《 工 裳 备 技 术 １ （ ９ ３ 化 １８ ） ｏ ９
喷 嘴 冷 却 技 术 的 应 用
苏 州 益 民化 工 厂 在 工 业 生 产 中 ， 搪 瓷 员 应谲 应 用 范 围很 广 ， 尤 其 是 化 学 工 业 。化 学 工 艺 过 程 的 种 种 徐 拳 靠
系 数 ｋ 数 值 确 定 ， 便 可 以计 算 出 所 需 要 的 的 传 热 面 积 根 据 所 选 择 的 搅 拌 传 热 形 式 ， 进
图１ 圉 ２
喷嘴冷 却技术研究 表明， 当夹 套给热 系
数 “ｚ ２ ０ ｋ ａ ／ ・ ・ 以上 时 ， 再 增 加 在 ５ ｃ ｌｍ。ｈ ℃ Ｏ
喷 埔及水 流量，ａ 虽增 加了一些，但 发现ｋ
指标 。 高 ｋ 是 强 化 传 热 的 主 要 途 径 之 一 ， 提 值
ｋ 反 应 器 的 生 产 能 力 、产 品 质 量 、产 品 成 对
本 都有很 大影响 。
总传 热系 数 ｋ 一 — 一 … 一—
ａ ＋ａ ÷ ｉ 一 ＾ 亡
公式中， ｝ 是锅内料液与容 器 壁 的 热
放 尽 后 所 需 时 同 ｃ 。
由 已知 条 件 得 Ｈ。 １ ｆ Ｉ ＝ １． Ｈｆ ｔ ， Ｌ ：３＇ ｔ ＝８ ｔ ＝３ ｆ 。 将 这 些 参 数 代 入 方 程 ｆ ，ｅ ９［ （ ） ｔ ３０ ９ 得 ＝７ ３ Ｓ＝２ ０ ｈ ．４ 。 符 号说 明
ｈ 【管 路 压 头 损 失 ， ｆ ｔ ｈ 。排 液 管 出 Ｉ 至 贮 罐 底 部 高 度 ， ｒ ： Ｉ ｔ Ｌ 管 菜 当 量 长 度 ， ｆ ｔ
行 计 算 设 计 ， 设 计 时 直 着 重 考 虑 尽 可 能 提 高
பைடு நூலகம்
化 学 变 化 ， 如 带 有 腐 蚀性 或 需 避 免 铁 质 污 染
的 化 学 反 应 ， 常 在 搪 瓷 反 应 锅 中进 行 。 一 般
传 热 系 数 ， 并 保 证 足 够 的 传 热 面 积 Ｆ。 值 但
流 量 下 降 ， 引 起 夹 套 内 水 流 量速 度 下 降 ． 所
旋 导 流 板 一 般 焊在 容 器 壁 上 ， 当 夹 套 壁 有
Ｏ ３ ￣ ｍｍ的 间 隙 。加 装 螺 旋 导 流 板 后 ， ｄ 可 由５ ０ 至 １ ０ ￣ ４ ｋ ａ ／ 乩 ・ ， 显 著 ０增 ５ ０ ０ Ｏ ｃ ｌ ｍ ｏ ℃ 地 增 大 了 总 传 热 系 数 。 这对 于 不 锈 钢 或 碳 钢
当 一 定 时 ， ｔ 是评 价 反应 器 的重 要 技 术 便
搪 瓷 反 应 锅 都 有 夹 套 ， 通 冷 却 水 加 热 或 ， 冷 却 水 自下 口进 入 ， 从 上 口溢 浣 而 出 。 这 种 普 通 进 永 方 式 ， 水 流 往 往 处 于 层 流 状 态 ， 传 热 系 数 小 ， 传 热 效 果 差 ， 这对 于 放 热 反 应 较 大， 反 应 温度 控 制 很严 的 化学 反 应 就十 分 困 难 。 例 如 生 产 食 用 羧 甲基 纤 维 素 钠 时 的 碱 化 ， 醚 化 反应 ， 要 控 制 温 度 不 能 太 高， 以 保 证 产 品质 量 ， 对 传 热 提 出了 很 高 的 要 求 。 还
口 可 取 ２ ０ ￣ ３ ０ ｋ ａ ／ ・ ℃， 从 而 达 Ｉ ５ ０ ０ ０ ｃ ｌｍ ｈ・
们 的 欢 迎 。 喷 嘴 冷 却 技 术 正 越 来 越 引 起 人 们 的 重视 ， 人 们 正 在 进 行 大 量研 究 、 定 型 ， 准 备 建 立 标 准 。 强 化传 热 ， 喷 嘴 冷 却 技 术 正广 泛用 在化学 工业生产 及其它行业 中。
复 合 钢 板 的 反应 锅 来 说 ，烧 焊 螺 旋 导 流 挡 板 是 可行 的 ， 且 是十 分 有 效 的 方 法 ， 能 极 大 地 改 善 传 热性 能 。可 是 对 于搪 瓷 反应 锅 来 说 ， 烧 焊 螺旋 导 流 挡 板 有 困难 。 搪 瓷 反 应 锅 的 传 热 系 数 较低 ， 这 就 迫 切 需 要 强 化 搪 瓷 反 应 锅 的 传 热 效 率 。 近 几 年 来， 发展 了喷 嘴 冷 却 技
阻，一 ｝是史套内传热介质与容器壁的热阻，
ｕ ２
改 善 搅 拌 状 １ 可 提 高 给 热 系 数 ， 而 给 热 况 系 数 Ｑ 高 低取 决 于 夹 套 水 流 状 况 。如 冷 的
却 水 ３ ｍ ８ 从 ５ ０ ｌ 搪 瓷 反 应 锅 下 口进 ０ ０的
计 算 出热 负 荷 Ｑ 由冷 、热 流 体 的 加 热 和 冷 却 程 度 计 算 出平 均 温 度 差 （ ）， 只 要传 热 △ｔｍ
术 ， 使 搪 瓷 反应 锅 的 传 热 性 能 有 了 很 大 的 改
以 ａ 值 也 下 降 。 因此 设 计 喷 嘴 个 数 时 ， 应 考 虑 总 水 流 量 及 适 宣 的压 降 ， 一 般 认 为 压 降 ０ １ ａ左 右 为 好 。只 要 能 够使 水 在夹 套 内 ．Ｍｐ 呈 湍 流 状 态 ， 就能 保 证 ａ 在 ２０ ￣ ３ Ｏ ｋ ａ ５０ ００ ｃ ｌ ／ ｍ ｈ ℃左 右 。 当需 要 多 个 喷 嘴 时 ， 般 以 ・ 一 均匀分布为好 。 对 于 喷 嘴 冷 却 技 术 ， 由 于 喷 嘴 制 造 安 装 方 便 ， 加 工费 用 也 低廉 ， 而 且传 热 效 果 很
值 提 高 不 明 显 。 结 果 水 量 增 大 ， 每 个 喷 嘴 的 水 功率增 高，压 降增大，导致 动力 消 耗 过 大 ， 这是 不 经 济 的 如 果要 提 高 ｋ值 ， 这 时 应该 减小 — 为好 。一般来讲 在 同一水流 量 下 ， 选 用 同一 型 号 喷 嘴 ， 如 果 喷 嘴 数 量 过 多 ， ｎｚ 值要 下 降 ， 这 是 因为 每 一 个 喷 嘴 的水
ｔ 时间，Ｓ
、 物料 流 速， ｆ／ ｔｓ
ｄ
排料 管内直径 ，ｆ
ｚ 垂 直标高 ， ｆ ｔ
ｐ 流 体 密 度 ， ｉ ｆ ｂ ／ｔ 参 考 文献 （ ） 咯
ｆ 摩 擦 系数 ｇ 重力 加 速 度， ｆ／ ［ｓ ｇ 换 算 因 子 ｆ ・ｂ ／ ｈ・ ｔ ｉ ｍ ｌ ｆｓ
到 增 加总 传 热 系 数 ， 强 化 传 热 的 目的 。 实 验
测定结果 表明，普通进水 （ 无喷 嘴进水 ） 即 ．
改 为 喷 嘴 进水 ， 总 传 热 系 数 可 提 高 ５ 左 Ｏ 右。 效 果 是 十 分 明 显 的 。 喷 嘴 冷 却 技 术是 提 高搪 瓷 反应 锅 传 热 系 数 的 重 要 途 径 之 一 。
入 ， 从上 口溢 流而 出。 水 在 夹 套 里 流 速 只 有 ０ ０ ｍ／ 左 右， 处 于 层 流 状 态 ， 给 热 系 数 ａ ．２ ｓ Ｈｆ物 料 卸 后 高 度 ， ｆ ｔ
ｈ 贮 罐 中物 料 高度 ， ｆ ￡
管 内摩 擦 系数 ｆ ． １ ５ ｈ ＝Ｍｔ ＝０ ０ ８ ， 。 。求 料渡
倪 道 祥 译 自 《 ｒ． Ｅｎ ． ｃｂ ｅｉ １ ｇ
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Ｈ。物 料 韧 始 高 度， ｆ ｌ
喷 嘴 冷 却技 术 的 应 用 很 小 ， 一 般 不到 ５ ０千 卡 ／ ０ 米 ・时 ・℃ 。 因
此 总传 热 系 数 是 很 低 的 ， 如 果 进 水 方 式 改 为 切 线 进 入 ， ｄ 也 可 以提 高 ｌ倍左 右 。在 夹 套 ｚ 内 和螺 旋 导热 板 ， 可 以 增 加 冷 却水 流 速 ． 螺
喷嘴结 构很 简单 ，Ｄ ５ 喷嘴结 构尺寸如 Ｏ 图 ｌ。 设 计 时 ， 根 据 容器 的 大 小， 需 要 确 定
喷嘴 型 号 ，个 数 ， 水 流 量 。 ５ ０ １ 瓷 反 应 ００搪 锅 ， 一 般 需 ２只 Ｄ ５喷 嘴 ， 流 量 为 ５ ｍ ｈ ０ 水 ０ ／ 左 右 。 喷 嘴 材 质 为 铸 铁 。安 装 时， 要 注 意 的 是喷 嘴 口 与夹 套 环 隙 水 流 方 向一 致 ， 避 免 直 对 锅 壁 ， 造 成 局 部旋 涡 的 损 失 ， 并 与锅 内 搅 拌 方 向 相 反 ，如 图 ２。
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有其它 化学扳 应，如氯 乙烯聚合等 对传 热也
是 一个 很 重 要 的 研 究 课 题 。 总 之 对 放 热 反 应 使 用 喷 嘴 冷 却 技 术 可 带 来极 大 的 好 处 。 传 热 速 率 方 程 式 。Ｑ ＝ＫＦ（ ， △￡
可 知 ， 当生 产 任 务 一 定 ， 可 由 热 量 衡 算
ｐ 压 力 ， ｌ ｆｆ ｂ／ ｔ
Ａ 贮 罐 中物 料 平 面 的横 截 面 积， ｆ ￡ ａ 排 料 管 孔 磺 截 面 积 ， ｆ ｔ Ｃ 贮 罐 中物 料 水 平 面 直 径 ， ｆ ｔ
Ｄ 贮罐 直 径 ， ｆ ｔ
ｑ 贮 罐 出料 量 ， ｆ。 ｓ ｔ／ Ｒ 贮罐半 径， ｆ ｔ
好 ，一 般 可 以提 高 ｋ ５ ％左 右 ， 以深 受 人 值 ０ 所
善 ， 取 得 了显 著 的 效 果 。 喷 嘴 冷 却 技 术 ， 就 是在 反应 锯 夹 套 内安 装 喷 嘴 ， 其 实 质 同 样 娃 提 高 夹 套 内 的 冷 却 水 流 速 度 ， 一 般 流 速 约 ０ ８ １ ２ ｓ 水 流 量 ． ～ ．ｍ／ ， 湍 流 状 态 ， 减 薄 液 膜 ， 使 成 为 强 制 对 流 给 热 。 这 样 提 高 了夹 套 给 热 系 数 ｎ 给 热 系 ，