釜式反應(yīng)器的攪拌與傳熱

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1、第四章 釜式反應(yīng)器的攪拌與傳熱精 細(xì) 化 工 反 應(yīng) 過 程 的 化 學(xué) 變 化 ， 是 以 反 應(yīng) 物 的充 分 混 合 以 及 維 持 適 宜 的 反 應(yīng) 溫 度 為 前 提 的就 釜 式 反 應(yīng) 器 而 言 ， 達(dá) 到 充 分 混 合 的 根 本 條 件是 對(duì) 反 應(yīng) 混 合 物 進(jìn) 行 充 分 的 攪 拌 ； 滿 足 適 宜 的反 應(yīng) 溫 度 的 根 本 途 徑 是 良 好 的 傳 熱 。 所 以 ， 攪拌 裝 置 、 傳 熱 構(gòu) 件 就 成 為 釜 式 反 應(yīng) 器 不 可 缺 少的 組 成 部 分本 章 包 括 以 下 內(nèi) 容 ： 第 四 章 釜 式 反 應(yīng) 器 的 攪 拌 與 傳

2、熱 4.1攪 拌 器 型 式 及 其 液 體 流 型 4.2攪 拌 過 程 的 種 類 及 攪 拌 器 的 選 型 4.3攪 拌 器 功 率 的 計(jì) 算 4.4釜 式 反 應(yīng) 器 的 傳 熱 4.5攪 拌 系 統(tǒng) 傳 熱 時(shí) 間 4.1.1 攪拌器的一般型式攪 拌 器 主 要 有 *推 進(jìn) 式 、 渦 輪 式 、 槳 式 、 框 式 、 錨式 等 。 (1) 槳 式 常 用尺 寸 dj/D=0.350.80; z =2b/dj=0.100.25; =45,60一 般轉(zhuǎn) 速 1100 rpm介 質(zhì)粘 度 2000cP流 動(dòng)狀 態(tài) a:低 速 時(shí) ,水 平 切 線 流 ;高 速 時(shí) 水 平 徑 向

3、 流b:有 軸 向 分 流 ,徑 向 分 流 及 環(huán) 向 分 流 。 多 在 層 流 及 過 度 流 操 作各 種 不 同 攪 拌 器 的 特 性 及 應(yīng) 用 如 下 ： (2-1) 開 啟 渦 輪 式 常 用尺 寸 dj/D=0.200.50(0.33); z =3,4,6,8b/dj=0.150.30; = 45,60;后 彎角 a = 30,50,60,80一 般轉(zhuǎn) 速 10300 rpm介 質(zhì)粘 度 5 104cP; b,c 104cP流 動(dòng)狀 態(tài) a,c:徑 向 流 ,有 擋 板 時(shí) 以 槳 葉 為 界 形 成 上 下 兩 個(gè) 循 環(huán) 流b:有 軸 向 分 流 ,近 于 軸 型 流備

4、 注 最 高 轉(zhuǎn) 速 可 達(dá) 600rpm 常 用尺 寸 dj/l/b=20:5:4; z = 4,6,8dj/D=0.20.5; = 45,60;后 彎 角a = 45一 般轉(zhuǎn) 速 10300 rpm介 質(zhì)粘 度 5 104cP; b,c 104cP流 動(dòng)狀 態(tài) a,c:徑 向 流 ,有 擋 板 時(shí) 以 槳 葉 為 界 形 成 上 下 兩 個(gè) 循 環(huán) 流b:有 軸 向 分 流 ,備 注 最 高 轉(zhuǎn) 速 可 達(dá) 600rpm, 圓 盤 上下 流 體 混 合 不 及 開 啟 渦 輪(2-2) 圓 盤 渦 輪 式 (3) 推 進(jìn) 式 常 用尺 寸 dj/D=0.20.5(0.33); s/d=1,

5、2;z=2,3,4一 般轉(zhuǎn) 速 100500 rpm介 質(zhì)粘 度 2000cP流 動(dòng)狀 態(tài) 軸 流 型 ,循 環(huán) 速 率 高 ,剪 切 力小 ,采 用 擋 板 獲 導(dǎo) 流 筒 則 軸向 循 環(huán) 更 強(qiáng)備 注 最 高 轉(zhuǎn) 速 可 達(dá) 1750rpm (4) 錨 式 及 框 式 常 用尺 寸 dj/D=0.90.98; b/D=0.1;h/D=0.481.0一 般轉(zhuǎn) 速 1100 rpm介 質(zhì)粘 度 105cP流 動(dòng)狀 態(tài) 水 平 切 線 流 ,層 流 態(tài) 操 作備 注 可 加 立 葉 及 橫 梁 (5) 螺 帶 式 常 用尺 寸 dj/D=0.90.98; s/dj=0.5,1,1.5;b/D=

6、0.1;h/dj=1.03.0一 般轉(zhuǎn) 速 0.550 rpm介 質(zhì)粘 度 105cP流 動(dòng)狀 態(tài) 軸 流 型 ,一 般 是 流 體 沿 反應(yīng) 器 壁 上 升 再 沿 槳 軸 而下 ,層 流 態(tài) 操 作 (6) 螺 桿 式 常 用尺 寸 dj/D=0.40.5; s/dj=1,1.5; b/D=0.1;h/dj=1.03.0一 般轉(zhuǎn) 速 0.550 rpm介 質(zhì)粘 度 105cP流 動(dòng)狀 態(tài) 軸 流 型 ,有 導(dǎo) 流 筒 時(shí) ,一 般導(dǎo) 流 筒 內(nèi) 流 體 向 下 ,導(dǎo) 流筒 外 流 體 向 上 流 動(dòng) ,層 流態(tài) 操 作 4.1.2 攪拌流體的流型*概 括 地 講 ,攪 拌 器 的 作 用

7、是 賦 予 流 體 以 機(jī) 械 能 ， 并 使之 以 適 宜 的 狀 況 流 動(dòng) 。而 流 體 的 流 動(dòng) 狀 態(tài) 也 因 攪 拌 器 的 型 式 、 攪 拌 附 件 的有 無 及 其 種 類 而 異 。一 般 而 言 ， 攪 拌 流 體 的 流 型 可 歸 納 為 以 下 幾 類 ：(1)軸 向 流 ： 流 體 沿 攪 拌 軸 的 方 向 流 動(dòng) ， 分 為 軸 向 流 和 分 區(qū) 軸 向 流(2)徑 向 流 ： 流 體 沿 反 應(yīng) 器 的 半 徑 方 向 在 攪 拌 器 與 釜 壁 間 流 動(dòng)(3)切 線 流 (環(huán) 向 流 )： 流 體 沿 攪 拌 軸 作 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 流 體 流 型

8、的 作 用 ：攪 拌 流 體 的 流 型 對(duì) 傳 質(zhì) 傳 熱 有 著 顯 著 的 影 響 ， 也 是攪 拌 器 的 重 要 特 性 之 一 ， 攪 拌 器 型 式 不 同 ， 其 對(duì) 應(yīng)的 流 體 流 型 也 顯 著 不 同 。 一 般 而 言 ：軸 向 流 剪 切 作 用 小 而 循 環(huán) 速 率 高 ；徑 向 流 剪 切 作 用 大 而 循 環(huán) 速 率 低 ；切 線 流 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 可 以 提 高 夾 套 的 傳 熱 速 率 ， 但 對(duì) 其它 過 程 往 往 產(chǎn) 生 不 利 影 響 ， 而 且 ， 切 線 流 的 存 在 經(jīng)常 使 流 體 液 面 下 陷 ， 嚴(yán) 重 時(shí) 導(dǎo) 致 槳 葉

9、露 出 液 面 。加 擋 板 可 抑 制 切 線 流 ， 減 小 液 面 下 陷 深 度 。 切 線 流 、 液 面 下 陷 及 加 擋 板 的 流 動(dòng) 狀 況 改 變 攪 拌 器 的安 裝 方 式 ， 如將 攪 拌 器 偏 心安 裝 ， 可 以 改變 被 攪 拌 流 體的 流 動(dòng) 狀 況 ，從 而 在 一 定 程度 上 達(dá) 到 消 除切 線 流 ， 抑 制液 面 下 陷 ， 減小 流 動(dòng) 死 角 ，強(qiáng) 化 傳 質(zhì) 、 傳熱 的 目 的 不 同 類 型 攪 拌 器 的 流 體 流 型 a-槳 式 有 檔 板 b-渦 輪 式 無 檔 板 c-渦 輪 式 有 檔 板 d-推 進(jìn) 式 有 檔 板 e

10、 - 錨 式 f - 螺 桿 式 帶 導(dǎo) 流 筒 g - 螺 帶 式 4.1.3攪 拌 附 件 (1)擋 板 ： 一 般 是 長(zhǎng) 條 形 豎 向 固 定 在 攪 拌 釜 內(nèi) 壁 上 的 板 。 作 用 :加 劇 流 體 的 湍 動(dòng) 程 度 ， 消 除 切 線 流 ， 提 高 攪 拌器 的 剪 切 性 能 。 全 擋 板 條 件 ： 擋 板 數(shù) 目 足 夠 ， 再 增 加 數(shù) 目 ， 攪 拌 效率 也 不 再 增 加 ， 此 時(shí) 稱 為 全 擋 板 條 件 。 板 寬 W (1/201/10)D， 視 粘 度 高 低 而 減 增 ； 數(shù) 目 依 釜 徑 尺 寸 而 異 ， 小 直 徑 釜 一 般

11、 24個(gè) ， 大 者 一般 48個(gè) 。 通 常 以 46個(gè) 居 多 。 n擋 板 安 裝 方 式 n擋 板 安 裝 方 式 D形 折 流 檔 板 指 形 套 管 式傳 熱 檔 板 示 意 圖 (2)導(dǎo) 流 筒 導(dǎo) 流 筒 為 圓 筒 型 ， 緊 包 著 槳 葉 ， 可 使 槳 葉 排 出 的 流體 在 導(dǎo) 流 筒 內(nèi) 外 形 成 上 下 循 環(huán) 流 ， 從 而 更 嚴(yán) 格 地控 制 流 體 流 型 ， 并 可 得 到 高 速 渦 流 和 高 倍 循 環(huán) 量 ，從 而 達(dá) 到 防 止 短 路 ， 強(qiáng) 化 傳 質(zhì) 傳 熱 的 目 的 。 此 外 ， 某 些 情 況 下 ， 這 些 附 件 的 功

12、能 可 由 其 它 非 附件 工 藝 接 管 實(shí) 現(xiàn) ， 如 傳 熱 蛇 管 可 起 導(dǎo) 流 筒 的 作 用 ；傳 熱 擋 板 、 小 容 積 反 應(yīng) 器 的 壓 料 管 和 熱 電 偶 可 起 擋板 作 用 等 推 進(jìn) 式 攪 拌 器 的 導(dǎo) 流 筒 示 意 圖 4.2.1攪 拌 過 程 的 種 類 （ 1） 均 相 液 體 混 合 （ 2） 液 一 液 分 散 （ 3） 氣 一 液 分 散 （ 4） 固 一 液 分 散 （ 5） 結(jié) 晶 （ 6） 固 體 溶 解 （ 7） 強(qiáng) 化 傳 熱 4.2.2攪 拌 的 混 合 機(jī) 理 攪 拌 器 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 葉 輪 把 能 量 傳 給 它 周

13、圍 的 液 體 ，使 這 些 液 體 以 很 高 的 速 度 運(yùn) 動(dòng) 起 來 。 當(dāng) 這 些 高 速運(yùn) 動(dòng) 的 液 體 掠 過 靜 止 或 運(yùn) 動(dòng) 速 度 較 低 的 液 體 時(shí) ，產(chǎn) 生 強(qiáng) 烈 的 剪 切 作 用 。 在 這 種 剪 應(yīng) 力 的 作 用 下 ， 靜 止 或 低 速 運(yùn) 動(dòng) 的 液 體也 跟 著 以 很 高 的 速 度 運(yùn) 動(dòng) 起 來 ， 從 而 帶 動(dòng) 所 有 液體 在 設(shè) 備 范 圍 內(nèi) 流 動(dòng) 。 這 種 設(shè) 備 范 圍 內(nèi) 的 循 環(huán) 流動(dòng) 稱 為 “ 宏 觀 流 動(dòng) ” 。 由 此 造 成 的 設(shè) 備 范 圍 內(nèi) 的 擴(kuò) 散 混 合 作 用 稱 作 “ 主體 對(duì) 流

14、 擴(kuò) 散 ” 。 處 于 高 速 液 流 和 靜 止 或 低 速 液 流 界 面 的 液 體 ， 由 于 受到 強(qiáng) 烈 的 剪 切 作 用 被 卷 起 而 形 成 漩 渦 。 這 些 高 速 旋轉(zhuǎn) 的 漩 渦 又 對(duì) 它 周 圍 的 液 體 造 成 強(qiáng) 烈 的 剪 切 作 用 ， 從而 產(chǎn) 生 更 多 的 漩 渦 。 眾 多 的 漩 渦 一 方 面 把 更 多 的 液 體挾 帶 到 作 宏 觀 流 動(dòng) 的 主 體 液 流 中 去 ， 同 時(shí) 形 成 局 部范 圍 內(nèi) 液 體 快 速 而 紊 亂 的 對(duì) 流 運(yùn) 動(dòng) ， 即 局 部 的 湍 流流 動(dòng) 。 這 種 局 部 范 圍 內(nèi) 的 漩 渦 運(yùn)

15、 動(dòng) 稱 為 “ 微 觀 流動(dòng) ” 。 由 此 造 成 的 局 部 范 圍 內(nèi) 的 擴(kuò) 散 混 合 作 用 稱 作 “ 渦 流對(duì) 流 擴(kuò) 散 ” 。 攪 拌 設(shè) 備 里 不 僅 存 在 渦 流 對(duì) 流 擴(kuò) 散 和 主 體 對(duì) 流 擴(kuò) 散 ，還 存 在 分 子 擴(kuò) 散 ， 其 強(qiáng) 弱 程 度 依 次 減 小 。 實(shí) 際 的 混合 作 用 是 上 述 三 種 擴(kuò) 散 作 用 的 綜 合 。 4.2.3循 環(huán) 流 量 攪 拌 器 應(yīng) 具 有 兩 方 面 的 性 能 (1)能 產(chǎn) 生 強(qiáng) 大 的 液 體 循 環(huán) 流 量 所 謂 液 體 循 環(huán) 流 量 是 指 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 在 設(shè) 備 范 圍 內(nèi)

16、 進(jìn)行 循 環(huán) 流 動(dòng) 的 液 體 體 積 ， 用 Q表 示 。 顯 然 ， 液 體 循 環(huán) 流 量 Q是 宏 觀 混 合 的 表 征 。 Q越 大 ，宏 觀 混 合 效 果 越 好 ， 所 需 的 混 合 時(shí) 間 就 越 短 。 （ 2） 能 產(chǎn) 生 強(qiáng) 烈 的 剪 切 作 用 剪 切 作 用 越 強(qiáng) 烈 ， 漩 渦 運(yùn) 動(dòng) 及 其 所 造 成 的 湍 流 流 動(dòng)就 越 劇 烈 ， 分 散 的 微 團(tuán) 尺 寸 就 越 小 。 要 求 得 到 高 分 散 度 的 攪 拌 過 程 ， 如 氣 一 液 分 散 、 液一 液 分 散 、 固 體 溶 解 就 應(yīng) 該 選 用 能 產(chǎn) 生 強(qiáng) 烈 剪 切

17、 作用 的 攪 拌 器 。 液 體 循 環(huán) 流 量 是 葉 輪 的 排 液 量 與 由 它 所 吸 引 挾 帶的 液 體 量 之 和 。 按 離 心 泵 原 理 ， 葉 輪 的 排 液 量 與 葉 輪 轉(zhuǎn) 速 的 一 次方 及 葉 輪 直 徑 的 三 次 方 成 正 比 。 Q=NQnd3 式 中 液 體 循 環(huán) 流 量 m3/s； 攪 拌 葉 輪 轉(zhuǎn) 速 1/s; 攪 拌 葉 輪 直 徑 。 N Q 循 環(huán) 流 量 數(shù) 3ndQ 循 環(huán) 流 量 數(shù) 與 攪 拌 雷 諾 數(shù) Res、 葉 輪 型式 、 葉 輪 直 徑 、 葉 片 數(shù) 目 等 許 多 因 素 有 關(guān) 。 當(dāng) Res 104、 有

18、 擋 板 時(shí) 推 進(jìn) 式 攪 拌 器 ： NQ=0.68 .975 渦 輪 式 攪 拌 器 ： NQ=1.195.655 4.2.4葉 輪 的 剪 切 性 能 攪 拌 器 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 葉 輪 把 能 量 傳 給 液 體 ， 葉 輪 傳 給 單位 重 量 液 體 的 能 量 稱 作 葉 輪 的 壓 頭 ， 用 H表 示 。 式 中 1液 體 離 開 葉 輪 的 速 度 ， m/s； 重 力 加 速 度 m/s2； u攪 拌 葉 輪 的 葉 端 速 度 m/s 壓 頭 H是 葉 輪 所 產(chǎn) 生 的 剪 切 作 用 大 小 程 度 的 度 量 。22221 2= dnuguH 4.2.5攪 拌

19、功 率 的 分 配 攪 拌 功 率 Ps與 液 體 循 環(huán) 流 量 Q、 壓 頭 H的 關(guān) 系 Ps=gQH 上 式 表 明 ， 攪 拌 功 率 與 葉 輪 轉(zhuǎn) 速 的 三 次 方 、葉 輪 直 徑 的 五 次 方 成 正 比 。 攪 拌 功 率 Ps分 為 兩 部 分 ， 一 部 分 用 于 產(chǎn) 生 液體 的 循 環(huán) 流 動(dòng) ， 造 成 宏 觀 混 合 ； 一 部 分 用 于產(chǎn) 生 液 體 的 剪 切 流 動(dòng) ， 減 少 微 團(tuán) 的 尺 寸 。 QHPs 53 dnPs 38dHQ 58nHQ 4.2.6攪 拌 器 的 選 型一 般 原 則 *：考 慮 攪 拌 目 的 ， 工 藝 過 程 對(duì)

20、 攪 拌 的 要 求 以 及被 攪 拌 流 體 的 流 體 力 學(xué) 性 質(zhì) ， 同 時(shí) 還 要 考 慮動(dòng) 力 消 耗 問 題所 以 ， 一 個(gè) 好 的 選 型 方 案 應(yīng) 是 經(jīng) 濟(jì) 合 理 ， 安全 可 靠 ， 符 合 工 藝 要 求 的 方 案 .判 據(jù) ： 選 型 結(jié) 果 合 理 ， 選 型 方 法 簡(jiǎn) 單 。 (1) 根 據(jù) 攪 拌 目 的 選 型 低 粘 度 均 相 液 體 混 合 -推 進(jìn) 式 攪 拌 器 非 均 相 液 液 分 散 過 程 -渦 輪 式 攪 拌 器 。 特 別 是 平 直 葉 渦 輪攪 拌 器 氣 液 分 散 過 程 -渦 輪 式 攪 拌 器 固 體 懸 浮 操

21、作 -固 液 比 重 差 小 優(yōu) 先 選 擇 推 進(jìn) 式 攪 拌 器 固 液 比 重 差 大 -選 用 開 啟 式 渦 輪 攪 拌 器 固 體 顆 粒 對(duì) 葉 輪 的 腐 蝕 性 較 大 時(shí) ， 選 用 開 啟 彎葉 渦 輪 攪 拌 器 固 體 溶 解 -開 啟 式 渦 輪 攪 拌 器 結(jié) 晶 過 程 -微 粒 結(jié) 晶 選 擇 渦 輪 式 攪 拌 器 粒 度 較 大 的 結(jié) 晶 -可 選 擇 槳 式 攪 拌 器 以 傳 熱 為 主 的 攪 拌 操 作 -選 用 渦 輪 式 攪 拌 器 攪 拌 器 選 型 表 (O表 示 合 適 ,空 白 表 示 不 合 適 或 不 詳 )攪 拌器 型 式 攪

22、拌 目 的 反 應(yīng) 器容 量 /m3低 粘度 液混 合 高 粘度 液混 合 固 液反 應(yīng) 氣 液反 應(yīng) 液 液反 應(yīng)槳 式 O O O 1200渦 輪 式 O O O O 1100推 進(jìn) 式 O O O 11000錨 式 O 1100螺 帶 式 O 150 48 (2) 根 據(jù) 粘 度 選 型 49 4.3.1攪 拌 器 功 率 的 計(jì) 算攪 拌 器 賦 予 反 應(yīng) 釜 內(nèi) 的 流 體 以 機(jī) 械 能 需 要 外 界能 量 輸 入 。使 攪 拌 器 連 續(xù) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 所 需 要 的 功 率 稱 為 攪 拌 器 功率 ， 亦 稱 攪 拌 功 率 或 軸 功 率 (不 包 括 消 耗 于 機(jī)械 傳

23、動(dòng) 和 軸 密 封 部 分 的 功 率 )攪 拌 功 率 目 前 尚 不 能 由 理 論 算 出目 前 通 常 采 用 相 似 論 和 因 次 分 析 的 方 法 ， 將 與 攪 拌 功 率 有關(guān) 的 幾 何 變 量 、 操 作 變 量 和 物 理 變 量 轉(zhuǎn) 換 成 少 數(shù) 有 物 理 意義 的 可 作 為 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 的 無 因 次 數(shù) 群 ， 通 過 準(zhǔn) 數(shù) 關(guān) 聯(lián) 求 得 攪拌 功 率 。 50 影 響 攪 拌 功 率 的 物 理 因 素 有 *： （ 1） 攪 拌 器 的 轉(zhuǎn) 速 n； （ 2） 液 體 密 度 、 液 體 粘 度 ； （ ） 重 力 加 速 度 。 因 為 當(dāng)

24、出 現(xiàn) “ 打 漩 ” 時(shí) ， 必 有 部 分液 體 被 推 到 高 于 平 均 液 面 的 位 置 ， 該 部 液 體 需 克 服 重 力 作功 。 影 響 攪 拌 功 率 的 幾 何 因 素 有 *： （ 1） 攪 拌 器 的 直 徑 d； （ 2） 攪 拌 器 葉 片 數(shù) Z、 攪 拌 器 形 狀 、 葉 片 寬 度 、 攪 拌 器葉 輪 離 釜 底 距 離 C； （ 3） 攪 拌 釜 內(nèi) 徑 、 釜 內(nèi) 所 裝 液 體 深 度 ， 擋 板 數(shù) 目 、擋 板 寬 度 W。 顯 然 ， 攪 拌 功 率 是 攪 拌 器 葉 輪 形 狀 、 尺 寸 和 轉(zhuǎn) 速 ， 被 攪 拌流 體 的 密 度

25、 和 粘 度 ， 攪 拌 釜 的 大 小 和 內(nèi) 部 構(gòu) 件 (擋 板 或 其它 障 礙 物 )情 況 以 及 攪 拌 器 在 反 應(yīng) 釜 內(nèi) 的 位 置 的 函 數(shù) 。 對(duì) 于 特 定 的 攪 拌 裝 置 ， 通 常 用 攪 拌 器 直 徑 d作 為 特 征 尺 寸 ，而 把 其 他 的 幾 何 尺 寸 用 無 因 次 的 比 變 量 來 表 示 。 所 以 ， 攪 拌 功 率 Ps可 表 示 為 上 述 諸 因 素 的 函 數(shù) ： 如 果 在 不 同 規(guī) 模 的 一 系 列 攪 拌 裝 置 中 保 持 幾 何 相 似 ， 則 對(duì)比 量 1、 2、 3 都 為 常 數(shù) ， 上 式 可 化 簡(jiǎn)

26、 為 ：.=,=,= 321 dCdhdD .),(= 321 gdnfPs ),(= gdnfPs 假 定 此 函 數(shù) 關(guān) 系 是 最 簡(jiǎn) 單 的 指 數(shù) 函 數(shù) ， 令 式 中 K為 常 數(shù) ， 是 攪 拌 器 幾 何 構(gòu) 型 的 總 形 狀 系 數(shù) 。 用 長(zhǎng) 度 -質(zhì) 量 -時(shí) 間 （ L-M-） 單 位 制 進(jìn) 行 因 次 分 析 得 出 如下 關(guān) 系 式 ： N P功 率 準(zhǔn) 數(shù) ， Res攪 拌 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) ， gdKnPs = yxs gdnndKdnP )()(= 2253 yxsP FrsKdnPN Re= 53 53= dnPN sP 2=Re nds Fr佛 魯 德

27、 準(zhǔn) 數(shù) ， gdnFr 2= 這 些 無 因 次 準(zhǔn) 數(shù) 的 物 理 意 義 是 ： 功 率 準(zhǔn) 數(shù) Np含 有 攪 拌 功 率 PS， 代 表 輸 入 功 率 ； 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) Res表 示 流 體 的 慣 性 力 與 粘 滯 力 之 比 ； 佛 魯 德 準(zhǔn) 數(shù) Fr表 示 流 體 的 慣 性 力 與 重 力 之 比 。 上 式 可 以 寫 成 上 述 關(guān) 聯(lián) 式 只 與 攪 拌 器 的 各 項(xiàng) 尺 寸 比 例 有 關(guān) ， 而 與反 應(yīng) 釜 的 大 小 無 關(guān) ， 因 此 對(duì) 于 一 定 的 攪 拌 系 統(tǒng) ， 通過 實(shí) 驗(yàn) 求 得 Np和 Res的 關(guān) 系 ， 可 獲 得 功 率 曲

28、線 圖 。 以 圖 4-12（ 標(biāo) 準(zhǔn) 尺 寸 渦 輪 攪 拌 器 的 功 率 曲 線 和 同 一攪 拌 器 無 檔 板 時(shí) 的 功 率 曲 線 ） 來 說 明 攪 拌 功 率 的 一般 規(guī) 律 。 xyP sKFrN Re= 圖 一 11標(biāo) 準(zhǔn) 尺 寸 渦 輪 攪 拌 器 （ 1） 六 平 直 葉 圓 盤 渦 輪 攪 拌 器 ，圓 盤 直 徑 為 S；（ 2） 葉 輪 直 徑 d與 攪 拌 槽 內(nèi) 徑 之 比 31=Dd（ 3） 葉 輪 離 槽 底 距 離 C= d；（ 4） 葉 片 寬 度 dB 51=（ 5） 葉 片 長(zhǎng) 度 dl 41=（ 6） 液 體 深 度 h=D（ 7） 擋 板

29、數(shù) 目 =4（ 8） 擋 板 寬 度 DW 101= 曲 線 1： 標(biāo) 準(zhǔn) 尺 寸 渦 輪 攪 拌 器 的 功 率 曲 線曲 線 2： 無 擋 板 時(shí) 的 功 率 曲 線圖 4一 12功 率 曲 線 1 2 3 4 5 （ ） 當(dāng) 10時(shí) 由 圖 4一 12可 見 ， 該 層 流 區(qū) 域 內(nèi) 的 功 率 曲 線 是 一 段 直 線 ，液 體 的 粘 滯 力 控 制 著 系 統(tǒng) 內(nèi) 的 流 動(dòng) ， 重 力 影 響 可 以 忽 略 ，因 而 可 以 不 考 慮 佛 魯 德 準(zhǔn) 數(shù) ， 此 時(shí) y=0 把 上 式 寫 成 對(duì) 數(shù) 形 式 得 ： logNP=logK+xlogRes 實(shí) 驗(yàn) 表 明

30、， 該 區(qū) 域 內(nèi) 直 線 的 斜 率 x=-1.0， 則 所 以 ， xsP sKdnPN Re= 53 530.11Re dnPskN sP 321530.121 )( dnKdnndKPs （ 2） Res=1010000,有 檔 板 攪 拌 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) 逐 漸 增 大 時(shí) ， 流 動(dòng) 進(jìn) 入 過 渡 流 。 當(dāng) Res達(dá) 到300以 后 ， 有 足 夠 的 能 量 傳 給 液 體 并 引 起 打 漩 。 但 對(duì) 于 裝有 檔 板 的 系 統(tǒng) ， 檔 板 能 有 效 地 抑 制 打 漩 ， 因 此 可 以 忽 略 佛魯 德 準(zhǔn) 數(shù) ， 功 率 準(zhǔn) 數(shù) 僅 隨 Res變 化 。 所 以

31、 ， 對(duì) 于 過 渡 流 有檔 板 的 情 況 ， 由 圖 412可 見 ， 該 區(qū) 域 內(nèi) 有 檔 板 時(shí) 的 功 率 曲 線 （ 曲 線 1）呈 曲 線 狀 ， 表 明 x值 不 再 是 常 數(shù) ， 而 是 隨 Res變 化 。 5353 = dndnNP Ps （ 3） Res 10000， 有 檔 板 當(dāng) Res 10000以 后 ， 流 動(dòng) 變 為 充 分 湍 流 ， 有 檔 板 時(shí) 的 功率 曲 線 （ 曲 線 1） 變 成 水 平 線 ， 和 NP為 定 植 ， 此 時(shí) ， 流動(dòng) 與 雷 諾 數(shù) 和 佛 魯 德 準(zhǔn) 數(shù) 無 關(guān) 。 對(duì) 于 充 分 湍 流 的 液 體 ， 由于 慣

32、 性 力 很 大 ， 粘 性 力 的 影 響 可 以 忽 略 。 由 于 =NP=K2=常 數(shù) 所 以 532= dnKPs （ 4） Res=10300， 無 檔 板 由 圖 4-12可 見 ， 直 到 Res=300， 無 檔 板 時(shí) 的 功 率 曲 線 （ 曲線 2） 才 與 有 檔 板 時(shí) 的 功 率 曲 線 （ 曲 線 1） 分 開 ， 表 明 當(dāng)Res 300時(shí) ， 無 檔 板 系 統(tǒng) 與 有 檔 板 系 統(tǒng) 完 全 一 致 ， 即=NP， 所 以 5353 = dndnNP Ps （ 5） Res 300， 無 檔 板 當(dāng) Res 300時(shí) ， 液 體 打 漩 現(xiàn) 象 加 劇 ，

33、 佛 魯 德 準(zhǔn) 數(shù) 的 影 響也 增 大 ， 功 率 準(zhǔn) 數(shù) NP同 時(shí) 受 Res和 Fr的 作 用 。 對(duì) 于 無 擋 板 且 的 情 況 ， 佛 魯 德 準(zhǔn) 數(shù) 的 指 數(shù) y可 用 下 式 表 示 式 中 、 由 實(shí) 驗(yàn) 確 定 的 無 因 次 常 數(shù) ， 可 查 表 。 所 以 ， 無 檔 板 且 es 300時(shí) 的 攪 拌 功 率 由 下 式 確 定 sy Relog 53= dnNPPS sy gdndn dnFr Relog253 53 )( 利 用 功 率 曲 線 可 計(jì) 算 幾 何 相 似 的 攪 拌 器 的 功 率 ，步 驟 如 下 ： （ 1） 根 據(jù) 攪 拌 器 的

34、 操 作 條 件 計(jì) 算 攪 拌 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) Res； （ 2） 根 據(jù) 攪 拌 器 的 型 式 、 幾 何 相 似 條 件 、 Res在 相 應(yīng) 的 功率 曲 線 上 求 取 功 率 函 數(shù) 值 ； （ 3） 根 據(jù) 流 動(dòng) 狀 態(tài) （ 層 流 、 湍 流 ） 、 擋 板 情 況 （ 有 、 無擋 板 ） 和 求 取 功 率 準(zhǔn) NP; 對(duì) 于 任 何 攪 拌 器 來 說 ， 只 有 在 無 擋 板 且 Res 300的 情 況 下 ，重 力 影 響 不 能 忽 略 ， 此 時(shí) ： 其 他 情 況 ： N P= （ 4） 計(jì) 算 攪 拌 器 功 率 PS )Relog(2 )( syP

35、gdnFrN 53= dnNP PS 例 4-1直 徑 1.2m， 液 深 2m的 四 擋 板 反 應(yīng) 釜 內(nèi) ， 采 用 三 葉 推 進(jìn)式 攪 拌 器 以 300rpm的 轉(zhuǎn) 速 攪 拌 。 已 知 反 應(yīng) 液 密 度 為1300kg/m3， 粘 度 為 0.013 Pas， 槳 葉 直 徑 0.4m， s/d=1。 （ 1）求 攪 拌 功 率 為 多 少 。 （ 2） 若 采 用 六 平 葉 渦 輪 槳 攪 拌 ， 其 它條 件 不 變 ， 結(jié) 果 如 何 ？ （ 3） 仍 采 用 六 平 葉 渦 輪 槳 攪 拌 ， 若釜 內(nèi) 不 設(shè) 檔 板 ， 其 結(jié) 果 又 如 何 ？ 4422 10

36、108013.0 4.0603001300 ndRe解 ： （ 1） 先 計(jì) 算 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù)湍 流 ， 所 以 WdnkPs 5304.0)60300(130032.0 53532 （ 2） 若 采 用 六 平 葉 渦 輪 槳 攪 拌 ， 由 于 n、 d不 變 ， 故 Res不變 ， 仍 按 上 式 計(jì) 算 ， 此 時(shí) 查 表 4-1得 K2=6.10， 則 可 見 它 比 推 進(jìn) 式 攪 拌 器 的 攪 拌 強(qiáng) 度 增 加 10100/530=19倍 。（ 3） 不 用 檔 板 時(shí) ， Fr準(zhǔn) 數(shù) 影 響 顯 著 ， 需 用 下 式 進(jìn) 行 計(jì) 算 ：d/D=0.4/1.2=0.33，

37、 查 表 4-2得 =1， =40， 指 數(shù) y值 可 計(jì) 算 為 ：WdnkPs 101004.0)60300(130010.6 53532 ss gdndnP Relog253 )( y=（ 1-log80000） /40=-3.9Fr=n2d/g=（ 300/60） 2 0.4/9.81=1.02Fry=1.02（ -3.9） =1.08由 Res=80000查 圖 得 =1.2所 以WP S2200 08.14.0)60/300(13002.1 53 4.3.2附 件 的 附 加 攪 拌 功 率 當(dāng) 攪 拌 釜 內(nèi) 裝 有 壓 料 管 、 溫 度 計(jì) 套 管 、 導(dǎo) 流 筒 、支 架

38、等 附 件 時(shí) ， 會(huì) 增 大 攪 拌 器 的 功 率 。 各 種 附 件使 攪 拌 功 率 增 大 的 增 加 率 用 q表 示 。 裝 有 附 件 的 攪 拌 功 率 為 ： 式 中 Ps 未 裝 附 件 時(shí) 的 攪 拌 功 率 ； mi 同 一 種 附 件 的 個(gè) 數(shù) ； qi 每 一 種 附 件 的 功 率 增 加 率 。)+1(= iiss qmPP 4.3.3電 動(dòng) 機(jī) 功 率 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 除 了 要 滿 足 攪 動(dòng) 液 體 所 需 要 的 攪 拌 功 率 外 ，還 要 考 慮 軸 封 裝 置 所 產(chǎn) 生 的 摩 擦 阻 力 以 及 傳 動(dòng) 裝 置 所 產(chǎn) 生的 功 率

39、 損 失 。 如 果 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 過 小 ， 不 僅 達(dá) 不 到 預(yù) 期 的攪 拌 效 果 ， 還 會(huì) 使 電 動(dòng) 機(jī) 燒 毀 ； 如 果 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 過 大 ，則 會(huì) 使 操 作 成 本 和 投 資 費(fèi) 用 增 加 。 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 可 按 下 式 確 定 ： 式 中 P 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 攪 拌 功 率 ； Pm 軸 封 裝 置 的 摩 擦 損 失 功 率 。 傳 動(dòng) 裝 置 的 機(jī) 械 效 率 ， 與 其 結(jié) 構(gòu) 有 關(guān) ， 一 般 為0.70.98 ms PPP += SP 釜容/m3擋板攪拌器轉(zhuǎn)速/rpm 攪拌電機(jī)功率/kw錨式槳式渦輪式0.2有6

40、0 80 100 320 400 400 500 5000.6 0.6 0.6 1.5 1.7 2.2 3.0 4.0無40 60 80 100 320 320 400 400 500 5000.6 0.6 0.6 0.6 0.6 1.1 1.1 1.5 1.7 3.00.3有60 80 100 100 320 400 400 500 5000.6 0.6 0.6 1.1 1.5 1.7 2.2 3.0 4.0 無40 60 80 100 100 320 320 400 400 500 5000.6 0.6 0.6 0.6 1.1 0.6 1.1 1.1 1.5 1.7 3.0 釜容/m3擋板

41、攪拌器轉(zhuǎn)速/rpm 攪拌電機(jī)功率/kw錨式槳式渦輪式0.5有60 80 100 100 250 320 4000.6 0.6 0.6 1.1 1.7 3.0 5.5無40 60 80 100 100 250 250 320 320 400 4000.6 0.6 0.6 0.6 1.1 1.1 1.5 1.7 2.2 3.0 5.50.8有60 80 80 200 200 2500.6 0.6 1.1 1.5 2.2 3.0無40 60 80 100 200 200 250 2500.6 0.6 0.6 1.0 1. 1 1.5 1.5 3.0 1.0有40 60 200 200 250 320

42、0.6 1.0 1.5 2.2 3.0 5.5無20 20 40 40 60 60 200 200 250 250 320 3200.6 1.1 1.7 0.6 0.6 1.0 1.1 1.5 1.5 3.0 3.0 5.5 4.3.4攪 拌 器 的 放 大 工 業(yè) 攪 拌 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 主 要 包 括 以 下 內(nèi) 容 *： （ ） 確 定 攪 拌 器 的 類 型 以 及 攪 拌 釜 的 幾 何 形 狀 ； （ ） 確 定 攪 拌 器 的 具 體 尺 寸 、 轉(zhuǎn) 速 和 攪 拌 功 率 ； （ ） 確 定 電 動(dòng) 機(jī) 的 型 號(hào) 和 功 率 以 及 減 速 機(jī) 的 型 號(hào)等 。 小 型

43、實(shí) 驗(yàn) 小 型 實(shí) 驗(yàn) 的 目 的 主 要 包 括 ： （ 1） 確 定 攪 拌 器 的 類 型 和 攪 拌 釜 的 幾 何 形 狀 ； ( )在 滿 足 工 藝 要 求 的 前 提 下 ， 確 定 最 佳 的 攪 拌 操作 條 件 ； ( )測(cè) 定 功 率 曲 線 。 .攪 拌 器 的 放 大 準(zhǔn) 則 目 的 確 定 工 業(yè) 攪 拌 裝 置 的 尺 寸 、 轉(zhuǎn) 速 、 功 率 等 。 所 選 用 的 放 大 準(zhǔn) 則 應(yīng) 能 保 證 在 放 大 后 工 藝 結(jié) 果 保 持 不 變 相 似 條 件 ： 幾 何 相 似 小 型 設(shè) 備 與 生 產(chǎn) 設(shè) 備 相 應(yīng) 尺 寸 的 比 例 都 相 等 。

44、 運(yùn) 動(dòng) 相 似 小 型 設(shè) 備 與 生 產(chǎn) 設(shè) 備 除 了 幾 何 相 似 外 ， 對(duì) 應(yīng)位 置 的 流 體 運(yùn) 動(dòng) 速 度 之 比 為 常 數(shù) 。 動(dòng) 力 相 似 小 型 設(shè) 備 與 生 產(chǎn) 設(shè) 備 除 幾 何 相 似 外 ， 對(duì) 應(yīng) 位置 上 所 受 的 力 的 比 例 為 常 數(shù) 。 熱 相 似 小 型 設(shè) 備 與 生 產(chǎn) 設(shè) 備 除 幾 何 相 似 外 ， 對(duì) 應(yīng) 位 置上 的 溫 度 差 之 比 為 常 數(shù) 。 化 學(xué) 相 似 小 型 設(shè) 備 與 生 產(chǎn) 設(shè) 備 除 幾 何 相 似 外 ， 對(duì) 應(yīng) 位置 上 的 濃 度 差 之 比 為 常 數(shù) 。 以 下 一 些 放 大 準(zhǔn) 則 可

45、 供 選 擇 （ 1） 保 持 攪 拌 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) Res不 變 （ 2） 保 持 單 位 體 積 物 料 的 攪 拌 功 率 (Ps/V0)不 變 （ 3） 保 持 攪 拌 器 葉 端 速 度 不 變 （ ） 保 持 攪 拌 器 的 流 量 和 壓 頭 之 比 值（ H） 不 變 化 學(xué) 反 應(yīng) 常 常 伴 隨 有 熱 效 應(yīng) ， 即 放 熱 或 吸 熱 ， 所以 常 常 需 要 在 反 應(yīng) 過 程 中 移 出 或 輸 入 熱 量 。 提 高 反 應(yīng) 溫 度 一 般 能 提 高 反 應(yīng) 速 度 ， 縮 短 反 應(yīng) 達(dá)到 化 學(xué) 平 衡 所 需 的 時(shí) 間 ， 進(jìn) 而 提 高 生 產(chǎn) 能

46、力 。 合 理 的 溫 度 及 溫 度 分 布 又 常 常 能 夠 抑 制 副 反 應(yīng) ，強(qiáng) 化 主 反 應(yīng) ， 進(jìn) 而 通 過 提 高 生 成 目 標(biāo) 產(chǎn) 物 的 選 擇性 而 提 高 產(chǎn) 品 收 率 ， 降 低 原 料 消 耗 。 有 些 反 應(yīng) 涉 及 的 物 料 對(duì) 溫 度 敏 感 ， 控 制 好 反 應(yīng) 溫度 能 提 高 操 作 的 安 全 性 。 4.4.1傳 熱 方 式 攪 拌 反 應(yīng) 大 多 設(shè) 有 傳 熱 裝 置 ， 以 滿 足 加 熱 或 冷 卻的 需 要 。 傳 熱 方 式 、 傳 熱 結(jié) 構(gòu) 形 式 和 傳 熱 劑 的 選 擇 主 要 決定 與 所 需 控 制 的 溫

47、度 的 高 低 、 反 應(yīng) 熱 的 大 小 、 傳熱 速 率 的 快 慢 和 工 藝 上 的 要 求 等 。 釜 式 反 應(yīng) 器 主 要 的 傳 熱 方 式 有 兩 種 ， 即 夾 套 和 蛇管 。 (1)夾 套 傳 熱 夾 套 是 一 個(gè) 套 在 反 應(yīng) 器 筒 體 外 面 能 形 成 密 封 的 容器 ， 一 般 由 鋼 板 焊 制 而 成 .其 優(yōu) 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 耐 腐 蝕 ， 適 應(yīng) 性 強(qiáng) ；缺 點(diǎn) :傳 熱 面 積 受 到 反 應(yīng) 器 容 積 的 限 制 ； 傳 熱 系 數(shù) 一 般 較 小 ， 而 且 普 通 夾 套 耐 壓 低 。 夾 套 的 高 度 取 決 于 由

48、 工 藝 確 定 的 傳 熱 面 積 ， 為 保證 充 分 傳 熱 ， 一 般 高 出 釜 內(nèi) 液 面 50100mm. 圖 4-16普 通 夾 套 傳 熱 普 通 夾 套 適 用 于 傳 熱 速率 要 求 不 高 和 傳 熱 劑 的工 作 壓 力 較 低 （ 小 于0.6MPa， 相 當(dāng) 于 158的 飽 和 水 蒸 汽 的 壓 力 ）的 場(chǎng) 合 ； 當(dāng) 反 應(yīng) 器 的 直徑 較 大 或 采 用 的 加 熱 蒸汽 壓 力 較 高 （ 大 于0.6MPa） 時(shí) ， 夾 套 必須 采 取 加 強(qiáng) 措 施 。 a為 短 管 加 強(qiáng) 蜂 窩 夾 套 ，在 夾 套 和 反 應(yīng) 器 壁 之 間焊 接 支

49、 撐 短 管 。 這 樣 使傳 熱 介 質(zhì) 流 速 得 以 提 高 ，使 傳 熱 系 數(shù) 增 大 ， 提 高反 應(yīng) 器 抗 外 壓 的 強(qiáng) 度 和剛 度 。 可 用 1MP 的 飽 和蒸 汽 加 熱 到 180 。 a圖 4-17幾 種 加 強(qiáng) 夾 套 b沖 壓 式 蜂 窩 夾 套 c焊 接 半 圓 旋 管 結(jié) 構(gòu) b、 c可 耐 更 高 的 壓 力 d為 角 鋼 焊 在 釜 外 壁 上 的 結(jié) 構(gòu) ， 稱 做 角 鋼 夾套 ， 耐 壓 可 達(dá) 56 MPa。 d (2) 蛇 管 傳 熱特 點(diǎn) ： 工 業(yè) 上 多 采 用 水 平蛇 管 和 立 式 蛇 管 ， 前 者 可起 導(dǎo) 流 筒 作 用

50、， 后 者 可 起擋 板 作 用 。蛇 管 浸 沒 在 被 攪 拌 的 流 體中 ， 傳 熱 系 數(shù) 大 。攪 拌 含 有 固 體 顆 粒 或 粘 稠的 物 料 時(shí) 容 易 掛 料 ， 會(huì) 影響 傳 熱 效 率 。 還 要 考 慮 物 料 的 腐 蝕 性 。當(dāng) 需 要 的 傳 熱 面 積 較 大 而 僅 僅 采 用 夾 套 不 能 滿 足 熱 交 換 要 求時(shí) ， 或 由 于 工 藝 要 求 ， 不 宜 采 用 夾 套 時(shí) ， 往 往 采 用 蛇 管 傳 熱 。 （ 3） 傳 熱 構(gòu) 件傳 熱 檔 板 既 可 以 增 加 傳熱 面 積 ， 移 走 熱 量 ， 又可 強(qiáng) 化 攪 拌 效 果 ，

51、起 破壞 渦 流 控 制 流 型 的 作 用 這 些 插 入 式 結(jié) 構(gòu) 還 適 合反 應(yīng) 物 料 容 易 在 傳 熱 壁上 結(jié) 垢 的 場(chǎng) 合 ， 檢 修 、除 垢 都 比 較 方 便 。 圖 4-19夾 套 傳 熱 檔 板 (4)其 它圖 4-20回 流 冷 凝 法 圖 4-20外 循 環(huán) 冷 凝 法 圖 -22內(nèi) 裝 列 管 式 換 熱 器 的 反 應(yīng) 器 4.4.2高 溫 熱 源 的 選 擇 用 一 般 的 低 壓 飽 和 水 蒸 氣 加 熱 時(shí) 最 高 只 能 達(dá) 150一 160 ， 需更 高 加 熱 溫 度 時(shí) 則 需 要 考 慮 高 溫 熱 源 的 選 擇 問 題 。 （ 1）

52、 壓 力 高 的 飽 和 水 蒸 氣 ： 蒸 汽 壓 力 可 達(dá) 一 至 數(shù) MPa。 （ 2） 高 壓 汽 水 混 合 物 ： 可 用 于 溫 度 為 200-250 的 加 熱 要 求 ，當(dāng) 汽 水 混 合 物 的 溫 度 為 250 時(shí) ， 管 內(nèi) 壓 力 達(dá) 20MPa。 （ 3） 有 機(jī) 載 熱 體 ： 利 用 某 些 有 機(jī) 物 常 壓 沸 點(diǎn) 高 、 熔 點(diǎn) 低 、熱 穩(wěn) 定 性 好 等 特 點(diǎn) 可 提 供 高 溫 的 熱 源 。 它 的 突 出 優(yōu) 點(diǎn) 是 能 在較 低 的 壓 力 下 得 到 較 高 的 加 熱 溫 度 。 （ 4） 電 加 熱 法 ： 電 阻 加 熱 、 感

53、 應(yīng) 電 流 加 熱 、 短 路 電 流 加 熱 （ 5） 煙 道 氣 加 熱 法 ： 可 用 于 300 以 上 的 高 溫 加 熱 1-加 熱 蛇 管 ； 2-空 氣 冷 卻 器 ； 一 加 熱 爐 ； 一 排 氣 閥圖 4-23高 壓 汽 水 混 合 物 的 加 熱 裝 置 -被 加 熱 設(shè) 備 ;2-加 熱 爐 ； -膨 脹 器 ； -回 流 冷 凝 器 ；5-熔 化 槽 ； 6-事 故 槽 ； 7-溫 度 自 控 裝 置圖 4-24液 休 聯(lián) 苯 混 合 物 自 然 循 環(huán) 加 熱 裝 置 1一 加 熱 設(shè) 備 ； 2一 加 熱 夾 套 ； 3一 管 式 電 熱 器圖 4-25液 體

54、 聯(lián) 苯 混 合 物夾 套 浴 電 加 熱 裝 置 一 加 熱 設(shè) 備 ； 一 液 面 計(jì) ； 3一 電 加 熱 棒 ； 一 回 流 冷 凝 器圖 4-26聯(lián) 苯 混 合 物 蒸 氣 夾 套 浴 加 熱 裝 置 4.4.3釜 式 反 應(yīng) 器 的 傳 熱 系 數(shù) 計(jì) 算解 決 (1)傳 熱 面 積 和 (2)傳 熱 時(shí) 間 問 題 傳 熱 面 積 由 式 給 出 。 其 中 傳 熱 量 Q由熱 量 衡 算 確 定 ， 溫 度 差 t由 工 藝 條 件 確 定 。 所 以 ，在 確 定 了 總 傳 熱 系 數(shù) K之 后 ， 就 可 以 求 傳 熱 面 積 。)(= tKAQ 夾 套 傳 熱 總 傳

55、 熱 系 數(shù) K的 計(jì) 算 ooimii AAAAk 11夾 由 于 攪 拌 釜 夾 套 傳熱 類 似 平 面 壁 傳 熱SoSi oi RRk 111夾 其 中i :物 料 與 傳 熱 壁 (釜 內(nèi) 壁 )之 間 的 給 熱 系 數(shù):傳 熱 壁 (釜 壁 )厚:傳 熱 壁 (釜 壁 )導(dǎo) 熱 系 數(shù)o:傳 熱 介 質(zhì) 與 傳 熱 壁 (釜 外 壁 )之 間 的 給 熱 系 數(shù) Rsi, Rso:內(nèi) 、 外 壁 污 垢 熱 阻 蛇 管 傳 熱 總 傳 熱 系 數(shù) K的 計(jì) 算與 列 管 換 熱 器 的 計(jì) 算 方 法 相 同 SoSiomoiio RRddddk 11蛇i:傳 熱 介 質(zhì) 與

56、傳 熱 壁 (蛇 管 內(nèi) 壁 )之 間 的 給 熱 系 數(shù):傳 熱 壁 (蛇 管 壁 )厚:傳 熱 壁 (蛇 管 壁 )導(dǎo) 熱 系 數(shù) o:物 料 與 傳 熱 壁 (蛇 管 外 壁 )之 間 的 給 熱 系 數(shù) Rsi, Rso:內(nèi) 、 外 壁 污 垢 熱 阻所 以 ， 求 給 熱 系 數(shù) 就 成 為 求 總 傳 熱 系 數(shù) 的 關(guān) 鍵 給 熱 系 數(shù) 關(guān) 聯(lián) 式 ewdcba DbDdPrReANu )()()()()( 努 賽 爾 準(zhǔn) 數(shù)普 蘭 特 準(zhǔn) 數(shù)雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) DNu CpPr ndRe 2 : 對(duì) 流 給 熱 系 數(shù) , KJ/(m2h ): 流 體 導(dǎo) 熱 系 數(shù) , KJ/

57、(mh ): 流 體 主 體 溫 度 下 的 粘 度 , Pahw : 流 體 在 壁 溫 下 的 粘 度 , Pah: 流 體 密 度 , Kg/m3 D: 反 應(yīng) 釜 內(nèi) 徑 , m do: 蛇 管 外 徑 , m d: 攪 拌 器 直 徑 , m b: 攪 拌 器 槳 葉 寬 , m n: 攪 拌 器 轉(zhuǎn) 速 , /h Cp: 流 體 定 壓 熱 容 , KJ/(Kg ) A及 指 數(shù) a、 b、 c、 d、 e: 常 數(shù) 攪 拌 器 型 式 Re范 圍 擋板 A a b e 備 注槳 式 3004 105 無 0.36 0.67 0.33 0.14槳 式 204 103 有 0.42

58、0.67 0.33 0.24 或 無 擋 板渦 輪 式 400 無 0.54 0.67 0.33 0.14渦 輪 式 2004 104 有 0.73 0.65 0.33 0.24 平 底 釜推 進(jìn) 式 無 0.54 0.67 0.25 0.14錨 式 30300 無 1.0 0.50 0.33 0.18錨 式 3004000 無 0.38 0.67 0.33 0.18（ 1） 夾 套 內(nèi) 壁 給 熱 系 數(shù) 的 計(jì) 算 ewba PrReAD )()()( （ 2） 蛇 管 外 壁 給 熱 系 數(shù) o的 計(jì) 算14.033.062.0 )(01.1 wPrReNu 2.05.01.037.06

59、7.0 ,)()()(17.0 RDdDdPrReNu Rwo 渦 輪 式 ， 無 擋 板 ， Re=3003 106 圓 盤 渦 輪 式 ， 有 擋 板 ， Re=4001.5 106 平 槳 式 ， 無 擋 板 ， Re=3004 105 0154.0/;8.0/;6.0/,)(87.0 14.033.062.0 DsDDDdPrReNu ow （ 3） 夾 套 側(cè) 給 熱 系 數(shù) 的 計(jì) 算如 果 夾 套 內(nèi) 通 冷 卻 水 ， 可 用 如 下 的 關(guān) 聯(lián) 式 計(jì) 算 ：4400Res ： )/(400= 210.05.0 2.0 KmWTdu e 夾Res 3600時(shí) 還 可 用 ：

60、)/(9300= 22.08.0 KmWdue夾式 中 u-水 在 夾 套 中 的 流 速 m/s de-夾 套 的 當(dāng) 量 直 徑 m （ 4） 蛇 管 內(nèi) 側(cè) 給 熱 系 數(shù) 的 計(jì) 算直 管內(nèi) )5.3+1(= ctdd式 中 dt-管 子 直 徑 m dc-蛇 管 圈 直 徑 m 直 管 -液 體 在 直 管 內(nèi) 的 給 熱 系 數(shù) W/（ m2K）（ 5） 物 料 的 垢 層 阻 力可 參 見 表 4-5列 出 的 部 分 數(shù) 據(jù) 例 4-2蛇 管 冷 卻 的 釜 式 反 應(yīng) 器 。 已 知 釜 內(nèi) 徑 為 1.0m， 蛇 管 外 壁溫 30 ， 反 應(yīng) 物 溫 度 為 50 ， 密

61、 度 為 860kg/m3， 熱 容 為1.96kJ/(kg )， 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 0.5kJ/(mh)， 粘 度 0.16(30 )、0.075(50 )Pas。 平 直 槳 攪 拌 ， 槳 徑 0.6m， 轉(zhuǎn) 速 60rpm， 無 擋板 。 求 蛇 管 外 壁 給 熱 系 數(shù) 。 解 ： 4128=075.0 860)60/60(6.0= 22ndRes 1058=3600/5.0 075.096.1= CpPr 1359=)(87.0= 14.033.062.0 wPrReDNu k)W/(m680=1359= 2D 所 以 例 4-3求 氯 苯 硝 化 反 應(yīng) 鍋 夾 套 傳 熱

62、系 數(shù) K。 槳 式 攪 拌 ， 無 檔 板（ 所 需 數(shù) 據(jù) 在 題 中 給 出 ） 例 4-4按 例 4-3工 藝 數(shù) 據(jù) 求 氯 苯 硝 化 鍋 蛇 管 傳 熱 的 傳 熱 系 數(shù) 。已 知 蛇 管 圈 直 徑 為 0.46m。 4.5.1內(nèi) 蛇 管 或 外 夾 套 ， 加 熱 介 質(zhì) 為 恒 溫21ln ch ch tt ttKAWCp : 傳 熱 時(shí) 間 /h; W: 被 加 熱 流 體 的 質(zhì) 量 , kg;Cp: 被 加 熱 流 體 的 定 壓 熱 容 , kJ/(kg )；K: 總 傳 熱 系 數(shù) , kJ/(m2h )；A: 傳 熱 面 積 , m2； th熱 載 體 溫 度

63、 , ；tC 1:被 加 熱 流 體 初 溫 , tC2:被 加 熱 流 體 終 溫 , 4.5.2 蛇 管 或 夾 套 ， 冷 卻 介 質(zhì) 為 恒 溫ch ch tt ttKAWCp 21lnth1:被 冷 卻 流 體 的 初 溫 , ；th2:被 冷 卻 流 體 的 終 溫 , ；tC:冷 卻 介 質(zhì) 的 溫 度 , exp,ln)1( 21 11 MCpKAtt ttMCpWCp ch ch 4.5.3 蛇 管 或 夾 套 ， 加 熱 介 質(zhì) 非 恒 溫M、 Cp: 熱 載 體 質(zhì) 量 流 量 ,kg/h及 定 壓 熱 容 kJ/(kg )th1:加 熱 介 質(zhì) 的 入 口 溫 度 ,

64、；tC1 、 tC2 :被 加 熱 流 體 的 初 溫 、 終 溫 , 4.5.4 蛇 管 或 夾 套 ， 冷 卻 介 質(zhì) 非 恒 溫exp,ln)1( 12 11 MCpKAtt ttMCpWCp ch ch M、 Cp: 冷 卻 介 質(zhì) 的 質(zhì) 量 流 量 ,kg/h及 定 壓 熱容 ,kJ/(kg )tC 1:冷 卻 介 質(zhì) 的 入 口 溫 度 , ；th1 、 th2 :被 冷 卻 流 體 的 初 溫 、 終 溫 , 例 4-5試 推 導(dǎo) 加 熱 介 質(zhì) 為 恒 溫 時(shí) 加 熱 時(shí) 間 的 計(jì) 算 公 式 21ln ch ch tt ttKAWCp 解 ： 熱 通 量 mtKAQ 即 mtKAddQ 釜 內(nèi) 物 料 吸 熱 ddtWCpddQ C 于 是 WCptKAddt mC 其 中 chm ttt 代 入 上 式 ， 分 離 變 量 ， 積 分 得 210 CCtt ch cttdtKAWCpd 所 以 21ln ch ch tt ttKAWCp