×（85-40）+ （m冷/18） ×103×40.63 KJ/h ②
（3）换热器热量计算
Q换=KS△Tm
①K值在不考虑污垢热阻、管道的导热系数的情况下，两边均为水的情况下，总传热系数K一般为1000-1500 W/（m2·℃，在此处取1200W/（m2·℃），
②S=nLπd0（n为根数，L为单段管道长度，d0为外径）
③△Tm采用逆流（此处有混流，但可认为逆流）
△Tm=[（180-100）-（50-40）]/ln[（180-100）/（50-40）]
=33.66℃
Q换=KS△Tm=1200×nL×3.14×0.032×33.66 w ——③
（4）能量守恒
Q热= Q冷= Q换
由①=②得m冷=1.238×107/2446=5061kg/h=5.06吨/h
即：每小时循环水可以靠热源蒸发5.06吨。其它另行考虑。
由②=③得，nL=[1.238×107×1000/3600]/（1200×3.14×0.032×33.66）=845m
即：每根Φ32若采用6米，需要141根进行换热。
（5）配管径选取
G=5000Kg/h=1.389Kg/s
G= 1/4 πDi2vρ
v的取值（Di在100-200之間时，取30-50m/s;di在<100时，取30-40m/s;）
ρ在0.35MPa情况下，取用4Kg/m3
①假设取v=35m/s，带入Di2=1.389×4/（3.14×35×4），得Di=112mm>100mm.
②假设取v=40m/s，带入Di2=1.389×4/（3.14×40×4），得Di=102mm≈100mm.
考虑①②后，直接取管径Φ108的管。
（6）小管进口管选取。
忽略管路损失及冷凝后，
因体积流量不变：
1/4 πDi2=1/4 nπdi2
带入数据0.12=n0.0252
得n=16即可。
进口小管选取16根为进口，折叠9次后（16*9=144）出口。
2.结论
本次技术改造属于尝试性技术改造，首先增加空冷器增加空气量进行冷却，在改进过程中对其进行增加小列管通多余蒸汽进行水蒸发吸热，同时多循环水进行了置换操作，冷凝水、循环水蒸发水经污水处理排入污水处理，比较原来直接排入，Cl_ 下降明显，污水处理容易处理。对于本次技术改造的效果还有待继续观察效果。
参考文献：
[1]黄应文， and 田军. "用循环水技术改造硫酸生产中的直排冷却水." 川化01（2004）：19-21.
[2]刘昭斌， & 张雷. （2011）. 全循环水溶液尿素自汽提一分塔应用总结. 全国化工合成氨设计技术中心站2007年技术交流会.
[3]林抗强. "宁夏PVA项目循环水站防结冰技术改造." 中国给水排水028.018（2012）：84-86.