本文格式為Word版，下載可任意編輯——均相液體機械攪拌夾套冷卻反應器設計均相液體機械攪拌夾套冷卻反應器設計

工藝計算書（工藝部分）

上海工程技術大學化學工程與工藝系

-1-

均相液體機械攪拌夾套冷卻反應器設計（工藝部分）

一、設計任務

1.處理能力：140000m3/a均相液體；2.設備型式：機械攪拌夾套冷卻器。

二、操作條件

1.均相液溫度保持50℃；2.平均停留時間18min；3.需移走熱量105kW；

4.采用夾套冷卻，冷卻水進口溫度20℃，出口溫度30℃；

5.50℃下均相液的物性參數：比熱容cp?1012J/kg??C，導熱系數

λ?0.622W??C/m，平均密度ρ?930kg/m3，粘度μ?2.733?10?2Pa?s。

6.忽略污垢熱阻及間壁熱阻；

7.每年按300天，每天按24小時連續運行。

三、設計內容

1.設計方案簡介：對確定的工藝流程及設備進行簡要論述；2.攪拌器工藝設計計算：確定攪拌功率及夾套傳熱面積；

3.攪拌器、攪拌器附件、攪拌槽、夾套等主要結構尺寸的設計計算；4.主要輔助設備選型：冷卻水泵、攪拌電機等；5.繪制攪拌器工藝流程圖及設備設計條件圖；6.對本設計的評述。

附：均相液體機械攪拌夾套冷卻反應器設計——工藝計算書

均相液體機械攪拌夾套冷卻反應器設計——工藝計算書

一、選定攪拌器的類型

由于該設計所用攪拌器主要是為了實現物料的均相混合，故推進式、槳式、渦輪式、三葉后掠式等均可選擇，本設計選用六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器。

二、攪拌設備的設計計算

確定攪拌槽的結構及尺寸，攪拌槳及其附件的幾何尺寸及安裝位置，計算攪拌轉速及功率，計算傳熱面積等，最終為機械設計提供條件。

（一）攪拌槽的結構設計

1.攪拌槽的容積、類型、高徑比（1）容積與槽徑

對于連續操作，攪拌槽的有效體積為

攪拌槽的有效體積=流入攪拌槽的液體流量×物料的平均停留時間

-2-

V?14000018??5.833m3

300?2460根據攪拌槽內液體最正確充填高度等于槽內徑，即H?D。現以攪拌槽為平底近似估算槽直徑，則有：

D?H?34V34?5.833??1.95mπ3.14本設計取D?1.95m。

（2）類型

槽體由于沒有特別要求，一般選用常用的直立圓筒型容器。根據傳熱要求，槽體帶夾套，

夾套選用螺旋板夾套，內設導流板，螺距P?50mm，夾套環隙E?50mm。

（3）高徑比

一般實際攪拌槽的高徑比為1.1~1.5，本設計取1.2。故攪拌槽筒體的實際高度為

H0?1.2?1.95?2.34m

2.攪拌槳的尺寸、安裝位置及轉速（1）攪拌槳的尺寸

依據攪拌器直徑的標準值等于1/3槽體內徑，即d?D/3?1.95/3?0.65m查常用標準攪拌器的規格，選用渦輪式攪拌器的型號為：攪拌器700—80，HG5-221-65。其主要尺寸如下：

葉輪直徑d?700mm，葉輪寬度b?140mm，葉片厚度δ?10mm，攪拌軸徑80mm。

（2）攪拌槳的安裝位置

根據經驗，葉輪浸入攪拌槽內液面下方的最正確深度為S?槽底的高度為C?1.95/3?0.65m。

2H，因此，可確定葉輪距3（3）攪拌槳的轉速

對于混合操作，要求攪拌器在湍流區操作，即攪拌雷諾數Re?10，于是有

4ρnd2930?0.72n4Re???16674n?10?n?0.6r/s?36r/min?2μ2.733?10即轉速不能低于36r/min。現依公式n?4.74計算，得πd4.744.74??2.16r/s?129r/minπd3.14?0.7本設計根據經驗并考慮一定余量，選取n?2.0r/s?120r/min，該轉速處在該類型攪拌器常用轉速n?10~300r/min的范圍之內。

3.攪拌槽附件

n?為了消除打旋現象，加強傳熱和傳質，安裝6塊寬度為（1/10~1/12）D，取W=0.2m的擋板，以滿足全擋板條件。全擋板條件判斷如下：

?W??0.2???nb????6?0.39?0.35（符合全擋板條件）D1.95????-3-

1.21.2（二）攪拌槽的工藝計算

1.攪拌功率的計算

采用永田進治公式計算（亦可用Rushton關聯圖計算）

ρnd2930?2.0?0.72Re???33348?300?2μ2.733?10Fr?nd2.0?0.7??0.285g9.8122

由于Re值很大，處于湍流區，因此，應當安裝擋板，以消除打旋現象。從Rushton

Φ?Re關聯圖中讀取臨界雷諾數（湍流區全擋板曲線與層流區全擋板曲線延長線的交點所對應的雷諾數）Rec?14.0。六片平直葉渦輪攪拌器的參數

b/D?0.2/1.95?0.1026d/D?0.7/1.95?0.3590

H/D?1.0sinθ?1.02??b???d?A?14????670??0.6??185??D??????D?

?14?0.1026670?0.3590?0.6??185?36.972??B?102??b??d???1.3?4??0.5??1.14????D??D??????10?1.3?4?0.1026?0.5??1.14?0.3590??100.259?1.8155

2?b??d??b?p?1.1?4???2.5??0.5??7???D??D??D?224

?1.1?4?0.1026?2.5?0.3590?0.5??7?0.10264?1.45990.66?1000?1.2Rec??H?ANp??B??0.66??RecD1000?3.2Rec????p?0.35?b/D??sinθ?1.2

?1000?1.2?14.00.66?36.97??1.8155?0.66?14.0?1000?3.2?14.0?功率N

1.4599?1.0?1.2?2.6407?1.8155?0.9888?1.0?4.436N?Npρn3d5?4.436?930?23?0.75?5547W?5.5kW

亦可根據Re?33348查Rushton圖讀取Φ?Np?5.8，這比用永田進治公式計算的結果要大。這不難理解，由于經驗公式和查圖都存在一定的誤差。

2.夾套換熱面積的計算

（1）槽內液體對槽壁的對流給熱系數?j

-4-

采用左野雄二推薦的槳式和渦輪式攪拌器的傳熱關聯式計算。

?εD4Nuj?0.512??υ3?????0.227?d?Pr1/3???D?0.52?b????D?0.08

單位質量被攪拌液體所消耗的功率ε

ε?N5547??1.025W/kg220.785DHρ0.785?1.95?1.95?930被攪拌液體的運動粘度υ

υ?μ/ρ?2.733?10?2/930?2.939?10?5m2/s

?εD4Nuj?0.512??υ3?αjD?εD4?0.512??υ3λ?????????0.227Pr0.2271/3?d????D?1/30.52?b????D?0.520.08?cpμ???λ?????d????D??b????D?0.08

4?1.025?1.95?0.622???αj?0.512???3?5??1.95???2.939?10?0.227???1012?2.733?10?2??0.622?????1/3??0.359??0.1026??0.512?0.319?2249?3.543?0.587?0.8330.520.08

αj?636.3W/m2??C（2）夾套內冷卻水對槽壁的對流給熱系數α

采用蛇管中流體對管壁的對流傳熱系數公式計算

α?0.027??DeDeRe0.8Pr0.33Vis0.14?1?3.5??Dλ?c?????????冷卻水的定性溫度為?20?30?/2?25C，在此溫度下水的物性如下

cp?4179J/kg??C，λ?0.608W/m??C，ρ?997kg/m3，μ?9.03?10?4Pa?s