电化学反应器计算2
电化学反应器中所设计的计算
电化学反应器设计流程尺寸图:
1、 最大流量的计算:
反应器设计体积20L ,反应体积为其80%为16L ,最小停留时间为20s ,所以Q max =(16L+V管内) / (20/60) min
S(电化学反应器) =π×31.92-π×272 + (π×262-π×212) +(π×202-π×152)
+(π×142-π×92)+ (π×82-π×32) mm2
= 0.2729dm2
=0.002729m2
管道内反应液体积:V 管内 =1.15×[0.2729×6.5(含两头) + π×0.1362×9.25 +
π×0.2132×18.5] L
=5.69 L
所以Q max = 65.07 L/min, 即为3.9042m 3/h, 可选择Q max ≈4.0 m3/h, 所以选用
LZS-32型号测量范围为0.4~4m 3/h的液体流量计(LZS型系列管道流量计,淮安市红旗仪表有限公司) 。
2、 最大流量下各管道处流速:
2.1 Ф32×2.4 mm管材处流速:u Ф32×2.4 = Q max / AФ32×2.4
=1.9122 m/s
2.2 Ф50×3.7管材处流速:u Ф50×3.7 = Q max / AФ50×3.7
= 0.7796 m/s
2.3 电化学反应器处流速:u (电化学反应器)= Q max / A(电化学反应器)
= 0.4072 m/s
3、 泵扬程及最大流量的计算:
由于整个通路是闭合的循环回路,所以对任意处界面选择1-1’和2-2’列努伯利方程则有:
E 1,1’+ We = E2,2’ + ∑hf 1-2
由于是循环回路,所以机械能E 1,1’ = E2,2’
所以:We=∑hf 1-2
即泵等外界提供的功等于整个循环回路中的阻力损失。
∑hf1-2 =hf沿程 + hf局部
= ∑1/2λ(l/d)u2 + ∑1/2Ki u 2
另有:
3.1 沿程阻力损失:
hf 沿程 = hf1+ hf2+ hf3
其中:hf 1:1850 mm长Ф50×3.7 mm管的阻力损失;
hf 2:500 mm长电化学反应器Ф75×5.6 mm的阻力损失;
hf 3:925 mm长Ф32×2.4 mm管的阻力损失。
3.1.1 hf 1的计算:
hf 1 = λ(1850/(50-3.7×2)) ×0.5×{Qe /(π[0.5(50-3.7×2)×10-3]2×3600)}2
= 0.8247λQ e 2 (其中Qe / m3/h)
假设流体在管道内以最大流量Q max ≈ 4.0 m 3/h 流动,则其流速u=0.7796 m/s,以水的粘度在20℃下的粘度(1.005 ×10-3 Pa.s) 和密度(998.2 kg/m3) 来估算,则其雷诺数Re = (0.0426 ×0.7796×998.2) / (1.005 ×10) -3
= 3.3×104
查表可得λ为:0.023
所以hf 1 = 0.8247λQe 2
= 0.8247×0.023Q e 2
= 0.0190Q e 2 (其中Qe / m3/h)
3.1.2 hf2的计算:
由于并联管道中各种管路的阻力损失相等,所以以外管即Ф75×5.6 mm PVC管件的阻力损失,所以:
hf 2 = λ(500/(75-5.6×2))×0.5×{Qe /(π[0.5(75-5.6×2)×10-3]2×3600)}2
=0.0296λQe 2 (其中Qe / m3/h)
假设流体在管道内以最大流量Q max ≈ 4.0 m 3/h流动,则其在电化学反应器中的流速u= 0.4072 m/s,以水的粘度在20℃下的粘度(1.005 ×10-3 Pa.s ) 和密度
(998.2 kg/m3) 来估算,
则其雷诺数Re = (0.0638 ×0.4072×998.2) / (1.005 ×10) -3
= 2.58×104
查表可得λ为:0.024
hf 2 = 0.0296λQe 2
2 = 0.0296×0.024Q e
=0.00071 Qe 2 (其中Qe / m3/h)
3.1.3 hf3的计算:
hf 3 =λ(925/(32-2.4×2))×0.5×{Qe /(π[0.5(32-2.4×2)×10-3]2×3600)}2
= 3.8858λQe 2 (其中Qe / m3/h)
流体在管道内以最大流量Q max ≈ 4.0 m3/h流动,则其流速u = 1.9122 m/s,以水的粘度在20℃下的粘度(1.005 ×10-3 Pa.s ) 和密度(998.2 kg/m3) 来估算,则其雷诺数Re = (0.0272 ×1.9122×998.2) / (1.005 ×10-3)
= 5.17×104
查表可得λ为:0.0205
所以:hf 3 = 3.8858λQe 2
2 = 3.8858×0.0205Q e
=0.0796Qe 2 (其中Qe / m3/h)
hf 沿程 = 0.0190 Qe 2 + 0.00071 Qe 2 +0.0796Q e 2
= 0.0993Qe
3.2 局部阻力损失: 2
hf 局部 =hf1’ + hf2’ + hf3’ + hf4’ +hf5’ + hf6’ + hf7’ + hf8’
其中:hf 1’ :贮液槽到Ф32×2.4 mm管件的突然减小的阻力损失;
hf 2’ :内径Ф32阀门的阻力损失;
hf 3’ :1个内径Ф32的90°弯头的阻力损失;
hf 4’ :液体流量计的阻力损失,包括:流量计本身阻力损失,
以及管件到流量计突然扩大和和流量计到管件突然缩小的阻力损失;
hf 5’ :Ф32×2.4 mm管件到电化学反应器突然扩大的阻力损失;
hf 6’ :电化学反应器到Ф50×3.7管件的承接管的阻力损失;
hf 7’ :两个内径Ф50的90°弯头的阻力损失;
hf 8’ :Ф50×3.7管件流入液槽突然扩大的阻力损失。
3.2.1 hf1’的计算:
由于水流在Ф32×2.4 mm管件中的雷诺数Re=5.17×104 ,如上所计算即为湍流, 查化工手册可得局部阻力系数K 1’ = 0.5
所以hf 1’ = 0.5 K1’ ×u 1’ 2
= 0.25×{Qe /(π[0.5(32-2.4×2)×10-3]2×3600)}2
= 0.0571Qe 2
3.2.2 hf2’的计算:
由于查找不到球阀的局部阻力系数,一般球阀阻力系数较小,所以闸阀来进行估算比较接近,假设当闸阀阀门3/4开时即可满足最大流量的要求,查化工手册可得局部阻力系数K 2’ = 0.9
hf 2’ = 0.5 K2’ ×u 2’ 2
= 0.45 {Qe / (3/4π [0.5×32×10-3]2×3600)}2
= 0.0954Qe 2
3.2.3 hf3’的计算:
查化工手册可得局部阻力系数K 3’ = 0.75
所以:hf 3’ =0.5 K3’ ×u 3’ 2
= 0.5×0.75×{ Qe / (π [0.5×32×10-3]2 × 3600 ) }2
= 0.0447Q e 2
3.2.4 hf4’的计算:
hf 4’= hf4 (A)’+ hf4 (B)’+ hf4 (C)’
其中:hf 4 (A)’为Ф32×2.4 mm管件到流量计突然扩大的局部阻力损失; hf 4 (B)’为流量计到Ф32×2.4 mm管件突然缩小的局部阻力损失; hf 4 (C)’为流量计本身转子流动的局部阻力损失。 查化工手册可知局部阻力系数K 4(A)’ = 0.2890, K4(B)’ = 0.2890 hf 4’= hf4 (A)’+ hf4 (B)’+ hf4 (C)’
0.2890×{ Q e / ( π[0.5(32-2.4×2)×10 =0.5×-32]×3600 ) }2 +0.5×0.2890×{ Q e / ( π[0.5(32-2.4×2)×10-3]2×3600 ) }2 +0.5×1.5×{ Q e / ( π[0.5×40×10-3]2×3600 ) }2
= 0.0660Q e 2 + 0.0366Qe 2
= 0.1026Q e 2
3.2.5 hf5’的计算:
查化工手册可得局部阻力系数K 5’ = 0.6195 =0.5×0.6195×{ Qe / (π[0.5(32-2.4×2)×10-3]2×3600) }2 = 0.0708Qe 2
3.2.6 hf6’的计算:
查化工手册可得局部阻力系数K 6’A =0.31, K6’B =0.065
Hf 6’ = 0.155 ×u 6 A’ 2 + 0.0325 × u6 B’ 2
= 0.155 ×{Qe / (π[0.5×(75-5.6×2)×10]×3600) } +0.0325×{Qe / -322
(π[0.5×(50-3.7×2)×10-3]2×3600) }2
= 0.0012Qe 2 + 0.0012 Qe 2
= 0.0024Qe 2
3.2.7 hf7’的计算:
查化工手册可得局部阻力系数K 7’ = 0.75
hf 7’ = 2×0.5×0.75×{Qe / (π[0.5×50×10-3]2×3600) }2 =0.0150Q e 2
3.2.8 hf8’的计算:
hf 8’ =0.5×K 8’ ×u 8’ 2
=0.5×1×{Qe /(π[0.5×(50-2×3.7) ×10-3]2×3600)}2 =0.0190Q e 2
hf 局部 = 0.0571Q e 2 + 0.0954Q e 2 + 0.0447Q e 2 + 0.1026Q e 2 + 0.0708 Q e 2 + 0.0024 Q e 2 + 0.0150 Qe 2+ 0.0190 Qe 2
= 0.407Qe 2
3.3 We、He 的计算
∑hf 1-2 =hf 沿程 + hf局部
= 0.0993 Qe 2 + 0.407 Qe 2
= 0.5063Qe 2
所以:We=∑hf 1-2
2 = 0.5063Q e
又因为:We=He/g
He=We/g
=0.5063 / 9.8 Q e
=0.052Q e
若再乘以保险系数1.15,则He=0.060 Q e 2 2 2