【正文】 于高速攪拌低黏度流體，后幾種適用于低速攪拌高黏度流體。 攪拌器設(shè)計(jì)步驟及優(yōu)化設(shè)計(jì) :攪拌反應(yīng)釜的攪拌器的設(shè)計(jì)，首先要考慮反應(yīng)體系對(duì)攪拌效果的要求。 攪拌器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 [3]如圖 所示。影響攪拌釜行為的因素很多，針對(duì)特特定的過(guò)程要采用特定的設(shè)計(jì)方法，缺乏普遍的規(guī)律可循，因此在設(shè)計(jì)大型釜式反應(yīng)器時(shí)，需要先做模型試驗(yàn)，然后再做放大。所謂幾何相似放大，就是按一定的比值將葉輪直徑槳葉、寬度。 D2/D1=b2/b1=T2/T1=Z2/Z1=R （ 11） R 是放大的倍數(shù)，下小標(biāo) 1 是指小設(shè)備，下小標(biāo) 2 是指大設(shè)備 。為了使 這些過(guò)程能夠在規(guī)定的溫度下迅速進(jìn)行，必須及時(shí)供給或移出過(guò)程吸收或放出的能量。此外，通過(guò)熱量衡算，可以了解設(shè)備的傳熱效率和熱量綜合利用的途徑。 熱量衡算的通式 [5]為 : 輸入的熱量 +反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng) =輸出的熱量 +累積的熱量 攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱 :化學(xué)反應(yīng)過(guò)程通常伴有熱量的交換，攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱問(wèn)題，即然是影響產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，甚至 關(guān)系到能否進(jìn)行的重要問(wèn)題，就有必要進(jìn)一步對(duì)傳熱問(wèn)題進(jìn)行工程分析，以求得在一定的傳熱要求下，使設(shè)備投資和消耗最低。夾套傳熱裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在處理高黏度物料時(shí)，傳熱系數(shù)不高，一般采用提高夾套內(nèi)傳熱介質(zhì)（或稱載熱體，通常是水）的流速的辦法，來(lái)提高總包傳熱系數(shù)。 釜溫的控制方式 :反應(yīng)溫度的測(cè)量與控制是實(shí)現(xiàn)釜式反應(yīng)器最佳操作的關(guān)鍵問(wèn)題，主要針對(duì)溫度控制進(jìn)行討論是反應(yīng)釜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)成功與否 的先 決條件，解決溫度控制的途徑可以有 : (l)控制進(jìn)料 :溫度物料經(jīng)過(guò)預(yù)熱器 (或冷卻器 )進(jìn)入反應(yīng)釜，通過(guò)改變進(jìn)入預(yù)熱器 (或冷卻器 )的熱劑量 (或冷劑量 )，可以改變進(jìn)入反應(yīng)釜的物料溫度，從而達(dá)到維持釜內(nèi)溫度恒定的目的。當(dāng)釜內(nèi)溫度改變時(shí)，可用改變加熱劑 (或冷卻劑 )流量的方法來(lái)控制釜內(nèi)溫度。 (3)串級(jí)控制 [6]:為了針對(duì)反應(yīng)釜滯后較大的特點(diǎn)，可采用串級(jí)控制方案。目前常見(jiàn)的反應(yīng)釜串級(jí)控制有 :采用釜溫與熱劑 (或冷劑 )流量串級(jí)控制、釜溫與夾套溫度串級(jí)控制及釜溫與釜壓串級(jí)控制。也就是說(shuō)，攪拌器的設(shè)計(jì)首先要滿足工藝過(guò)程所提出的混合、攪拌、分散等要求，然后根據(jù)求 得的攪拌器的直徑和轉(zhuǎn)速計(jì)算傳熱系數(shù)，再按規(guī)定的傳熱溫差計(jì)算傳熱面積。h 相當(dāng)于 ，在高黏度體系中可達(dá)到傳熱總量 30%40%，在傳熱計(jì)算中不僅考慮聚合熱，還必須考慮攪拌熱。 9 2 設(shè)計(jì)說(shuō)明 本設(shè)計(jì)為生產(chǎn)一個(gè) 400kg/釜防曬 乳 的反應(yīng)器。防曬乳的各項(xiàng)指標(biāo)如下 :密度 :ρ=:μ=4600m ℃ 。 10 3 設(shè)計(jì)規(guī)劃 生產(chǎn)方案的確定 防曬乳是特殊用途化妝品，它的作用原理是將皮膚與紫外線隔離開來(lái)，最大的作用是防止紫外線對(duì)皮膚的傷害。所以選擇加工方案必須考慮到所生產(chǎn)的防曬乳能夠達(dá)到食品級(jí)，以保證消費(fèi)者放心使用。 防曬乳 的配方 表 防曬乳 的配方 [9] 組 分 含量 /%（質(zhì)量） 組 分 含量 /%（質(zhì)量） A相 B 相 Vegelatum Clear(Natunda Health) 聚 乙氧基醚 80(AK20) 甲氧基肉桂酸辛酯 (ISP) 甘油 水楊酸辛酯 (ISP) 三乙醇胺 苯酮 3(ISP) Germuben Ⅱ E (ISP) 十八烷醇 (LTO) 香精 適量 硬酯酸單甘酯 去離子水 至 100 硬脂酸 工藝流程 反應(yīng)器開始工作時(shí)首先將反應(yīng)物裝入反應(yīng)器，然后向夾套中通入 加熱用的水蒸汽，將反應(yīng)物加熱到某個(gè)所需要的溫度 ， 然后停止通入加熱蒸汽，而向夾套中通入 冷卻水，以除去反應(yīng)放出的熱量，使反應(yīng)器的溫度按照所規(guī)定的溫度一時(shí)間 11 曲 線變化 [10]。設(shè)計(jì)采用了 120℃ 水蒸氣加熱和 20℃ 水冷卻。 3． 為了使得產(chǎn)品無(wú)菌純凈，生產(chǎn)裝置需要采用自動(dòng)化設(shè)計(jì)，盡量減少直接的A 相 加熱至7075℃ B 相 加熱至 65℃ 加入香料 攪拌至 55℃ 加入Germuben Ⅱ E (ISP) 12 接觸，從進(jìn)料到生產(chǎn)出產(chǎn)品都在自動(dòng)化條件下完成。工作人員需要進(jìn)行消毒、無(wú)塵處理。 13 4 設(shè)計(jì)計(jì)算 反應(yīng)器各個(gè)部件的尺寸的確定 反應(yīng)釜 裝料量系數(shù)η的選取與體積 V 的計(jì)算 已知防曬 乳 的各項(xiàng)參數(shù) :密度 :ρ=:μ=4600mPa選擇時(shí)主要考慮以下兩方面因素 : 1． 長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率的影響 :在轉(zhuǎn)速不變的情況下， P∝ 5（其中 D— 攪拌器直徑， P— 攪拌功率）， P 隨反應(yīng)釜體直徑的增大而增加很多，減少長(zhǎng)徑比只能無(wú)謂地?fù)p耗一些攪拌功率。 2． 長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響；當(dāng)容積一定時(shí)， H/ 越高，越有利于傳熱。如表所示 : 表 反應(yīng)器的 H/Di值 [11] 種類 釜內(nèi)物料類型 一般反應(yīng)釜 液 — 液相或液 — 固相物料 1～ 氣 — 液相物料 1～ 2 14 已知 V≈ H≈ ） (41) 則 (42) 式中 V—— 釜體容積 ； H—— 筒體高度， m； —— 筒體內(nèi)徑， m. = 計(jì)算出 790mm。 反應(yīng)器頂蓋和底座的確定 因?yàn)榇斯に囋O(shè)計(jì)在常壓下進(jìn)行，所以頂蓋采用薄鋼板制造的 橢圓型 蓋。 反應(yīng)器夾套的選取 （一） 整體夾套的結(jié)構(gòu)類型 [12] 15 圖中 a 為圓筒部分夾套，用于需加熱面積不大的場(chǎng)合； b 為圓筒一部分和下封頭包有夾套，是最常用的典型結(jié)構(gòu)； c 為在圓筒部分的夾套中間設(shè)置支撐或加強(qiáng)環(huán)，以提高內(nèi)筒的穩(wěn)定性，在夾套中介質(zhì)壓力較大時(shí)，由于這種結(jié)構(gòu)減少了內(nèi)筒的計(jì)算長(zhǎng)度，從而減少了筒體壁厚； d 為全包式夾套，與前三種比較，傳熱面積最大。 圖 整體夾套的類型 （二） 整體夾套與釜體連接方式的選取 [13] 整體夾套與釜體連接方式有可拆式和不可拆式，如圖 圖 夾套與釜體的連接結(jié)構(gòu) a 為可拆式結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)，它適應(yīng)于需要檢修內(nèi)筒外表面以及定期更換夾套， 16 或者由于特殊要求，夾套與內(nèi)筒之間不能焊接的場(chǎng)合； b 為常用的不可拆式連接結(jié)構(gòu)，夾套與內(nèi)筒之間采用焊接，加工簡(jiǎn)單，密封可靠。 而不可拆式又分為多種，以下列 5 種 最為 常見(jiàn) ： a b c d e 圖 不可拆式夾套 a 是最常見(jiàn)的； b 和 c 是適用于橢圓封頭和蝶形封頭； d 適用于錐形封頭； e的下端封口件為一圓筒，也可以做成錐形筒，加工方便，但強(qiáng)度較 b 差。 整體夾套的直徑及高度的選取 (一 )夾套的直徑 可根據(jù)罐體直徑的大小如圖給出的數(shù)值選用 表 夾 套直徑 與罐體直徑 的關(guān)系 ， mm 500～ 600 700～ 1800 2020～ 3000 mm +50 +100 +200 本 設(shè)計(jì) 的罐體直徑為 790mm，所以此設(shè)計(jì)的 夾套的直徑選為 890mm。可由下式估算 : = (43) (44) (45) 式中 反應(yīng)器下封頭容積， m3； —— 下封頭內(nèi)表面積， m2； S—— 罐體內(nèi)橫截面積， m2。按計(jì)算的夾套高度，校核傳熱面積。 整體夾套附件的確定 進(jìn)口接管 整體夾套的出口接管結(jié)構(gòu)和一般容器一樣，不需進(jìn)行特殊處理。 反應(yīng)器的攪拌裝置的選取 攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成。 (一 )攪拌器的形式 [13] （ 1） 漿式攪拌器 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料一般為扁鋼，也可以用碳鋼、合金鋼、有色金屬等，在料液層比較高時(shí)，常用幾層槳葉，相鄰兩層槳葉交錯(cuò) 90186。 20 圖 漿式攪拌器 (2)渦 輪 式攪拌器 有很多形式，其直徑不能做得太大，一般在 φ700 以下。 此類攪拌器的直徑較大，取釜體直徑的 2/3～ 9/10。 (4)推進(jìn)式攪拌器 為整體鑄造，加工方便，采用焊接時(shí)，需模鍛后再與軸套焊接，加工較困難。 圖 推進(jìn)式攪拌器 22 (5)其他形式攪拌器 螺桿式和螺帶式攪拌器等 圖 螺桿式和螺帶式攪拌器 (二 )攪拌器形式的確定 可 根據(jù)流動(dòng)狀態(tài)、攪拌目的、攪拌容量、轉(zhuǎn)速范圍及反應(yīng)物黏度進(jìn)行選擇，經(jīng)驗(yàn)表如下 : 表 攪拌器型式選擇 流動(dòng)狀態(tài) 攪拌參數(shù) 攪拌器形式 對(duì)流 循環(huán) 湍流 循環(huán) 剪切流 攪拌設(shè)備容 量 轉(zhuǎn)速 最高黏度 渦輪式 Ο Ο Ο 1～ 100 10～ 300 50 漿式 Ο Ο Ο 1～ 200 10～ 300 2 推進(jìn)式 Ο Ο 1～ 1000 100～ 500 50 折葉開啟 渦輪式 Ο Ο 1～ 1000 10～ 300 50 錨式 Ο 1～ 100 1～ 100 100 螺桿式 Ο 1～ 50 ～ 50 100 螺帶式 Ο 1～ 50 ～ 50 100 23 續(xù)表 攪拌目的 攪拌器形式 低粘度液混合 高黏度液混合及傳熱反應(yīng) 分解 溶解 固體 懸浮 氣體 吸收 結(jié)晶 傳熱