真空系统的工艺计算

2011,21(6)马红芳等真空系统的工艺计算真空系统的工艺计算马红芳·骆彩萍鲍贤康华陆工程科技有限责任公司西安710065摘要介绍抽气量、压降等真空系统的工艺计算方法和结合工程的实际应用。关键词真空系统抽气量当量空气流导工艺计算化工生产装置中,真空系统主要应用于精馏、W=kx v3过滤、千燥、脱水等工艺过程。真空系统所要达式中,W2为空气泄漏量,B/h;V为真空系统的到的真空度是通过真空泵来实现的影响真空度容积,m;k为压力常数,取值见表1。的因素除了真空泵的性能外,系统的空气泄漏量表1k取值工艺气量和系统的压力损失等亦是非常关键的。所以在真空系统的工艺计算过程中,要充分考虑压力(mmHg)>900.1940.08250.05080.0254上述影响因素,做到系统设计完善、可靠、经济。1真空系统的组成(2)对应于上式,最大空气泄漏量见图2。图中为绝对压力,英制和公制分别见图2(a)和(b)。真空系统通常由真空泵、真空容器及真空管道组成,典型流程见图1Q P1 SI真空管道真空泵真空容器图1真空系统典型流程图2真空系统的设计基础系统体积(f3)2.1抽气量抽气量是真空泵的重要参数,在化工生产中,真空容器的被抽气量主要是指空气泄漏量与被抽出的工艺气之和。21.1空气泄漏量3在抽真空过程中,因管件、设备密封性能等因素的影响,不能保证系统完全密闭,总是有空气泄漏入真空系统,对任何真空系统都应进行试验以确定其空气泄漏量,对新设计和不能进行试00.20.3验的场合采用估算,目前主要有以下几种方法。系统容积(m3)(1)对于工业上严密系统的空气泄漏量,经验公式如下:图2工业上严密系统最大空气泄漏量值中国煤化工·马红芳:工程师。200年毕业于太原理工大学工业催化专业获硕士学位。一直从事化CNMHG话:(09)87988636, E-mail: mh2078@ chinahualueng comoCHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011,21(6)(3)管件的空气泄漏量的估算见表2。气的分子量;P料为物料蒸气的分压,mmHg;表2真空系统管件的空气泄漏量估算表(kgh)P丝气为空气的分压, mmHg管件类型估算的平均空气泄漏量设计和选择真空泵时,需要将工艺物料气量2以下的螺纹连接0.045换算为当量空气量,其换算公式如下:2"以上的螺纹连接0.091W当量空气=0.375W物ln(M物/2)[1-0.000(7-70)]6以下的法兰连接0.227(2)6-24“包括人孔在内的法兰连接0.363式中,T为被抽物料的温度,F。24"以上的法兰连接0.499-0.907杆直径在1/2″以下的填料阀将上述气体的流量相加,即得真空容器的总阀杆直径在12"以上的填料阀抽气量(当量空气):具有润滑的旋塞排放旋塞0.091在此,应特别注意单位的换算和公式及图表玻璃视镜0.454要求的单位对应关系。玻璃液面计包括液面计旋塞0.907搅拌器轴、泵等封液填料函,以每英3真空管道的流导寸轴直径计普通填料函,以每英寸轴直径计在选择真空泵时,除真空容器被抽气量外,安全阀或破真空的设施,以每英寸计0.454另一重要参数为真空泵的抽气压力,其大小决定对于真空容器,一般保守估算时采用(1)法着系统的真空度。真空泵入口的压力应根据工艺计算值,或(2)法的查图值,再加上(3)法所容器的真空度要求和真空容器与真空泵之间管道得管件泄漏量之值。或者,采用(1)法计算值或的压力降来确定。为使真空管道的压力降在允许(2)法查图值的两倍,即得该真空系统的空气泄的范围内,必须核算管道的管径。此处采用真空管道流导来核算管径,现以图1中真空容器出口漏量。对于带有采用普通轴封的搅拌器,其空气泄(1点)与真空泵入口(2)之间的管道为例计算。漏量应为每个搅拌器增加5b/h(2.27kg/h),如3.1定义14采用特殊良好密封,此值可为1~2l/h(0.45抽气速率S1是指单位时间内真空泵在其人口0.90kg/h)。压力下从系统中抽走的气体体积,其计算式如下2.12被抽出的工艺物料气量S2=17.325Wa7/(P2M化工生产中,真空容器被抽气体除泄漏的空式中,S2为真空系统2点处抽气速率,Ls;P2为气外,主要还包括工艺生产过程中产生与系统中真空系统2点处的压力,mmHg;T为被抽气体的的液体处于平衡状态的物料蒸气。物料蒸气量的温度,K;M为被抽气体的平均分子量。计算如下:真空泵的气体流量Q为入口抽气速率与人口由拉乌尔定律2可知,对于混合溶液中的某压力之积。组分,其在气相中的分压为:真空系统某点的抽气速率与气体流量的P,=P x关系式中,P1为各组分的分压,mmHg;P为纯物质的Q=S1×P1=S2XP2饱和蒸气压,mmHg;x1为液体中各组分的摩尔式中,Q为气体流量, mmHg Ls;S1为真空系统分数。1点处抽气速率,Ls;P1为真空系统1点处的压由上式可得出:被抽气体中,物料蒸气的分力, mmHg压P料=∑P,抽真空时,真空容器的绝对压力P真空系统两点间的气体流量:为P物料和P气之和,故P空气值可得Q=(P1-P2)×C=AP×C物料气量按下式计算:式中,C为真空系统1点与2点间管道流导,L/s物料=W空气(M物料P物料)/(M空气P空气)(1)△P为1点与2可道压十式中,W物料为物料蒸气,kg/h;W丝气为空气泄漏上式即是真中国煤化工式,表示量,kg/h;M的为物料蒸气平均分子量;M2气为空真空系统中气体CNMH与,是确定2011,21(6)马红芳等真空系统的工艺计算管道阻力降满足要求的重要参数。在真空系统管路中的气流可分为3种基本流动3.2计算状态,见表3。3.2.1气流的基本状态表3流型的划分方法及判断流型影响因素克鲁曾数vr粘滞流出现于气体压力较高(绝对压力高于10-3mmHg),分子间作用力影响流体流动Lr<0.01分子流出现于管内压力很低(绝对压力低于106mmHg),分子与管壁碰撞是影响流体流动的主要因素r>1.0过渡流介于粘滞流和分子流之间0.o10.10.0680.8110ˉ3mHg,故气流流型基本为粘滞流。100.843.2.2计算0.210.91(1)粘滞流流导用泊肃叶( Poiseuille)公式:0.60.280.950.80.0.97Cr=adP/(3059000.98对于20℃的空气0.54Cva = ad P, /(5506uL)表5克鲁曾数的校正系数(2)分子流流导用克鲁曾公式:Cn=a⑦M/(26250L)0.010.81对于20℃空气:0.82C=ad/(8258L)(3)过渡流流导用从泊肃叶公式推导出简0.89式为C=C,+2c0.96对20℃的空气:0.97Ci =C,+2c1000.99式中,C,为粘滞流流导,L/s;C.为20℃空气粘并联管道流导滞流流导,L/s;Cu为分子流流导,L/s;Cp为C=C1+C2+C3+……20℃空气分子流流导,Ls;C1为过渡流流导,L在进行流导的计算时,主要是确定系统的压8;C为20℃空气过渡流流导,Ls;T为绝对温力降要满足工艺要求。而与压力降密切相关的则度,K;M为分子量;P为平均压力,mmHg;M是此段管道的管径,因此,在计算过程中,首先为粘度,cP;D为管内径,mm;L为管长,m;a确定此段管道允许的压力降△P,通过式Q=△Px为克劳辛( Clausing)系数,其值见表4(D为管C得到管道的最小允许流导C值。然后假定此管段内径,m;L为管长,m);Z为校正系数,是克鲁的管径d,判断流型、计算流导C,如C,≥C,则曾数/r的函数,其值见表5。管径合适,如CC,所以管径应取大于等空气的量:于80mm满足流导要求2-PY的量4.4选泵W1=80.2kg/h(当量空气)采购真空一真空泵轻组分的量:aYH影下转第46页)46CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011,21(6)36.3968kt,而以高钛渣为原料和含有钛渣冶炼的η、T的数值高于硫酸法的数值,从产业生态学氯化法排碳量分别为13331kt和16.25kt,硫酸的角度考量,氯化法比硫酸法具有生态的优势。法的排碳量分别是氯化法的273和2.24倍。2)若硫酸法副产的硫酸亚铁能得到有效利633生态效率用,当作副产品出售,它的生态效率指标与以钛从表3、5、8可见,氯化法生态效率的η、渣为原料的氯化法的生态效率三大指标ηn、n、η、η值均高于硫酸法。η为1.66-5.7倍,η。η的距离在缩小,甚至能耗效率η。为0804比氯为0.97~5.9倍,η为24-8.7倍。化法的0.784略高,硫酸法只要能把如石膏等废弃7结语物转化为产品,像德国萨其宾工厂那样,就能有效提高生态效率η、η、η值,则硫酸法仍有发(1)从产业生态学的角度界定企业生产的产展空间。品,在生态效率理论的基础上定义了钛白粉生产的资源效率、能源效率和环境效率。硫酸法与氯參考文獻化法相比,投人物料多,排放碳的数量多。又从1周国梅,彭昊,曹风中.循环经济和工业生态效率指标生态效率指数η、η。、n来分析,氯化法的η、体系[冂].城市环境与城市生态,2003,16(6):20l(收稿日期2011-05-18)(上接第21页)若采用普通2x1.5mm2仪表电缆,长度在300m控制盘之间信号传输中采用,在工程设计时应充以下的继电器信号回路的电缆电阻应小于10Ω,分注意电缆抗分布电容设计的采用,所采用元器其数值远低于继电器线圈电阻,线路压降一般不件的参数(包括功率等)都应反复试验,保证信会影响24vDC继电器的正常工作,而采用直流回号控制回路连续与正常运行。路就不存在线路分布电容的问题。所以笔者认为在信号输入回路设计中应慎用交流供电与交流继參考文献电器,从而完全避免电缆分布电容对信号继电器1Tcw/0-2009,国家电线电缆质量监督检验中心技术规的影响。范.计算机与仪表电缆〔S〕(2)在过程控制领域,电缆的分布电容主要2 Instrumentation Cables Partl. Specification for polyethylene in出现在长距离、粗导线、交流供电的信号控制回3郑玉东.通信电缆〔M〕.北京:机械工业出版杜,1982路,尤其会在一些成套设备的现场控制盘与电气(收稿日期2011-08-04)········分··一·一···必··心必山心.。心心心心(上接第12页)的抽气量为1834kg/h(当量空气),其中空气泄参考文献漏量为21.6kgh,其人口压力为10mmHg,此外化学工业部化学工程设计技术中心站.化工单元操作设计还应注明被抽气体的温度、组成、各组分的分子手册(中册)(内部使用).1987量等,以便真空泵厂家进行相应的计算。2天津大学物理化学教研室.物理化学[M].北京:高等教育出版社,19915结语3 Jame S R. Cenney, James在真空系统的工艺计算中,一般涉及到被抽达道安等.真空设计手册[M].北京:国防工业出版气量、温度、压力等参数,只有对这些参数进行充分、全面考虑,才能选择合适的真空泵,确保5王继常.真空系统设计[M].沈阳:东北大学出版设计的真空系统在装置生产过程中正常运行。社,2002中国煤化工1-08-22)CNMHG