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立式搅拌反应釜设计—九游体育平台官网

立式搅拌反应釜设计

发布时间:2025-08-09

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  在已知搅拌器的操作容积后,首先要选择罐体适宜的长径比(H/D),以确定罐体直径和高度。长径比的确定通常采用经验值,即2-1

  选择合适的高径比,将上式计算结果圆整成标准直径。椭圆封头选择标准件,其内径与筒体内径相同。可参照《化工设备机械基础课程设计指导书》的附录查找。通过式(2-10)得出罐体高度。

  搅拌器的作用是使釜内物料混合均匀。搅拌器的类型很多,分为:推进式、桨式、涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺带式等,搅拌器选型时,主要考虑:

  搅拌器尺寸与转速的大小与搅拌目的及被搅拌物料的物性有关。例如,均相液相的混合与固体的溶解对转速的要求较低。而非均相液体的乳化或气相的分散则要求较高的转速。对黏度小的液体,搅拌器的作用范围较大,可用较小直径的搅拌叶。液体的黏度很高时,则搅拌器的有效作用范围变小,需要较大的搅拌器。对于要不断清除釜壁上析出的固体物料时,则需要采用直径接近釜体内径的锚式搅拌器。搅拌器结构的确定按标准构型搅拌装置考虑。

  搅拌速的确定根据经验确定,表2-3列举了常用类型搅拌器的尺寸范围与转速范围。若物料粘度不是太高,通常转速在80~120转/分。

  叶端切线速度反映了搅拌作用的剧烈程度,根据搅拌目的、物料性质等确定叶端切线速度,u的值大致范围如下:

  (2)对无挡板而Re300的搅拌系统,不能忽略重力影响时,须用式2-11,

  当搅拌器的形式在文献上查不到功率曲线;可根据搅拌器的形状因子对构型相近的搅拌器的功率曲线加以校正,估算出该装置的功率值。

  随叶片数目的减少,平叶片涡轮的排液量降低,而弯叶片涡轮排液量降低不多,但功率消耗降低。在层流时弯叶片涡轮与平直叶片涡轮的功率消耗相同,但在湍流时弯叶片的功率消耗低于平直叶片。

  (4)对低、中粘度液体,叶轮安装高度Hj对功率无影响;对高粘度液体,叶轮近液面(Hj=0.9T)时功率消耗低,反之高。

  (5)各种涡轮其叶轮间距距离S对功率输入的影响见《精细化工过程及设备》(濮存恬,化学工业出版社,2005)。

  对于非均相的液-液体系,由于两相的存在,其物性与均相体系是不相同的。在计算其搅拌功率时,须先求出两相的平均密度和平均黏度,再用均相液体体系搅拌功率的计算方法和计算公式来求取液-液非均相体系的搅拌功率。

  对于固相含量不大,能形成均一的悬浮状态的固-液体系,在计算器搅拌功率时,可以应用平均黏度和平均密度,按照均相液体的计算方法和计算公式求得。

  气液体系的搅拌功率比单纯液体的搅拌功率低,其降低的程度与桨叶附近的气泡分散状态有关,用无因此的通气系数Na表示浆叶附近的气泡分散程度。

  在实际求取气液体系的搅拌功率时,须按照通气时的操作条件计算单纯液体的搅拌功率,再根据由图或者公式(2-35)求取。(左识之,精细化工反应器及车间工艺设计,P123)

  直径为容器直径0033~054倍布置在器底的螺旋状蛇管 — 2.5~3.0 — —

  对于填料密封,其摩擦损失功率可取为搅拌功率的10%,但不能小于373W;对于机械密封,其摩擦功率约为填料密封的10%~15%。

  电动机通过各种传动装置将能量传给搅拌器时,由于摩擦作用,必定消耗一部分能量。其传动装置的机械效率可参见《精细化工反应过程与设备》(张晓娟,中国石化出版社,2008; 第77页)

  Q2—加热剂或者冷却剂传递的热量(加热剂加入热量为“+”,冷却剂吸收热量为“─”),kJ

  Q3—过程的热效应(放热为“+”,吸热为“─”,与热焓符号正好相反),kJ

  要计算传热设备的热负荷,就是要求出其中Q2的值。以下分别计算各部分的热量。一般以进料温度作为基准计算比较方便。

  Q5 和Q6是在反应过程中热量的损失,在工业上一般估计Q5 +Q6=15% Q2

  不管是间歇式反应器还是连续式反应器,在计算传热面积的热负荷以及加热剂或者冷却剂的量时,必须以小时作基准。

  在精细化工生产过程中经常遇到组分混合、稀释和浓缩问题,这些过程往往有热效应产生。一般物质水溶液浓度变化时,其热效应的数值不大,可忽略不计。但是强酸、强碱类物质水溶液浓度变化时热效应较大,必须计入。其热效应可以是正的(放热),也可以是负的(吸热)。其热效应可通过积分熔解热或者无限稀释热计算浓度变化热。物质的积分熔解热和无限稀释热数值可以从相关化工手册中获得,也可以通过有关公式或者图表获得。

  反应器是进行化学反应的设备,化学反应过程常伴有放热或者吸热反应,为了维持最佳的反应温度,反应器中必须设置传热装置。一般的搅拌釜是在釜体的内部或外部设置供加热或冷却用的传热装置,通常为釜体外部夹套或釜内蛇管。

  夹套一般由普通碳钢制备,它是套在反应器筒外能形成密封空间的容器,既简单又方便。为了强化传热,在夹套内常采用螺旋导流板。夹套筒器身的间距视容器公称直径的大小采用不同的数值,一般为25~100 mm。夹套的高度取决于工艺要求的传热面积,但一般不能低于料液的高度,应比液面高度高出50~100 mm,以保证传热。通常加套内的压力不能超过1000 kPa,夹套传热的优点是结构简单,耐腐蚀,适应性强。但是传热效率不太高。

  计算K值的基准面积,习惯上常用设备的外表面积Ao,当Ao/Ai2时近似按平壁计算,即AiAmAo。在计算给热系数不考虑锅壁厚度的影响。

  常数J、a、b、c的值与搅拌器型式、Res的范围、锅内有无挡板、反应锅几何形状等因素有关。见表2-8。

  如夹套内走的是蒸汽,由于釜侧(反应区侧)的传热膜系数往往较小,因此蒸汽冷凝的传热膜系数取=6000~9000W/m2·K,对整个的传热系数不至于有多大的误差。

  当需要的传热面加较大,而夹套传热不能满足要求时,或者壳体内衬有橡胶、耐火砖等隔热材料而不能采用夹套传热时,可采用蛇管传热。蛇管沉浸在物料中,热量损失小,传热效果好。蛇管过长时,管内流体阻力大,能量消耗多,因此蛇管不能过长,蛇管的直径一般为25~70 mm的管子。

  μ------流体在主体温度下的黏度,Pa·s; μw------流体在壁温下的黏度,Pa·s。

  对于间歇釜式反应器,在进行热量衡算时是以每天处理的物料量为基准,在计算传热面积时是以小时为基准。

  对于间歇釜式反应器,在进行热量衡算时是以每天处理的物料量为基准,在计算传热面积时是以小时为基准。

  夹套类型有整体夹套、半圆管夹套、型钢夹套和蜂窝夹套。通常整体夹套的压力不能超过1MP,否则将会因罐体及夹套壁厚太大,增加制造的困难。当反应器直径较大或采用的传热介质压力较高时,可采用后三种类型,这样不但能提高传热介质的流速,改善传热效果,而且能提高筒体承受内、外压的强度和刚度,各种夹套的使用范围见下表:

  常用的整体夹套结构类型有四种,如图2-1所示。其中a型仅圆筒的一部分有夹套,用在需加热面积不大的场合。b型为圆筒的一部分和下封头包有夹套,是最常用的典型结构。c型是考虑到筒体受外压时为了减小筒体的计算长度L,或者为了实现分段控制而采用分段夹套。d型为全包式夹套,与前三种比较,有最大传热面积。

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