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有色金属(冶炼部分)2011年8期
DOI:10.3969/J,issn.1007-7545.2011.08.006
氧化铝生产中传热系数的研究
刘莉娜2,黄望梅',刘志春,陈徳,阳志洪2,刘伟
(1.华中科技大学,武汉430074;2.贵阳铝镁设计研究院,费阳550081)
摘要:大多数氧化铝生产工序的能耗与换热设备传热效率的高低有密切关系。分析了氧化铝生产过程
中的传热和传质特征。结合生产实测数据,对氧化铝生产中典型换热设备的传热系数进行研究,为设
计、生产提供了理论基础。
关键词:氧化铝;传热系数;溶出
中图分类号:TF821;TF801.2文献标识码:A文章编号:1007-7545(2011)08-0021-04
Study on Heat ransfer Coefficient in Alumina Production
LIU Li-na'2, HUANG Wang-mei', LIU Zhi-chun, CHEN De, YANG Zhi-hong, LIU Wei
1. Huazhong University of Science and Technology, Wuhan430074, China;
2. Guiyang Aluminum& Magnesium Design Research Institute, Guiyang 550081, China)
Abstract: The level of energy consumption in most processes of alumina production has a close relationship to heat
transfer efficiency of heat exchanger. Heat transfer and mass transfer characteristics in the process of alumina pro-
duction were analyzed. Heat transfer coefficient of typical equipment in alumina production was studied with the ac
tual measured data in production, the result of which could provide the theoretic base for design and production
Key words: Alumina; Heat transfer coefficient; Digestion
氧化铝生产过程中,换热设备在整个工艺过程光滑圆管,由于一般情况下管壁较薄,故在工程上可
具有十分重要的作用2?,换热设备传热系数的高低以采用以下公式计算传热系数,以外表面为准
直接决定了换热效果的好坏。影响传热系数的因素时3
很多24,往往很难直接计算出准确值。行业科技工
作者通过试验研究,结合生产实际得出很多值得借
鉴的经验式和经验值,但是结合工艺换热设备进行
系统分析的较少。本文将对氧化铝生产过程中的传式中,K。为综合传热系数,W/(m2?K);a为对流传
热和传质特性进行分析,结合经验关系式和一些生热系数,W/(m2?K);d为管径,m;8为厚度,m;A
产现场的实测数据,得出氧化铝生产过程典型设备为导热系数,W/(m?K);r为污垢热阻,(m2?℃)
传热系数的计算方法。下面将以氧化铝生产中换热/W;下标立表示管内,0表示管外,s表示结疤,表
过程比较有代表性的溶出工序进行说明。
示管壁。管子平均直径dn=(do-d1)/ln(da/d-)。
1综合传热系数的分析
结合氧化铝生产过程的实际情况,分别对综合
传热系数表达式中的各项进行分析
氧化铝生产溶出工序中,不论是压煮器还是套1,1管材的导热率A
管换热器,其换热设备的形式都是属于圆管。对于
氧化铝生产溶出过程中的管材多为20G碳钢,
基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2007CB206903);国家自然科学基金资助项目(51036003
作者简介:刘莉娜(1980-),女,贵州人,工程师
?22
有色金属(冷炼部分)2011年8期
其在0℃、100℃、200℃、300℃和400℃的导热率
stream
分别为(k/(m?h?℃))6:118.118、175.574、
steam
slurry
158.826、150.487和125.400。
stream
stream
2传热系数
根据氧化铝生产中溶出工艺的不同,溶出过程
的热源有蒸汽和熔盐两种。以蒸汽为热源的换热设
单套管
stream
四套管
备有套管换热器和压煮器,其中套管换热器在生产
single casting tube
4 casting tube
三套管
中为水平横管布置,压煮器内加热管束为垂直竖管
布置;以熔盐为热源的换热设备只有套管换热器,通
图1各种套管形式
常为水平横管布置。
Fig 1 Various forms of casing tubes
)压煮器加热管東管内传热系数
蒸汽温度,取进出口蒸汽温度的平均值,℃;。为竖
压煮器加热管東管内为高温蒸汽、管外为低温板表面温度,℃。
矿浆,由竖管内膜状凝结的传热系数关系式可
在套管换热器为三套管和四套管时,考虑冷凝
得
液在管排之间滴落和蒸汽贯穿管束速度的影响,采
()(れ,“m,C,
用文献[9推荐的修正系数。n,修正后多套管管外
膜状凝结传热系数α计算如下:
=。8x=C。2
-1/6
(2)
式中,四套管时z=Zn:/m,三套管时2=0.6M;其
式
Re
PITT
Pr:=a,无量纲系数C=中m为列数,n.为每列的排数,N为总管数。
4)套管换热器以熔盐为热源的管外传热系数
で.2m;定性温度取蒸汽进出口平均温
;m为质量流量,kg/s;D为竖管内径,m;为运动
套管换热器以熔盐为热源时管内为低温矿浆、
黏度,m2/s;i为动力黏度,kg/(m?s);p为液体密管外为高温熔盐。熔盐物性参数参见文献[10],取
度,kg/m2;下标表示液体,g表示气体。
其特征温度下的物性参数。采用 Gnielinski公式"
2)套管换热器管内传热系数
得管外传热系数为:
套管换热器管内为低温矿浆、管外为高温蒸汽
或熔盐,由于值的确定须知道矿浆的导热率和动力
d.(f/8)(Re-1000)P1
d23
黏度等物性参数,但这些数据到日前为止还没有详入「1+12.7v/8(Pr"-1)
细的文献报告或者试验数据,因此我们用下面的经式中,当量直径d.=4A,/P,A,为流体的流通截面
验公式求出近似值
积,P为参与传热的润湿周边1;f为 Darcy阻力系
18810
0.5
0.01
式中,a,为管内传热系数,kJ/(m2?h?℃);o为矿
数;{为管长,取90m;对液体C,=、Pr
浆流速
0.05~20。
3)套管换热器以蒸汽为热源的管外传热系数
5)压煮器加热管東的管外传热系数a
套管换热器以蒸汽为热源时,管内为低温矿浆、
压煮