【正文】 =qm2[r +C 水 （ TsT2） ] [17] (428) 得到 Q 外 =qm2[r +C 水 （ TsT2） ]= = Δ （ 429） 由上式可得到如下 表 34 表 411 升溫時的數(shù)據(jù) 釜內(nèi)溫度 ℃ T 進水 ℃ T 出水 ℃ 溫差 ℃ 平均溫度 ℃ 比汽 熱r kJ/kg C 水kJ/(kg 本 設(shè)計中需要使升、降溫過程均勻，可用調(diào)節(jié)蒸汽、冷卻水的流量流速來達到這一目的。 （ 1）恒溫加熱 或冷卻 介質(zhì) [14] 任一 時刻 的傳熱速率為 q=qm1C 產(chǎn)品 dT/dt=KA(ThTb) (423) 式中 qm1—— 攪拌釜內(nèi)液體的質(zhì)量； C 產(chǎn)品 —— 攪拌釜內(nèi)液體比熱； 31 Th—— 恒溫加熱介質(zhì)溫度； Tb—— 液體主體溫度； t—— 時間； K—— 以攪拌釜的內(nèi)表面 為基準的總傳熱系數(shù)； A—— 傳熱面積。攪拌釜的傳熱包括夾套和內(nèi)部盤管的傳熱兩類。另外固體懸浮系統(tǒng)的攪拌功率、氣液懸浮系統(tǒng)的攪拌功率、氣流攪拌功率都可從上書中查得，這里不在做額 外介紹。在層流時彎葉片渦輪與平直葉片渦輪的消耗的功率相 同，但在湍流時彎葉片的功率消耗對平直葉片來說較低。 對于液 液系統(tǒng)，其關(guān)聯(lián)式如下 : NP=P/ρN3 (48) (49) (410) Φ= NP/ y=K (411) 或 Φ= NP= K (412) 對于不打旋的系統(tǒng)， 式中 NP—— 功率準數(shù)； 27 P—— 功率消耗， W； Re—— 葉輪雷諾數(shù)； —— 弗魯?shù)聹?數(shù)； g—— 重力加速度， m/s2； N—— 葉輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn) /s； 參考經(jīng)驗值 —— 液體粘度， Pa （ 1）有關(guān)攪拌葉輪的因素，如葉輪直徑 d、葉寬 b、葉片傾斜角 θ 、轉(zhuǎn)速 N、單個葉輪上的葉片數(shù) np 和葉輪離罐底高度 C 等。 26 攪拌功率的計算 : 攪拌功率準數(shù) NP是攪拌設(shè)備最基本 的特性參數(shù)之一。 特性參數(shù) 功率、按輸出軸軸輕而分的機型號、減速比 中心距 三角皮帶型號、根數(shù) 應(yīng)用條件 對過載和沖擊載荷有較強承受能力、可短期過載 75%；允許正反旋 轉(zhuǎn)，可用于有防爆要求的車間，與電動機直連 允許正反旋轉(zhuǎn)；可采用夾殼聯(lián)軸器或彈性塊式聯(lián)軸器與攪拌軸聯(lián)接。以上幾種常用減速機的有關(guān)數(shù)據(jù)、主要特點、常用條件等基本特性及其標定符號列于表 下。 攪拌反應(yīng)器所需電動機的功率可由下式表示 : P= (46) 式中 — 工藝 要求的攪拌功率， 24 P— 電動機功率， kw； — 軸封摩擦損失功率， kw； — 傳動系統(tǒng)的機械效率。其直徑約為反應(yīng)器內(nèi)徑的 1/4～ 1/3。 圖 渦輪式攪拌器 (3)錨式和框式攪拌器 21 此類攪拌器底部形狀與反應(yīng)器下封頭形狀相似，如圖 圖 錨式和 框式攪拌器 （ a）（ b）適用于橢圓形或蝶形下封頭的釜體；（ c）適用于錐形封頭的釜體； 反應(yīng)釜的直徑較大或物料黏度很大時，常用橫梁加強，其結(jié)構(gòu)就為框式。電動機驅(qū)動攪拌軸上的攪拌器以 一定的方向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使靜止的流體對流循環(huán)，并維持一定的湍流強度，從而達到加強混合、提高傳熱和傳質(zhì)速率的目的。 夾套封閉構(gòu)件的厚度確定 A 18 B C D 圖 夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 此四種類型適用于上述的各種類型夾套。 17 (二 )夾套筒體高度 主要取決于傳熱面積，一般不低于反應(yīng)物料的高度，來保證充分傳熱。 本 設(shè)計 選取 b 不可拆式連接結(jié)構(gòu)。底座焊接在釜體的頂蓋上，用以連接減速器和軸密封裝置。長徑比的確定通常采用經(jīng)驗值 。S 反應(yīng)物質(zhì)量（每釜） m=400kg 由于反應(yīng)物料的黏度較大，所以裝料系數(shù) η為 — （取 ） =m/ρ=400kg/V= /η=372L/=465L=465*103ml 反應(yīng)器內(nèi)徑和高度的計算 在已知攪拌器的操 作容積后，首先要選擇罐體適宜的長徑比（ H/ ）如圖，所示，以確定罐體直徑和高度。車間采用無塵設(shè)計。 圖 工藝流程圖 主要操作條件 1．溫度 :反應(yīng)溫度為 20℃ — 75℃ 2．壓力 :反應(yīng)壓力為常壓 3．無塵無毒；生產(chǎn)過程必須為無塵無毒 裝置設(shè)計特點 1． 由于原料的性質(zhì)，決定了裝 置屬于普通的加熱類型，設(shè)備材料選用不銹鋼。而隨著人們生活水平的提高，對其保濕、營養(yǎng)、殺菌、美白功能的要求也有所提高。S 比熱容 x kJ/kg 綜上所述，可以通過對反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計來生產(chǎn)防曬乳之類的化妝品，以滿足大眾的需求。 合理的設(shè)計方法應(yīng)該是 :首先按照過程對攪拌的要求設(shè)計攪拌器，然后變更傳熱面積、傳熱溫度、或其他工藝條件，以滿足傳熱的要求。這種方案的結(jié)構(gòu)比較簡單，使用儀表少，但由于反應(yīng)釜容 量大，溫度滯后嚴重，特別是當反應(yīng)釜用來進行聚合反應(yīng)時，釜內(nèi)物料粘 度大 ，熱傳遞較差，混合又不均勻，就很難使溫度控制達到嚴格的要求。 傳熱的基本方程式為 :Q= （ — ） （ 12） 式中 Q—— 傳熱速率； —— 總傳熱系數(shù)； —— 傳熱面積，意味著設(shè)備的投資費用； —— 載熱體的溫度（外側(cè)）； —— 過程加工流體的溫度（內(nèi)側(cè)） ； 7 ( — )—— 溫差 則意味著操作過程中的能量消耗； 傳熱的速率同樣也決定于所加工流體與載體的溫度差（ — ）或（ — ） . 如果不考慮污垢層則 (13) 式中 —— 內(nèi)側(cè)傳熱系數(shù)； —— 外側(cè)傳熱系數(shù)； —— 釜壁熱導(dǎo)率； Δ r—— 釜壁厚度 ； —— 傳熱內(nèi)壁表面積； —— 釜壁面積對數(shù)平均數(shù)； —— 傳熱外壁表面積； 對總傳熱系數(shù)的影響，也就是對傳熱速率的影響，通常內(nèi)側(cè)薄膜傳熱系數(shù)起控制作用。 反應(yīng)器物料衡算和熱量衡算的基本原理是質(zhì)量守恒定律 [4]。 5 聚合反應(yīng)過程對攪拌過程的要求 （混合、攪動或懸浮） ↓ 掌握必要的物性數(shù)據(jù) （物料的密度、黏度、沉降速度等） ↓ 任務(wù)的尺寸 （攪拌物料的體積） ↓ 攪拌體系的尺寸 （釜徑 T、液位高度 Z） ↓ 確定攪拌器葉輪的直徑 D ↓ 根據(jù)攪拌任務(wù)的難度計算 攪拌器的轉(zhuǎn)速 N ↓ 計算攪拌器的軸功率 ↓ 選定電動機的規(guī)格及減速裝置 圖 攪拌器設(shè)計步驟 6 攪拌釜式反應(yīng)器的熱量衡算 物料發(fā)生物理變化和化學變化時，總是伴隨著能量的變化，有些過程能量變化特別顯著，需要吸收或放出大量的能量。 反應(yīng)釜的放大理論 :化學反應(yīng)器最簡單、最基本的放大方法是按幾何相似的原則進行放大。對于不同的反應(yīng)，有著不同的混合和攪拌要求，為了滿足具體的反應(yīng)過程，我們需要對攪拌器進行具體的設(shè)計。由于攪拌任務(wù)不同，槳葉設(shè)計成各種不同形式，主要有推進器式，透平式，漿式，錨式，螺軸式，螺帶式，以及有刮擦作用 4 的攪拌器等。攪拌還可以提高和化學反應(yīng)密切相關(guān)的傳質(zhì)和傳熱 速率，目前工業(yè)化學反應(yīng)器大多采用攪拌釜?；瘜W反應(yīng)過程中一般伴有強烈的 放熱效應(yīng)，并且反應(yīng)的放熱速率與溫度之間是一種正反饋自激的關(guān)系 [2]。由于反應(yīng)放出的熱量會加劇反應(yīng) 進行，所以應(yīng)及時關(guān)閉加熱系統(tǒng)，打開循環(huán)冷卻水，使釜內(nèi)溫度恒定在某一值上。間歇式聚合反應(yīng)一般是一個間歇操作的放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)均勻，及時傳遞熱量，聚合釜內(nèi)裝有攪拌裝置 。罐頂和罐底分別裝有加料口和出料口，分別用于往罐中加 入物料和從罐中取走物料。攪拌器有很多種類型 。為了維持反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)溫度，需要設(shè)置換熱元件。其結(jié)構(gòu)示意圖如 所示 :反應(yīng)釜由攪拌容器和攪拌機兩大部分組成。但由于一般的間歇式化學反應(yīng)器是一個非線性大滯后的時變系統(tǒng)，其內(nèi)在機理的復(fù)雜性使間歇式化學反應(yīng)器的控制形成了一個挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞 ： 乳化 反應(yīng)器、 工藝設(shè)計 、 熱 量衡算 II 400kg / kettle emulsion reactor design Abstract Cosmetics with sunscreen absorb ultraviolet liglt, reduce skin damage caused by the sun39。 主要包括 間歇 反應(yīng)器的選型、尺寸、材料、熱量衡算、傳動裝置、攪拌功率、電機效率 、溫控計算 等。在這個設(shè)計的基礎(chǔ)上加以改造可以生產(chǎn)雪花膏、乳液、唇膏之類的化妝品。 I 400kg/釜乳化反應(yīng)器的設(shè)計 摘 要 防曬化妝品具有吸收紫外線、減輕因日曬引起的皮膚損傷的功能。 本設(shè)計是一個可以生產(chǎn) 400kg/釜防曬乳的工藝設(shè)計。 間歇 反應(yīng)器是該工藝中重要的生產(chǎn)設(shè) 備，它的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量 ， 所以本文 重點是 對 間歇 反應(yīng)器的設(shè)計。 在本工藝中全部加工過程由自動生產(chǎn)線完成，整個生產(chǎn)車間為封閉式消毒除塵設(shè)計。將先進的控制技術(shù)應(yīng)用于間歇式反應(yīng)過程，間歇式化學反應(yīng)器操作才能獲得較佳的性能。連續(xù)反應(yīng)釜用于均相和非均相的液相反應(yīng)，如聚合反應(yīng)等，本文選擇的控制對象是間歇式反應(yīng)釜。筒體為一個鋼制罐形容器，可以在罐內(nèi)裝入物料，使物料在其內(nèi)部進行化學反應(yīng)。攪拌器是化