应用Visual Basic6.0进行二合一氯化氢石墨合成炉系统设备的优化设计

1、第15卷第1期江苏技术师范学院学报(自然科学版)2021年3月JOURNALOFJIANGSUTEACHERSUNIVERSITY0FTECHNOLOGY(NaturalScienceEdition)Vo1.15.No.1Mar一20o9应用VisualBasic6.0进行二合一氯化氢石墨合成炉系统设备的优化设计熊洁羽,张勤,王国军,张纪霞(江苏技术师范学院化学化工学院,江苏常州213001)摘要:在二合一氯化氢石墨合成炉系统设备优化设置研究的根底上,进一步研究提出了系统设备工艺优化设计计算程序和数学模型,并用可视化语言VisualBasic6.0开发了优化设计应用软件,可快捷准确得到系统设备

2、工艺优化设计结果.关键词:氯化氢;石墨合成炉;冷却管;冷却器;优化设计;应用软件中图分类号:TQ054文献标识码:A文章编号:1674-2222(2021)01-0006060引言近年来随着经济的迅速开展,对高纯盐酸和高品质聚氯乙烯树脂需求加大,我国开发了新型石墨合成炉,配合石墨冷却管和石墨冷却器称之为二合一氯化氢石墨合成炉系统,有效地降低了氯化氢气体中Fez+,Fe3+的含量,可满足高纯盐酸和高品质聚氯乙烯树脂产品的生产要求,其工艺流程如图1所示.循环冷却州水氯气1一石墨合成炉;2一石墨冷却管;3一石墨冷却器;4一HCI气体分配器图1二合一氯化氢石墨合成炉系统氯化氢生产流程示意图Fig.1T

3、hehydrogenchlorideproductionprocessschematicdiagramoftwoinonehydrogenchloridegraphitesynthesisfurnacesystem笔者曾针对新型二合一氯化氢石墨合成炉系统尚无成熟优化设计方法,仍是依据钢制合成炉系统进行工程设计,导致生产中石墨冷却器短期破损,或将系统生产能力降低到65%75%以减缓设备破损的技术问题进行了研究,提出了系统设备优化设置的技术方案为石墨合成炉,纵向翅片管型套管式石墨冷却收稿日期:20210308;修回日期:20210318作者简介:熊洁羽(1957一),女,广西博白人,高级工程师,主

4、要研究方向为化学工程优化设计,化学品开发.第1期熊洁羽张勤王国军等:应用VisualBasic6.0进行二合一氯化氢石墨合成炉系统设备的优化设计7管和YKB圆块孔式石墨冷却器1.但由于该方案设备的优化设计是一个相互关联且繁杂的系统迭代设计计算过程,给开发应用带来一定的难度.因此,笔者进一步研究,在提出系统设备工艺优化设计计算程序和数学模型根底上,应用VisualBasic6.0编制计算机辅助设计应用软件,可快捷准确地得到优化设计结果,对节省设备投资,降低能耗,提高设备利用率具有重要的工业意义.系统设备工艺设计计算程序及主要数学模型1.1系统设备工艺设计计算程序根据石墨合成炉,石墨冷却管和石墨冷

5、却器三者之间的工艺关系以及设备的结构特点23,研究提出系统中设备设计计算程序框图如图2所示.图2二合一氯化氢石墨合成炉系统设备设计计算程序框图Fig.2Equipmentdesigncalculatingprogramblockdiagramoftwo-in-onehydrogenchloridegraphitesynthesisfurnacesystem8江苏技术师范学院学报(自然科学版)第14卷1-2系统设备工艺设计主要数学模型1.2.1合成炉灯头温度因氯气,氢气进入合成炉的灯头混合燃烧再喷射至炉体,故合成炉灯头温度为合成气温度最高点,根据化工热力学理论,合成炉灯头温度可由如下路径得到:人

6、炉氯,氢气体在混合气体温度t下发生反响,反响热将合成气温度升高至灯头温度t.,因此有式:Q,=G合XCtp合X(-t).反响热Q包括H(+C1(=HCI(g)与H+o(=Ho(两个反响,可依据Kirchhoff公式得到,即:Q=GnaxAH.a(298.15K)+(J2985KACdT)xl0+G.xAH.(298.15K)+(J29Rl5KACP,m2dT)x10o由此合成炉灯头温度数学模型为:抖.1.2.2合成炉炉体内侧,夹套侧对流传热系数根据合成炉的结构特点,氯气,氢气在合成炉的灯头处混合燃烧并迅速喷射至炉体,因此选用Chihon和Jebens关联式为合成炉炉体内侧对流传热系数数学模型:

7、hi=0.36×拿×(逝)×(der,Tate关联式,但由于径向孔道长度较短,径向孔道长度与圆孔直径之比<60,流体在孔道中不断改变运动方向,有强化传热的作用,所以应对传热系数的计算值进行修正,那么径向流道对流传热膜系数数学模型为:hlo=h.I1+()nl.总传热系数数学模型:=+Am去,=,rm-学.第1期熊洁羽张勤王国军等:应用VisualBasic6.0进行二合一氯化氢石墨合成炉系统设备的优化设计91.2.4石墨冷却管内管侧,环形侧对流传热系数石墨冷却管内管侧对流传热系数数学模型同石墨冷却器轴向流道对流传热系数.石墨冷却管环形侧对流传热根据冷

8、却管结构分为光滑管型和纵向翅片管型.光滑管型的对流传热系数基于合成炉合成气出13套管尺寸及石墨冷却器的冷却水全部用来冷却,那么Re>10000,因此选用Wiegand关联式.纵向翅片管型的对流传热系数基于合成炉合成气出口套管尺寸及石墨冷却器的冷却水全部用来冷却,(),/等>60000,因此选用口ark关联式:ho=0.023(尝()l,(.其中:d=,=×6一手d:一_,.2二合一氯化氢石墨合成炉系统设备工艺优化设计应用软件二合一氯化氢石墨合成炉系统设备工艺优化设计应用软件哄设四个主程序计算窗口,分别为合成炉灯头温度,合成炉合成气出口温度,石墨冷却管长度和

9、石墨冷却器计算窗口,分别如图3,4,5,6所示.图3合成炉灯头温度计算窗口Fig.3Thecalculatingwindowdiagramofsyntheticfurnacelampcaptemperature五冷梅警长葭谶鬻八菪纛冷却譬台废气出口叠度r;出石墨冷却譬音l戚出舞墨度面一墨擒却蟹掺出lf-一m;抟却水最燕r_l石墨降却鬻内那么对漉痔热系数厂一,-石墨冷却管环彤剐对菠停热幕数厂-7A整冷却管长攫-回羔j图5石墨冷却管长度计算窗口Fig.5Thecalculatingwindowdiagramofgraphitecoolingtubeslength合成妒每】晚气出口强度计算台成炉翟号

10、#i一磊HC1日r盹/日换熬嚣积r炉体内径:_炉传镗rm爽囊内镊rt炉体璧蓐F4冷却水进温度一将却水出口温度$厢豳耀啻悼照鹰r一妒内对萍晒幕蜘r一枇冷却水泄f一k走囊捌对辄棒热系戢ho广一她挠热面积s_厂一蠢鬻I_耀嘲对壤差:o删.毒或出船缚鹿一秘麟毹曦诤hIr_jl图4合成炉合成气出口温度计算窗口Fig.4Thecalculatingwindowdiagramofsynthesisgasouffalltemperature图6石墨冷却器计算窗口Fig.6Thecalculatingwindowdiagramofgraphitecooler10江苏技术师范学院学报(自然科学版)第14卷在计算程

11、序中已采用最小二乘法将设计所涉及到的物性数据与温度关系回归为特定的函数关系,并将合成炉,石墨冷却器和石墨冷却管对应的结构参数编人程序中,因此计算过程不需要查相关的理化数据手册和设备产品样本,只要输入二合一氯化氢石墨合成炉系统的生产条件,就可以得到设计结果,使得繁琐,复杂的优化设计过程变得快捷准确.该软件考虑到系统的完整性和使用的方便性,在主界面窗口中设置了查看数学模型,计算程序和相应的符号说明以及下面问号图标的使用说明控件按纽,并且主程序计算窗口中既显示计算过程的主要数据且可以直接打印计算结果.3应用例如海拉尔地区以海拉尔湖盐为原料电解生产氢氧化钠,局部氯气用于生产聚氯乙烯树脂.氯化氢生产能力

12、lOkffa,年工作日300d.二合一氯化氢石墨合成炉系统的生产条件如表1所示,系统中石墨冷却管的内管,套管尺寸与合成炉气体出口管口尺寸相同,石墨冷却器的冷却水直接进入石墨冷却管将合成气冷却到要求温度.计算过程见图3,4,5,6,计算结果汇总见表2.表1二合一氯化氢石墨合成炉系统生产条件Tab.1Theproductiveconditionoftwoinonehydrogenchloridegraphitesynthesisfurnacesystem表2二合一氯化氢石墨合成炉系统计算结果汇总表Tab.2Calculationresultestotaltableoftwo-in-onehydro

13、genchloridegraphitesynthesisfurnacesystem4结语本文在二合一氯化氢石墨合成炉系统优化设置研究的根底上,通过进一步研究提出了系统设备优化设计计算程序和数学模型,并应用可视化语言VisualBasic6.0开发了计算机辅助设计应用软件,较大程度地提高了设计质量和设计效率,为工业应用提供了便利条件.第l期熊洁羽张勤王国军等i应用VisualBasic6.0进行二合一氯化氢石墨合成炉系统设备的优化设计11文中使用符号的说明C一合成气在(t.+平均温度下的比热容,kJ?kmol一?一G合成气质量流量,kmol?htl合成炉灯头温度,t,T一进入合成炉氯,氢混合气体

14、温度,KG.如一反响生成的HCI气体的质量流量,mol?hG,.一反响生成的H20气体的质量流量,mol?h一氯化氢合成反响的反响产物与原料的摩尔热容系数差值J?mol一?K,一水蒸气合成反响的反响产物与原料热容系数差值,J?tool一?K一AH%(298.15K)一氯化氢合成反响的标准摩尔反响热焓,kJ?tool一d,合成炉炉体内径,m日(298.15K)一水蒸气合成反响的标准摩尔反响热焓,kJ?tool一台P合成气的质量流速,kg?mA各一合成气在定性温度下的导热系数,W?m?oC合成气在定性温度下的粘度,Pa?s合成气在壁温下的粘度,Pa?S-厶合成气在定性温度下的比热容,kJ?kg?A

15、.冷却水在定性温度下的导热系数,W?m?以.合成炉夹套侧流道当量直径,m“.P.一冷却水的质量流速,kg?m冷却水在定性温度下的粘度,Pa?S冷却水在定性温度下的的比热容,kJ?kg?d合成炉炉体外径,In合成炉夹套内径,111d一石墨冷却器轴向流道的孔径,mRe一雷诺准数一石墨冷却器轴向流道孔的长度,mflo一石墨冷却器的径向流道孔径,m一石墨冷却器径向流道孔的长度,mR一外壁侧热阻,m:?W一内壁侧热阻,m:?W-A一石墨材质的导热系数,W?In?oC6石墨块孔的当量传热壁厚,m一块孔单元钻去孔道后的剩余体积,m3一石墨块孑L的平均传热外表积,m:,厅一分别为按轴向和径向流道尺寸计算出的孔

16、道外表积,m.一冷却水在壁温下的粘度,Pa?s以一石墨冷却管套管侧流道当量直径,nlti一翅片厚度,md,翅根直径,m一翅片高度,m17,一翅片数町一流道断面积,m:n一条形水槽宽度,mb一条形水槽水深度,mP一2个纵向翅片之间流道的浸润边长,I11三一石墨冷却管长度,m参考文献:1】熊洁羽.二合一氯化氢石墨合成炉系统设备的优化设置fJ1.现代化工,2006,26(5):5760.【2】熊洁羽.氯化氢圆块孔式石墨冷却器工艺设计方法的研究J】.氯碱工业,2006(11):3942.3】熊洁羽.石墨制氯化氢合成炉气体出口温度确实定【J】.中国井矿盐,2006(2):1518.4尾花英朗.热交换器设

17、计手册(下册)【M】.北京:石油工业出版社,1984.【5j姚玉英.化工原理(上册)M】.天津:天津大学出版社,1999:242246.【6】天津大学物理化学教研室.物理化学(上册)M】.3版.北京:高等教育出版社,1992:9899.【7】许志远.石墨制化工设备【M】.北京:化学工业出版社,2003:6475,109116.8】北京石油化工工程公司.氯碱工业理化常数手册【M.北京:化学工业出版社,1988.【9J青岛化工学院,全国图算学培训中心,刘光启,等.化学化工物性数据(上册)【M】.北京:化学工业出版社,2002【10】化学工业部化学工程设计技术中心站.化工工艺设计根底数据手册M】.北

18、京:化工部化工设计中心,1982.111CraigJC,WebJ.VisualBasic5.0开发与技巧MI.张威,译.北京:机械工业出版社,1998.(下转第22页)江苏技术师范学院学报(自然科学版)第14卷DiscriminationofSomeQuestionsinOrganicSynthesisTestJIAHong-bin(Jsch.lofChemistryandChemicEngineering,JiangsuTeacheUnie纱c凡0zo昌y,Changzhou213001,China)Abstract:Somesimplebutwrongexpressi.nsin.rganicsynthesiswere.ccasionallyfoundinaduateenmllingest?ThesecanaffectthestudentstestresuIt.Theanalysisveninthepaperajmst.bnngt0teachersattenti.nandthenthesee1IOrsareav.ided.rreducedasfarasp.ssible.Keywords:expression;decaboylation;graduatetest责任编辑张志钊(上接第11页)TheOptimumDesignofTwo-i