使用(22)式求得ε时,要结合生产经验判断,以选择合理的ε值。
因此(22)式有一定的局限性。
较为符合实际的计算方法是在确定△PT、△PA、△Pf后再计算△Ps,然后由
△Ps=ρ提·L·g来计算ρ提
即:
由(19)式有△Ps=△PT-(△PA+△Pf)
∴ρ提=[△PT-(△PA+△Pf)]/(gL)
其中△PT由(20)式求得,重点解决△PA和△Pf的求算。
一般情况下△PT>>(△PA+△Pf),当近似计算时可按ρ提≈△PT/L·g求算提升
管的平均密度。
3)颗粒加速之压降△PA
①埃索公司准则(四)法:
△PA=ρ视ug2/2(Pa)---------------------(24)
ρ视———不考虑滑落时的固体平均密度,kg/m3
ρ视=(Gs提+Gg)At/(Vs+Vg)≈Gs提At/Vg=Gs提/ug---------------------(25)
②Zenz法:
△PA=Gs提.ug(Pa)---------------------(26)
4)提升管内摩擦阻力△Pf1(直管段)
摩阻为气体与固体对管壁相对运动产生的剪切力的总和。
①埃索准则(四)法:
△Pf1=79×10-5Lρ视ug2/Dt(mmH2O)
=77.4×10-4Lρ视ug2/Dt(Pa)----------------(27)
式中.Dt———提升管内径,(m)
L———提升管长度,(m)
②Zenz法:
△Pf1=2f(L/Dt)(ρgug2)[(1+Gs提/(ugρg)](Pa)-------------(28)
式中:
f———范宁摩擦系数.
由《石油炼制工艺设计计算图表》图12-1查得入(摩擦系数),再由f=入/4计算出f值。
5)局部阻力计算△Pf2
局部阻力相对提升管来说主要系指弯头处和出口处的压降。
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△Pf2=2fbρTug2+ρTug2/2(Pa)------------------(29)
其中:
fb———为弯管阻力系数,可由下表确定:
曲率半径/管径
2467
fb
0.3750.1880.1250.095
ρT———弯管处的气固平均密度,kg/m3
ρTug2/2———输送管出口处的压力降,为突涨损失。
6)提升管静压△Ps
①准则(四)△Ps=L(1.5ρ视)·g(Pa)------------------(30)②Zenz法:
△Ps=(Gs提L/up)·g(Pa)------------------(31)
up———固体的平均速度,m/s
up=ug-ut
7)加速阻力降+局部阻力降(△PA+△Pf2)
△PA+△Pf2=N×ug2ρ视/(2g)×10-4(kg/cm2)
=Nug2ρ视/2(Pa)------------------(32)
N———系数(加速催化剂,N=1,每次转向,N=1.25)
(当不考虑局部阻力时,该式与埃索准则(四)式(24)一致)
例2:
某催化裂化装置提升管垂直高度L=23.25m,下段直径0.5m,上段直径0.55m,提升管入口线速Ug入=7.11m/s,出口线速Ug出=12.67m/s,提升管入口气体密度ρg入=6.45kg/m3,出口气体密度ρg出=2.9kg/m3,μ混入=9.15×10-6Pa.s,
μ混出=16.6×10-6Pa.s。
试计算:
催化剂循环量为134吨/时时的提升管压力降。
实测值△pT实=8.67KPa,实测值没有包括局部阻力项。
解:
分别按准则(四)和Zenz法计算及Richards法计算:
(1)按准则(四)法:
1)计算平均表观气速:
Ug=(Ug出-Ug入)/ln(Ug出/Ug入)
=(12.67-7.11)/ln(12.67/7.11)=9.62m/s
2)计算平均视密度:
ρ视=Gs提/ug={143/[3.6×0.785(0.5+0.55)2/4]}/9.62=19.02(kg/m3)
3)由(30)式计算提升管静压△ps:
△Ps=L(1.5ρ视).g=23.25×1.5×19.02×9.8=6503.4Pa=6.50KPa
4)由(27)式计算直管摩擦阻力降△Pf1:
△Pf1=77.4×10-4Lρ视ug2/Dt=77.4×10-4×{(23.25×19.02×9.622)/
[(0.5+0.55)/2]}=603.35Pa=0.60KPa
5)由(24)式计算加速压降△pa:
△PA=ρ视ug2/2=19.02×9.622/2=880.1Pa=0.88KPa
△PT=△pA+△ps+△pf1(没包括局部阻力)
△PT=6.50+0.60+0.88=7.89KPa
与实测值的相对误差=[∣7.98-8.67∣/8.67]×100%≈8%
(2)按Zenz法计算:
1)Gs提=134/{3.6×0.785×[(0.5+0.55)/2]2}=182.97kg/m2·s
2)计算终端速度ut:
假定颗粒密度ρp=1247kg/m3,dp=60×10-6m
ut=[g(ρp-ρg)dp2]/(18μ)
ut入=[g(ρp-ρg)dp2]/(18μ入)
=9.8×(1247-6.45)×(60×10-6)2/(18×9.15×10-6)=0.266m/s
ut出=[g(ρp-ρg)dp2]/(18μ出)
=9.8×(1247-2.9)×(60×10-6)2/(18×16.6×10-6)=0.147m/s
ut=(ut入+ut出)/2=(0.266+0.147)/2=0.207m/s
3)计算up:
提升管入口up=0
提升管出口up=12.67-0.207=12.46m/s
平均up=6.23m/s
4)由(31)式计算静压△Ps:
△Ps=(Gs提L/up)·g=182.97×23.25/6.23×9.8=6691.8Pa=6.69KPa
5)计算摩擦阻力
由(28)式计算△Pf1:
△Pf1=2f.(L/Dt)(ρgug2)[(1+Gs提/(ugρg)]
ρg=(ρg入+ρg出)/2=(6.45+2.9)/2=4.675kg/m3
μ=(μ入+μ出)/2=(9.15×10-6+16.6×10-6)/2=12.87×10-6Pa·S
Re=DtUgρg/μ=0.525×9.62×4.675/12.87×10-6=1.835×10-6
根据《石油炼制工艺设计计算图表》图12-1查得
入=0.017f=入/4=0.017/4=0.00425
△Pf1=2×0.00425×23.25/0.525×(9.622×4.675)×
[1+182.97/(9.62×4.675)]=825.4Pa=0.825KPa
6)由(26)式计算颗粒加速之压降△PA:
△PA=Gs提·ug=182.97×9.62=1760.17Pa=1.76KPa
7)总压降△PT=△Ps+△Pf1+△PA=6.69+0.825+1.76=9.275KPa
与实测值的相对误差=|9.725-8.67|/8.67×100%=7%
(3)由Richards公式直接计算△PT,(20)式
△PT=ρg(1+Gs提/Gg)ug2+ρgL(1+Gs提/Gg)(1+17.5Dt/L)
=4.675[1+182.97/(4.675×9.62)]×9.622+4.675×23.25×[1+182.97/
(4.675×9.62)]×(1+17.50.525/23.25)
=2192.8+1999.6=4192.4Pa=4.192KPa
与实测值的相对误差=|4.192-8.65|/8.67×100%=51.5%
说明:
由上例计算可以看出,埃索准则(四)法与Zenz法的计算结果与实测值的相对误
均在10%以内。
是较为理想的计算式。
而Richards的计算结果与实测值的偏差较大。
提升管内实际密度的计算也可采用两种方法计算出的静压△ps由ρ实=△ps/L·g来求得。
用准
(四)和Zenz法计算出的ρ实分别为28.53和29.36kg/m3。
5.立管及斜管流动压力降
1)立管及斜管压降
①粘滞流动的压力降
粘滞流动时的压力降,主要是气体相对于固体的速度造成的,因为气固之间的摩擦阻力远大于气体对管壁的摩擦阻力,管线上两点间的压降力用厄贡
(Ergun)方程式计算为:
△P=150L×(1-εm)2/εm3×μ|△U|/[g(фsdp)2]
+1.75L(1-εm)/εm3×ρg(△U)2/(gфsdp)
流化催化裂化催化剂фs=1,上式可简化为:
△P=150L×(1-εm)2/εm3×μ|△U|/(gdp2)
+1.75L(1-εm)/εm3×ρg(△U)2/(gdp)-------(33)
式中:
△U———气体相对于固体的速度(△U=Ug/ε-Up),m/s
μ————气体粘度,Pa.s
εm————固定床空隙率。
Ug————气速,m/s
粘滞流动是一种不希望的流动形式,很容易转化为架桥。
据文献介绍对FCC
催化剂在直径12.7mm的垂直立管下流,粘滞流时最大流量为12kg/h,而松动流时
为450kg/h。
而由粘滞流动时所测得的总压降值仅是气体相对固体的速度造成的,
远小的立管静压。
此时若用测得的压降来计算出的密度是属于一个“虚值”,并非
真正的密度值。
②松动流时的压力降
松动流时的压力降包括两项内容,一项为静压,一项为摩擦损失,低点1和
高点2之间的压力降为:
p12
p1-p2=gρ(h2-h1)±△p摩擦-----(34)
当管线与水平成θ角时为:
p1-p2=ρ(h2-h1)sinθ±△p摩-----(35)
气体向上流动时△p摩为“+”值,
气体向下流动时△p摩为“-”值。
△p摩的计算:
Leung[16、17]提出的计算式
△p摩=Gs立2/ρ+2fsGs立2(L/Dt)/ρ,(Pa)---(36)p21
式中:
Gs立————立管的质量流率。
kg/m2·sρ—————立管的平均密度。
kg/m3
fs—————固体摩擦系数,一般fs=0.003
立管中密度一般为5