卧式搅拌釜传热蛇管设计过滤系统

卧式搅拌釜传热蛇管设计

卧式搅拌釜传热蛇管设计 2011年12月09日 来源： 　　分类号　TQ 051.702Design of the heat transfer coil pipe in an agitated horizontal autoclaveAssociate Professor 　Jin Tao(Yunnan Polytechnical University，Kunming 650051)Professor　Tong Shuiguang(Zhejiang University, Hangzhou 310027)Engineer　Kong Longzhi　　Abstract　A design method is developed about the heat exchange coil pipe used in an agitated horizontal autoclave being separated to three rooms, every room is considered as an agitated vertical autoclave. Based on reactor temperature, heat-transfer coefficient K and heat-transfer area of every room are calculated.　　Key words:agitated autoclave, heat transfer, design符号说明Q --传热量，Jλ--蛇管壁材料的导热系数，W/(m.K)Δtm--对数平均温差，Kdi,do,dm--分别为蛇管的内径、外径和对数平均直径，mK--总传热系数，W/(m2.K)Dc--蛇管圈中心圆直径，mτ--传热时间，sRe--雷诺数M--加热物料流量， kg/s　　Re=dj2nρCp--物料的比热容，J/(kg.K)Pr--普朗特数Δt--物料进出口温差，K μ--物料粘度，Pa.sαT--对流辐射联合传热系数，W/(m2.K)μw--釜壁温度下的物料粘度，Pa.st --环境温度，Kρ--物料密度，kg/m3tw --釜外壁温度，Kn --搅拌器转速，r/minAw --釜外壁面积，m2dj--搅拌器直径，mα1，α2--分别为釜内物料和蛇管内载体的对流传W--冷凝水量，kg/s　　　　　热系数，W/(m2.K)l--浸没物料中的蛇管长，mR1 , R2--分别为蛇管外和蛇管内的污垢层热阻系T--蒸汽温度，K　　　　 数，m2.K/Wmi--每隔室料液的质量，kgb--蛇管壁厚度，mti、tc--料液进出口温度，K　　湿法冶金生产中常常使用机械搅拌釜，由于多数反应均是在一定温度下进行的，物料在釜内要经历加热、混合及反应等操作，过程涉及到热量交换，因此搅拌釜的设计就必须考虑换热装置。而传热效果的好坏，对物料混合的快慢、均匀程度、反应时间长短和结果都有直接影响。　　反应釜的传热采取在容器外部或内部设置换热装置的方式，用得最普遍的是用夹套和内部设置蛇管的形式。与夹套传热相比，蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好，传热系数一般要高30%。而且蛇管还能起到导流筒和挡板的作用，可改变液体的流动状态，减小旋涡，强化搅拌效果。　　蛇管设计的一般过程为根据设计参数确定蛇管的传热面积，再根据蛇管的结构及安装形式选定管长。在确定总的传热量和给出传热时间的条件下，传热面积的大小取决于传热效果的好坏，即传热系数K的大小。K值可以通过计算各对流传热系数求得，也可以由经验值选定。对流传热系数的计算公式都由实验拟合获得，不同釜结构、搅拌器形式和加热方式的对流传热系数实验公式各不相同，目前的设计手册仅给出了部分结构的计算公式［4］。如果所设计的搅拌釜不满足公式条件，K的大小只能由经验估算，但误差较大，一般取K值的下限，宁可出现传热面积盈余，也要保证介质达到反应温度。　　图1是云南省某矿务局在一湿法冶金"水热硫化浮选"选矿流程中使用的卧式机械搅拌反应釜，矿粉和硫化药剂在釜内加热，经机械搅拌充分混合均匀，达到最大程度提高浮选率的目的。搅拌釜的设计参数为：矿石100 t/d，液固比1∶1，工作压力2 MPa,工作温度160～180 ℃，物料在釜内停留时间大于2 h。原设计是由10 t/d的搅拌反应釜进行放大，笔者对设计进行了校核，在结构设计及功率计算中将搅拌釜设计为卧式且分成3个隔室［1］，并将每一隔室近似看作一搅拌釜，根据一些新的实验得到的对流传热系数关联式［2.3］，用文中方法对搅拌釜传热蛇管进行了设计计算。1　蛇管结构设计　　搅拌釜采用蛇管加热，结构见图1b。蛇管采用角钢固定，角钢用螺栓和吊耳联结并起到挡板的作用，吊耳隔120°均布并焊于筒体上。角钢尺寸和位置可根据挡板的要求确定，一般挡板位于蛇管外侧［5］。1． 搅拌釜　2.釜体　3.机座　4.蛇管5.支座　6.隔板　7.固定角钢图1　卧式机械搅拌反应釜2　传热面积计算　　传热面积、总传热量、传热系数和加热时间的关系式为： Q=KAΔtmτ=Q1 + Q2(1)式中，Q1为物料达到工作温度所需的热量；Q2为热量损失，主要为通过器壁散到空气中的热量，包括对流散热和辐射散热。Q1=MCpΔtτ(2)Q2=αTAw(t-ta)τ(3)传热系数K值按下式计算［2］：

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