【正文】 5 篇《攪拌與混合》 P31 有關(guān)高粘度流體采用雙螺帶式攪拌槽的傳熱公式，即永田公式： 當(dāng) 1 Re 1000 時(shí)： Nuw? ??? ???4 2 13 13 0 14. Re Pr .?? Re 1000 時(shí)： Nuw? ??? ???0 42 23 13 0 14. Re Pr .?? 考慮葉輪與槽壁間隙大小對(duì)傳熱的影響時(shí)： Nu D dD? ??? ??? ???? ??? ?1 75 13 13 0 213. Re Pr .?? ? ?2i D Nu? Re? d n2 ?? 攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù) 式中 d — 攪拌葉輪直徑， m； n — 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)， r/s； D — 聚合釜內(nèi)徑， m。 設(shè)計(jì)中?。?D＝ m； d＝ ＝ ； n＝ 59r/min。 28 ??w ?09. 以 1 號(hào)釜為例計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù) ???11 Re? d n2 ?? =(2179。 59/60179。 )/= Pr . .. .? ? ? ? ?C p ?? 2 5744 10 3 50 0956 94251 0463 Nu=179。 ()1/3179。 ()1/3179。 ()179。 [()/]1/3 = ?2(1)= 179。 179。 ()1/3 179。 ()1/3 179。 () 179。[()/]1/3=(m2℃ ) 同理， 2 號(hào)、 3 號(hào)、 4號(hào)釜計(jì)算結(jié)果 表 26各釜對(duì)流給熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果 釜號(hào) Re Pr Nu ?2 1 2 3 4 (3)各釜總傳熱系數(shù) K 的計(jì)算 由于 DD外內(nèi) ? ?102 2.，所以按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊(cè) P180 式 358 計(jì)算各釜 K 值。 1 1 11112233 2K ? ? ? ? ???? ?? ?? ? 以 1 號(hào)釜為例 已知： ?1= W(m2℃ ) ?2 = W(m2℃ ) 掛膠厚度 ? 1 10 0 01? ?mm m.， ?1 00 1396? ?. ( )W m C； 釜壁厚度 ? 2 16 0 016? ?mm m.， ?2 017 445? ?. ( )W m C； 29 取水垢厚度 ?3 0 5 0 0005? ?. .mm m，查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊(cè) P180 表 39 得25％ CaCl2 鹽水的垢層系數(shù) ? d W m C? ?1395 6 2 0. ( )。 1/K1=1/+++1/+1/ 1/K1= K1= W(m2℃ ) 對(duì) 2 號(hào)釜、 3號(hào)釜、 4 號(hào)釜而言，取掛膠厚度為 1mm，其它數(shù)據(jù)同上，各釜 K值計(jì)算結(jié)果 。 表 27 各釜 K值計(jì)算結(jié)果 釜?jiǎng)e ?1 ?1 ?1 ?2 ?2 ?d ?2 K 1 2 3 4 聚合釜攪拌功率的計(jì)算 攪拌器型式的確定，丁二烯溶液聚合生產(chǎn)聚丁二烯 中，隨著單體轉(zhuǎn)化率的提高，體系的動(dòng)力粘度逐漸增加，一般從幾十厘泊增加到幾萬(wàn)厘泊，為此要從適合高粘度液體的錨式、框式、螺桿式及雙螺帶式等攪拌器中進(jìn)行選擇。目前，國(guó)內(nèi)有的生產(chǎn)廠(chǎng)家主要采用首釜為框式，其余為雙螺帶式，設(shè)計(jì)中根據(jù) 1998 年第 1期《合成橡膠工業(yè)》“順丁橡膠技術(shù)開(kāi)發(fā)中的幾個(gè)工程放大問(wèn)題”中所分析的框式攪拌器，在使用中存在因湍流程度不夠而造成釜內(nèi)溫度上下不均及混合分散程度差的缺點(diǎn)，決定全部采用雙螺帶式攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為 59 r/min。 查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 P59 知，當(dāng)雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為： d Di ?092. ～； h di ?08. ～ ； s D?10. ； H D?09. ～ ； b di ?010. 時(shí)，同時(shí)，在層流區(qū)操作時(shí)，其功率準(zhǔn)數(shù)為： Np hd i? ?340 1 0( )(R e) . 當(dāng) Re 100 時(shí)： Np hd i? ?7 0 0 33. ( )(Re ) . 由前面計(jì)算結(jié)果可知，各釜的 Re 值均大于 100，所以設(shè)計(jì)采用后面關(guān)系式進(jìn)30 行計(jì)算，然后，再按下式求出攪拌功率。 53102 ip dngNP ???? ? 查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 P161 知，電機(jī)功率為： ? ma NNP ?? 采用機(jī)械密封時(shí)： %10(填PPm ? ～ 15%) 式中 H— 聚合釜筒體高度， m； D— 聚合釜筒體內(nèi)徑， m； h — 攪拌器攪拌葉總高度， m； di— 攪拌葉外徑， m； s — 攪拌葉螺距， m； b — 攪拌葉寬度， m； Re— 攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)； Np— 攪拌功率準(zhǔn)數(shù)； P — 攪拌功率， KW； ? — 液體密度， kgM3 ； n — 攪拌轉(zhuǎn)速， r/s； g — 重力加速度， ms2 ； Pa— 電機(jī)功率， KW； Pm— 軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率， KW； ?— 機(jī)械傳動(dòng)效率， KW； (一般 ?＝ ～ ) P 填 — 填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率， KW； 以 1 號(hào)釜為例進(jìn)行計(jì)算： 設(shè)計(jì)中取 hdi??? ????23.； P填＝ ； Pm＝ 填； ?＝ 。則： Np hd i? ?7 0 0 33. ( )(Re ) .=7179。 179。 ()= 53102 ip dngNP ???? ? =(102 179。 ) 179。 179。 (59/60)3 179。 ()5 = KW ? ma NNP ??=179。 (1+)/= KW 同理可求其它各釜的 P 和 Pa。 表 28 釜的 P 和 Pa 釜號(hào) Re Np P/KW Pa/KW 1號(hào) 31 2號(hào) 3號(hào) 4號(hào) 取其中最大的電機(jī)功率， 80 KW。 熱量衡算 計(jì)算基準(zhǔn) :數(shù)量基準(zhǔn)： kJ/h；基準(zhǔn)溫度： 0℃。 總熱量衡算圖如下 圖 4總熱量衡算圖 各釜熱量衡算關(guān)系式 ： 1號(hào)釜 Q1 入 ＋ Q1 反 ＋ Q1 攪 ＋ Q1 沖入 ＝ Q1 出 ＋ Q1 沖出 ＋ Q1 夾 2號(hào)釜 Q2 入 ＋ Q2 反 ＋ Q2 攪 ＋ Q2 沖入 ＝ Q2 出 ＋ Q2 沖出 ＋ Q2 夾 3號(hào)釜 Q3 入 ＋ Q3 反 ＋ Q3 攪 ＋ Q3 沖入 ＝ Q3 出 ＋ Q3 沖出 ＋ Q3 夾 4號(hào)釜 Q4 入 ＋ Q4 反 ＋ Q4 攪 ＋ Q4 沖入 ＝ Q4 出 ＋ Q4 沖出 ＋ Q4 夾 攪拌熱 根據(jù)資料介紹，攪拌熱與膠液粘度大小有關(guān)。粘度大，攪拌熱就大。設(shè)計(jì)中取 1 號(hào)釜電機(jī)功率的 70％、 2釜電機(jī)功率的 75％、 3 號(hào)釜電機(jī)功率的 80％及 4號(hào)釜電機(jī)功率的 85％用于形成攪拌熱。 各釜熱量衡算 (1)1 號(hào)釜熱量衡算 (目的確定進(jìn)料溫度 ) Q1 入 ＝ G178。 Cp178。 T1＝ ??T1＝ kJ/h Q1 反 ＝ x178。 G 丁二烯 178。 ?H 反 ＝ ??＝ kJ/h 32 Q1 攪 ＝ 80??3600＝ 202000 kJ/h Q1 沖入 ＝ 0(首釜不沖冷油 ) Q1 夾 ＝ 0(因?yàn)槭赘獟炷z嚴(yán)重，傳熱系數(shù)較小，故不用夾套移熱 ) Q1 出 ＝ G178。 Cp178。 (T2－ T1)＝ ??(90－ 0)＝ kJ/h Q1 沖出 ＝ 0 由 1 號(hào)釜熱量平衡關(guān)系式知： Q1 入＝ Q1 出－ (Q1 反＋ Q1攪 ) ＝ － (＋ 202000) 解得： T1＝ ℃ Q1 入 == kJ/h (2)2 號(hào)釜熱量衡算 (目的確定沖冷油量 ) Q2 入 ＝ Q1 出 ＝ kJ/h Q2 反 ＝ ??＝ kJ/h Q2 攪 ＝ 80??3600＝ 216000 kJ/h Q2 沖 入 ＝ 0(T2 沖 ＝ 0) Q2 出 ＝ Q2 入 Q2 夾 ＝ K2178。 A2178。 ?tm2 已知：冷卻鹽水 t進(jìn)＝ 12℃， t 出＝ 8℃。 ?t1＝ T－ t 進(jìn) ＝ 90－ (－ 12)＝ 102℃ ?t2＝ T－ t 出 ＝ 90－ (－ 8)＝ 98℃ ?tm=(102+98)/2=100℃ K2＝ W m C( )2 0? 取 A2＝ 27m2 則： Q2 夾 ＝ ?27?100?＝ 108378 kJ/h 由熱量平衡關(guān)系式知： Q2 沖出 ＝ Q2 反 ＋ Q2 攪 － Q2 夾 Q2 沖出 ＝ ＋ 216000－ 108378＝ kJ/h 33 冷抽余油用量： G2 沖 =179。（ 900） = kJ/h 冷卻鹽水用量： G2 鹽 =108378/179。 (8+12)= kJ/h (3)3 號(hào)釜熱量衡算 (目的確定沖冷油量 ) Q3 入 ＝ Q2 出 ＋ Q2 沖出 ＝ Q3 出 ＝ += kJ/h Q3 反 ＝ ??＝ kJ/h Q3 攪 ＝ 80??3600＝ 230400 kJ/h Q3 夾 ＝ ?27?100?＝ kJ/h Q3 沖入 ＝ 0(T3 沖 ＝ 0) 由熱量平衡關(guān)系式知： Q3 沖出 ＝ Q3 反 ＋ Q3 攪 － Q3 夾 Q3 沖出 ＝ ＋ 230400－ ＝ kJ/h 冷抽余油用量： G3 沖 =179。 (900)= kJ/h 冷卻鹽水用量： G3 鹽 =179。 (8+12)= kJ/h (4)4 號(hào)釜熱量衡算 Q4 入 ＝ Q3 出 ＋ Q3 沖出 ＝ Q4 出 ＝ += kJ/h Q4 反 ＝ ??＝ kJ/h Q4 攪 ＝ 80??3600＝ 244800 kJ/h Q4 夾 ＝ ?27?100?＝ kJ/h Q4 沖入 ＝ 0(T2 沖 ＝ 0) 由熱量平衡關(guān)系式知： Q4 沖出 ＝ Q4 反 ＋ Q4 攪 － Q4 夾 ＝ ＋ 244800－ ＝ kJ/h 冷卻鹽水用量： G4 鹽 =179。 (8+12)= kg/h 1～ 4 號(hào)釜熱量衡算總結(jié)果 表 29 總熱量衡算 序號(hào) 項(xiàng) 目 1號(hào)釜 2 號(hào)釜 3 號(hào)釜 4 號(hào)釜 1 VR m3 20 20 20 20 34 2 T ℃ 90 90 90 90 3 純 x(%) 4 K W m C( )2 0? 5 A m2 27 27 27 27 6 ?tm ℃ 100 100 100 100 7 Q 入 kJ/h 8 Q 攪 kJ/h 202000 216000 230400 244800 9 Q 反 kJ/h 10 Q 出 kJ/h 11 Q 沖出 kJ/h 0 12 Q 夾 kJ/h 0 108378 13 G 沖 kg/h 0 0 14 G 鹽 kg/h 0 聚合釜計(jì)算 聚合釜容積確定 按 小時(shí)聚合時(shí)間確定聚合總?cè)莘e V 總 =（ 20200179。 ） /（ 179。 179。 8000） =80m3 需 20m3聚合釜臺(tái) 4 臺(tái)。 聚合釜筒體直徑與筒體高度確定 因反應(yīng)體系的粘度較大，所以解決好傳熱問(wèn)題非常重要。查《聚合物合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 P78 知，一般釜的高徑比在 1～ 3 之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。設(shè)計(jì)中綜合考慮取高徑比為 。 高徑比??HDi (1)聚合釜筒體直徑確定 設(shè)計(jì)中初選 V 封 ＝ 1m3，按下式估算聚合釜的筒體直徑： ? ?D V Vi F???43 ? ? 35 式中 Di — 聚合釜直徑， m； V — 聚合釜容積，3； V 封 — 聚合釜封頭容積，3； π — 圓周率； γ — 高徑比； Di= 園整取 m。 (2)封頭容積及直邊高度確定 封頭選用橢園形封頭。 根據(jù)筒體直徑查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表 42 得有關(guān)數(shù)據(jù)如下 h1＝ 550mm； h0＝ 40mm； A 內(nèi)表 ＝ 2； V 封 ＝ 3； G 封 ＝ 557kg(S=16mm) (3)筒體高度確定 根據(jù)筒體直徑查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表 41： V1m＝ 3 根據(jù)公式 H V VV Am? ?1得 H=()/= 取 H=，則： V 實(shí) ＝ 179。 += 考慮攪拌器等所占的容積，實(shí)際有效容積約 20m3 夾套直徑及高度確定 (1)夾套直徑確定 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 P34 表 43： Di 在 2020～ 3000mm 之間時(shí)， Dj＝ Di＋ 200 所以： Dj＝ 2200+200＝ 2400mm (2)夾套高度確定 夾套越高傳熱面越大，但過(guò)高會(huì)影響封頭的裝卸。 H 夾 ＝（η VV 封 ） / V1m =(179。 )/= 校核傳熱面積 36 A＝ A 封 ＋ A 筒 ＝ ＋ 179。 ＝ 2 即傳熱面積完全滿(mǎn)足工藝要求。 聚合釜筒體壁厚確定