-
立式热虹吸再沸器简介
图
14.
立
式热虹吸再沸器
（
1
）立式热虹吸再沸器是利用热介质在壳侧提供热量将管侧工艺流体加热
沸腾的管壳式换热器，
它是自然循环的单元操作，
动力来自与之相连的精馏塔塔
釜液位产生的静压头和管内流体的密度差。
（
2
）
立式热虹吸再沸器广泛地应用于化
与卧式相比
,
其循环速率高
,
传热膜
系数高。但是
,
工业上应用的立式热虹吸再沸器其加热督要有一定高度才能获得
较高的传热速
率
,
而塔底液面与再沸器上部管板约为等高
,
这样就提高了塔底的
标高
,
使设备安装费增加
,
并且设备的清洗和维修也困难。
（<
/p>
3
）立式热虹吸再沸器的不稳定性
, <
/p>
往往是由于两相流的不稳定流型所致。
在立式热虹吸管内蛇两相流
沸腾流型
,
自下而上相继出现
（
4
）鼓泡流、弹状流、环状流及环雾流等
。弹状流的大汽抱的不断出现与
破裂
,
激发了操作的不稳定性。
（
5
）立式热虹吸再沸器与卧式相比
,
虽有较好的防垢性能
,
但对于粘度大的
物料
,
例如
,
石按化工中一些高分子聚合物
,
也常因结垢堵塞管道
,
而要定期清除
垢物。
严重的情况下
,
运转一年就会将再沸器中绝大部分管子堵死
,
垢物的清除费
力费时
,
十分困难。
（
6
）一般立式热虹吸式的管程走工艺液体，壳程走加热蒸汽。
改善立式热虹吸再沸器的操作性能
,
强化其传热
,
具有十分重要的意义
其特
点有：
结构紧凑
,
占地面积小
,
传热系数高
.
壳程不能机械清洗
,
不适宜高粘度
,
或脏的传热介质
.
塔釜提供气液分离空间和缓冲区
.
3.1.1
立式热虹吸再沸器的选用和设计计算步骤
< br>（
1
）强制循环式
:
适于高粘度
,
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。
（
2
）内置式再沸器
:
结构简单
.
传热面积小
,
传热效果不理想
.
釜内液位与再沸器上管板平齐
3.1.2
设计方法和步骤：
立式热虹吸式再沸
器的流体流动系统式有塔釜内液位高度Ι、
塔釜底部至再
沸器下
部封头的管路Ⅱ、
再沸器的管程Ⅲ及其上部封头至入塔口的管路Ⅳ所构成
的循环系统。
由于立式热虹吸再沸器是依靠单相液体与汽液混合物间的密度差为
推动力形成釜液流动循环，釜液环流量，压力降及热流量相互关联，因此，立式
热虹吸再沸器工艺设计需将传热计算和流体力学计算相互关联采用试差的方法，
< br>并以出口气含率为试差变量进行计算。
假设传热系数，
估
算传热面积。
其基本步
骤是：
1
、初选传热系数，估算传热面积，
2
、依据估算的传热面积，进行再沸器的工艺结构设计；
3
、假设再沸器的出口气含率，进行热流量
核算；
4
、计算釜液循环过程的推动
力和流动阻力，核算出口气含率
。
图
15.
再沸器管程加热方式
釜内液位与再沸器上管齐平管内分为两段：
LBC
显热段
LCD
蒸发段
3.1.3
设计条件及主要物性参数
操作条件
温度℃
压力（绝对）
Mpa
热负荷（
KJ/h
）
壳程（蒸汽）
190-210
1.76
1550000
管程流体
物性
壳程凝液物性（
200
℃）
（
188
℃）
液相
潜热
kJ/kg
热导率
W/(m.k)
1926.5
0.663
307.10
0.0937
5
0.17
气相
0.0101
6
3.05
3
管程（液流）
188
0.18
黏度
mPa.s
0.136
(
气相
)8.800
（液相）
863
4.5
密度
kg/m3
比热容
kJ/(kg.k)
表面张力
N/m
蒸汽压曲线斜率
m
2
K/kg
708.43
2.32
0.0121
Δ
t/
Δ
p=1.59
?
10
-
3.1.4
工艺设计计算
3.1.4.1
估算再沸器面积
（
1
）
再沸器的热
流量
再
沸器的热流量以管程液流蒸发所需的热流量并考
虑热损失进行计算，若可以忽略热损失，
则按下式计算
?
=q
mb
γ
b
式中，
γ
b
为釜液的汽化潜热，
kJ/kg
；
q
mb
釜液的汽化量，
kg/h
。
1.
蒸汽
qmb1=1550000/1926=804
kg/h
2.
液流
qmb2=1550000/307.10=5047.2
kg/h
（
2
）计算传热温差
?
t1
-
?
t2
?
t1
ln
?
t2
?
t
m
=
?
t
m
=[
（
210-188
）
-
（
190-188
）
]/ln[
（
210-188
）
/
（
190-188
）
]=8.34
℃
估算传热面积
假设传热系数
K=605W/
（
m
2
K)
Q=1550000<
/p>
?
1000/3600=430555.5W
估算传热面积
Ap=Q/k
?
t
m
=1550000/605*8.
34=85.3
m
2
3.1.4.2
选取传热管规格、计算传热管根数
选取传热管规格为
?
25mm
?
2mm
，
L=300
0mm
，
在相同的管板面积上可排较
多
的管子，
而且管外表面传热系数较大，
此换热器由于管外流体阻
力较小不易结
垢，因此不要清洗，所以选择三角形。
N
T
=
Ap/
?
dl=85.3/
?
×
0.025×
3=362
根
若将传热管按正三角形排列，则计
算壳径
D
为
D=t
（
b-1
）
+
（
2~3
）
d=32×
（
49-1
）
+3×
25=1600 mm
取管程进口管直径
Di=250
mm
，出口管直径
Do=600 mm
3.1.4.3
传热系数校核
（
1
）显热段传热系数
Kcl
设传热管出口处汽化率
x=0.024
，则计算循环流量
q
mt<
/p>
=5047.2/
（
0.024
×
3600
）
=58.
4 kg/s
显热段管内表面传热系数
Si
?
?
d
i
2
N
T
4
G=
雷诺数
q
m
t
=58.4/(
?
0.021
2
×
362
)=116.4
kg
/(
m
2
?
s
)
S
i<
/p>
?
?
Re
?
du
?
?
=
0
.
021
?
116.2
=14354>10000
0<
/p>
.
17
?
10<
/p>
?
3
普朗特数
Pr=2.32
?
0.17/0.09
375=4.2
计算显热段传热管内表面传热系数
hi
为
hi
?
0.023
Re
0.8
Pr
0.4
=385.8
W
/
?
m
2
?
K
?
d
?
?
?
计算管外冷凝表面传热系数
q
m0
=
?
=155
0000/(
1926.5
?
1000
)=0.8046 kg/s
r
0<
/p>
计算传热管外单位润湿周边上凝液的质量
M
为
M=
q
m
=0.8046/(
?
?
0.025
?
362)=28.3
?
10
?
3
< br>
?
kg
/(
< br>m
?
h
)
?
?
dN
T
计算冷凝液膜的
R
e0
为
R
e0
=4M/
?
= 4
?
28.3
?
10
?
3
/(0.136
?
10
?
3
)=832.3<2100
计算管外冷凝表面传热系数
h
0
为
?
?
2
g
?
3
?
-
1/3
h
0
?
?
1.88
?
?
2
< br>?
?
R
e0
2
?
W
/
m
?
K
?
<
/p>
=7291.2
?
?
?
1/3
?
?
式中，
?
为矫正系数，是多组分冷凝按单组份计算的校正。
污垢热阻及管壁热阻
沸腾侧
Ri=4.299×
10
-4
m
2
k/w
< br>，冷凝侧
R
0
=1.72×
10
-4
m
2
k/w
，管壁热阻
Rw=4.299×
10
-5
m
2
k/w
。
计算显
热段传热系数
K
L
为
< br>
K
CL
?
1
=600
W
/
?
m
2
?
K
?
d
0
R
d
R
d
1
?
i
0
?
w
0
?
R
< br>0
?
h
i
d
i
d
i
d
m
h
0
?
?
（
2
）蒸发段传
热系数
K
CL
计算传热管内釜液的质量流量
G
h
为
G
h
=3600G=3600×
116.4=4.
19×
10
5
kg
/(
m
2
?
s
)
当
x
e
=0.024
时，计算参数
X
tt
为
X
tt
=[
（
1-0.024
）
/0
.024]
0.9
（
3.05/708
）
0.5
（
0
.01016/0.17
）
0.1
=1
.38252
1/X
tt
=0.723
由
G
h
=4.19×
10
5
kg
/(<
/p>
m
2
?
s
)
及
1/X
tt
=0.723
，查图
3-29
得
a
E
=0.9
X=0.4x
e
=0.0096
时
h
nb
< br>=
0
.
225
< br>(
?
b
/
d
i
)[Re
?
1
?
x
?
]
0
.
8
Pr
0
.
4
=40
0
W
/
?
m
2
?
K
?
计算对沸腾因子
?
?
?
?
?
?
F
tp
=3
.5
（
1/X
tt
）
0.5
=3.5×
0.723<
/p>
0.5
=2.98
计算两相对流表面传热系数
h
tp
?
2.98
?<
/p>
390
=1162.2
W
/
m
2
?
< br>K
?
?
?
?
计算沸腾传热膜系数为
h
iE
=1162.2+0.7
?
385.8=1712.26
W
/
?
m
2
?
K
?
计算蒸发段传热膜系数
K
CE
为
K
CE
=
1
=602.8
W
/
?
m
2
?
K
?
d
0
R
d
R
d
1
?
i
< br>0
?
w
0
?
R
0
?
h
i
d
i
d
i
d
m
h
0
?
?
?
?
（
3
）显热段和蒸发段长
度
计算显热段的长度
L
BC
传热管总长
L
的比值为
L
BC<
/p>
/L=
(
?
t<
/p>
/
?
p
)
s
?
?
t
?
?
d
i
N
T
K
L
?
t
m
?
?
?
p
?<
/p>
?
?
c
?
q
?
?
s
pi
b
mt
=1.59<
/p>
?
10
-3
/[
1.59
?
10
-3
< br>+
?
?
0.021
?
362
?
386.2
?
8.34
23
20
?
708.43
?
58.4
]=0.666