物料传热系数的获取与软件化(3)
式中:di为换热管内径,单位是m；λc为流体的导热系数,单位是W / (m•℃) ；上式中的总传热系数K可由下式求出:
(2-3)
式中:Δtm 表示温度差对数平均值,单位是℃；F表示为换热管的传热面积,单位是m2；Q表示为换热管的热负荷,单位是W。而C、p、R可用Wilson图解法而得到。故有:
(2-4)
式中: u为管内流体流速,单位是m/s；ρ为水的密度； 可看作定值；R也基本是定值,冷水的密度ρ、冷水的比热容Cp随温度变化很小,通常情况下改变一个冷水流速就可以得一个K值。所以可以得到下式：
所以上述方程具有线性形式:
对于本文实验，首先，需要了解努赛尔常数、雷诺数、普兰特常数。其中：
(2-11)
式中:Nu为努塞尔常数；μ为流体黏度,单位是Pa•s；μw为相应壁温下的液体的黏度,单位是Pa•s；C为给热关联式系数是个常量；p是Re的指数，本文中p取值为2/3；Re为雷诺数；Pr为普兰特常量。
(2-12)
式中:n为转速；ds为搅拌桨直径；dr为反应器内径；μ为反应物料粘度，Pa•s。
(2-13)
式中:μ为反应物料粘度，单位是Pa•s；Cp为反应物料定压力比热；λ为流体的导热系数,单位是W / (m•℃)。
由于 可以写成下式：
式(2-15)可以进行如下化简：
Z为技术参数，γ为物料传热系数，K为所得Wilson曲线的斜率。
下图为Wilson曲线拟合图的分析：
图2.1 Wilson曲线拟合图（示例）
上图中纵坐标为转速的-2/3次方，横坐标为总换热系数的倒数,转速可以进行人为设定，总传热系数可以通过实验直接获得。已知 ，其中 为图中截距，即设备传热系数的倒数，且 即为上图的斜率。通过对数据的曲线拟合可得到不同的斜率值。Z是设备参数 (因为图示中横坐标为转速n-2/3，故可以与最初计算Z的关系式相抵消)这样即可求得物料传热系数的值。
2.2 等比扩大的方法
反应器的移热状况是否良好决定了一个反应过程是否安全并具有经济效益。实践中在等比扩大的过程中只有在知道传热系数是否合理的时候才能得到满意的结果。因此,需要知道移热和放热的大概值域。使用梅特勒RC1反应量热仪可以精确测量这些反应过程中传热系数的变化。显然，最终结果与反应物料和反应器的某些特定常量有关。基于这些常量,可以运用等比扩大的方法计算与反应器几何相似的实际化工生产中反应器的传热系数。此外,可以应用反应量热仪模拟实际生产过程中同等条件下的间歇反应和半间歇反应的危险状况，并测试相关应急危险措施。