固定床反应器传热系数的计算

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1、纳16&第1!vJ南京林业大学学报Vol.l(jNo.11992年3月JournalofNanjingForestryUniversityMar.1992固定床反应器传热系数的计算季水新(化学工程牟)摘要本文提出了国定床反应器床层温度分布的新的计算公式。运用计算机优化参数得有效导热本数K，和壁给热来数Hw，并椎算出温度分布，所得结果与实圳值符合较好。关键词困定床反应器;有效导热牟数;壁给热东数中图分类号TQ015.2随着催化反应的发展，研究固定床反应器传热机理对反应器优化设计有其重要意义。这方面的工作国内外均有报导[川]，从其研究方法来看可归纳为:(门1)有限差分法[山2幻];川

2、(2引)简捷法[川l口]有限差分法属数值分析法.公式多、计算复杂。此法要求情径向和轴向测温度分布，实验点多、耗时长，而安装多点测瘟热电偶易改变床层空隙率，影响床层传热性能。简捷法通过作图计算K，和11"，并根据不同位置温度分布关系图查出对应温度，读数误差大、对大量温度点的计算工作量极大，同时，此法计算限于呵>0.2[1]时应用，靠近床层进口处温度叶算误差较大。襟家陶等[4J对上述工作作了较大的改进，对理论解取前四项可得令人满意结果，但涉及贝塞尔函数的多根求解，计算收敛较慢，普通微机耗时达数小时。为解决上述问题，本文仅取理论解的第一项，引入校正系数K，优化计算速度快、结果令人满意。

3、l数学模型稳定状态下，固定床反应器传热的数学模型可用下式表示(采用柱坐标系):êft,1/飞l、、，/CP3Z=ke[百T+737]边界条件:z=Ot=toatT二OJ恰vr二二R-K寸)，R=川R-tW)令x=r/R、y=Z/L，则上述模型理论解为:t一句凸2J1(a.)JO(a.x)e-a.'呵θ(x，y)=一一一一一工>~(2)hfln仇[Jo2(an)+J12(仇)J式中:an是下列方程的根收梢LIt￥J1990-12-1182南京林业大学学报第16卷第1期bJo(a.)=a.Jj(a.)(3)b=H阳R/K.(4)2α=K.L/GCpR(5)入口温度分布均一时k.=l，

4、又吨>0.2日才式(2)迅速收敛，可以取第一项作为近似值，式(2)成为t-tw2J1(aj)JO(alX)Aa2αu(6)to-tw二aj[J02(al)十Jj2(aj)]ν.-但αy<0.2时，式(6)偏差较大，且床层半径较大时，入口温度分布不再均一。综合各种因素，引入一校正参数K，则有t一tzv-U2Jj(aj)Jo(ajx)--a.2呻(7)to-tw-.~al[J02(α1)十JI2(al)]νA这是本文所依据的计算公式，该公式优化计算速度快，计算精度高，可为工程设计提供理论依据。2讨论和结果2.1推算方法温度推算和参数求取基于以下两种方法:2.1.1位向温度分布法径向温

5、度分布法计算步骤如下:a，给出Hw、K.及K初值，由(5)式求的b，由(4)式和下式求αnbJo(aj)=a1J1(al)(8)C，对径向不同位置求Jo(αlX);d，由(7)式求tca1(温度计算值);e，取目标函数F=~~[t..,(j,i)-tc.t(j,i)]2(9)i=lj=j式中:N指轴向层数，M指每层径向测点数;f若符合收敛条件，得打印结果，否则返回ao计算结果见表1、表2，表中实测温度取自文献[口。表1中Z=O.146m及Z=0.292m时表Cellte填料的实验温度和计算温度Table1Calculatedtemperatureandexprimentedtem

6、peratureofCeliteZ/mx0.1460.2920.4380.5840.8761.167实测计算实测计算实测计算实测计算实测计算实测计算。45.539.553.854.664.066.274.075.286.587.493.094.50.245.541.555.056.266.067.476.076.187.087.994.094.90.450.047.463.060.770.570.978.078.889.089.595.595.80.655.556.668.067.876.076.484.083.092.592.097.597.3O.864.068.377.076

7、.882.583.388.588.396.095.1100.099.10.97577.079.785.585.688.590.094.093.599.098.2103.0100.91.078.081.486.586.890.091.095.094.299.598.6103.5101.2注z填料z园柱形Celite颗粒φ1.27XO.954cm;流体g空气G=3660kg/m2'h;入口温度to=38'C.壁温:tw=105'C.管半径R=O.0635m。1992年(总第51期)季