【正文】 )( 有： M P aM P as 1 8 02 0 ????? ? M P ammmmmmmmmmmmmmM P aSeSeDP iCT144)125(2)1252990(2)(????????????? 由此得： ST ?? ?? =180 故其強(qiáng)度滿足要求。 攪拌器的設(shè)計(jì)及選型 表 8 攪拌器型式適用條件表 攪拌器型式 流動狀態(tài) 攪拌目的 攪拌容器容積 (m3) 轉(zhuǎn)速范圍(r/min) 最高粘度(P) 對流循環(huán) 湍流擴(kuò)散 剪切流 低粘度混合 高粘度液混合傳熱反應(yīng) 分散 溶解 固體懸浮 氣體吸收 結(jié)晶 傳熱 液相反應(yīng) 渦輪式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1～ 100 10～300 500 槳式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1～ 200 10～300 20 推進(jìn)式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 ～1000 10～500 500 折葉開啟渦輪式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1～1000 10～300 500 布爾馬金式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1～ 100 10～300 500 注：有 ○ 者為合用，空白者不詳或不合用。 攪拌器的選用及尺寸 攪拌器的選型要根據(jù)攪拌目的，物料粘度 ，攪拌容器容積的大小來綜合考慮。 參照上表，為了實(shí)現(xiàn)物料的均相混合，達(dá)到返混，所以本設(shè)計(jì)選用六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器。由《化工原理》上冊教材中表 41，選取葉輪直徑 d/Di=,即 d=,葉寬 b= 轉(zhuǎn)速取 n=，葉輪距槽底高度 C 為 D/3=。 為了消除可能的打旋現(xiàn)象，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)，安裝 nb=6塊寬度 W為 的擋板。全檔板判斷如下： )(DW 。 N= )( 6=，由于 ,因此，符合全檔板條件。 攪拌功率的計(jì)算 采用永田進(jìn)治公式法計(jì)算。 Re=(d2nρ )/? 式中： d=,n=,混合液平均密度ρ =,? = 故 Re= 106104為湍流， ? =Np,? 為功率因數(shù)， Np為功率數(shù) 查圖 Rushton 算圖，當(dāng) Re= 106時 ? =Np= 故 攪拌功率 N=Npρ n3d5= 夾套傳熱面積的計(jì)算與核算 選用螺旋板夾套，環(huán)隙 E=100mm，螺距 P=50mm。 被攪拌液體側(cè)的對流傳熱系數(shù) j? 采用佐野雄二推薦的關(guān)聯(lián)式計(jì)算 : Nuj=(? D4/? 3)(d/Di)(b/Di) ? = 4N/(? Di2Hρ ),式中 N=,Di=,ρ =1280kg/m3,H= 錨式 ○ ○ ○ 1～ 100 1～ 100 1000 螺桿式 ○ ○ ○ 1～ 50 ～50 1000 螺帶式 ○ ○ ○ 1～ 50 ～50 1000 故 ? =? =? /ρ = 104/1280= 107m2/s (? Di4/? 3)= 104 Pr= ???? ??pc j? Di/? =(? D4/? 3)(d/D)(b/D) = 104 = 104 故 j? = 104/=919W/() 夾套冷卻水對流傳熱系數(shù) ? 采用下式計(jì)算： ? De/? =(1+(De/Dc)) 即 ? =(1+(De/Dc))? /De 冷卻水進(jìn)入夾套溫度 25oC,冷卻水出夾套溫度 55oC，則其定性溫度 t=40oC，在此溫度下，水的相關(guān)物性如下： 比熱容 cp=()= 導(dǎo)熱系數(shù) ? = 密度 ρ =黏度 ? =。 Pr= 由于反應(yīng)物系放出熱量 Q1= ? 6kJ/h=，攪拌功率 N= 故攪拌槽需移出熱 Q=Q1+N=。 所以冷卻水質(zhì)量流量 m=Q/cp(t2t1)= ( 30)=。 夾套中水流速 u=m/(ρ PE)=( )=， De=4E= Dc= Re=Deuρ /? = 106 ???? ??pc 105 ? De/? = (1+(De/Dc))0 = ( 106) ( 105) (1+ ) = ? = () 所以總傳熱系數(shù)： 1/K=1/ j? +1/? =1/919+1/= K=() 夾套傳熱面積 由 Q=KF mt? mt? = )95/125l n( )55150()25150()/l n( 2121 ??????? ?? ? tt tt oC 得 F=Q/K mt? = 103/( )= 需要核算一下夾套可能傳熱面積是否滿足傳熱要求。由于攪拌槽能提供的最小傳熱面積： ? DiH= =。該面積大于所需傳熱面積 F=，因此夾套設(shè)計(jì)符合要求。 圖 2 反應(yīng)釜基本構(gòu)造 反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性匯總 表 9 反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性 項(xiàng)目 符 號 設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)及選型 攪 拌 器 攪拌形式 六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器 葉輪直徑 d 葉輪寬度 b 葉輪距釜底高度 c 攪拌轉(zhuǎn)速 n 槳葉數(shù) z 6 攪拌功率 N 攪拌 附件 擋板數(shù) nb 6 擋板寬度 w 反 應(yīng) 釜 攪拌釜全容積（不包括封頭部分） V 液面深度 h 攪拌釜實(shí)際高度 H 攪拌釜內(nèi)經(jīng) Di 工作壓力 PT 攪拌釜厚度 Sn 5mm 夾套 夾套形式 螺旋板夾套 螺旋板螺距 P 夾套環(huán)隙 E 夾套內(nèi)冷卻水流速 u 冷卻水每小時移出熱量 Q 被攪拌液體側(cè)的對流傳熱系數(shù) j? 890W/() 夾套側(cè)冷卻水對流傳熱系數(shù) ? () 攪拌槽總傳熱系數(shù) K () 所需夾套面積 F 由于釜內(nèi)介質(zhì)具有一定的腐蝕性 , 要求對釜體及釜蓋內(nèi)表面進(jìn)行搪鉛處理 (鉛層厚 6— 8 )并襯耐酸瓷板二層?？紤]到搪鉛工藝的實(shí)施和搪鉛時的鉛中毒， 釜體和釜蓋須采用法蘭連接。此外 ，還考慮到釜內(nèi)介質(zhì)的反應(yīng)速度難以控制以及介質(zhì)的腐蝕性， 設(shè)備不宜采用安全閥作超壓泄放裝置， 故設(shè)置了一泄放口徑為 200mm 的爆破片 （厚 3mm的鉛制平板型爆破片內(nèi)襯厚 2mm 的耐酸橡膠板）作為設(shè)備的超壓泄放裝置。 冷凝器的設(shè)計(jì)與選型 對于二級酯化反應(yīng)，由于是可逆反應(yīng)，過程中有水生成，從而會影響反應(yīng)的進(jìn)行程度。所以需要將水帶出反應(yīng)釜，促進(jìn)反應(yīng)向產(chǎn)物方向進(jìn)行。反應(yīng)液中，異辛醇將作為帶水劑把水從反應(yīng)釜中帶出，而這樣必將浪費(fèi)原料，因此在反應(yīng)釜上安裝一個換熱器加一個分離器，用于排水和回流異辛醇。 這里將以二級反應(yīng)第一個釜為例進(jìn)行換熱器的計(jì)算與選型。 選擇換熱器的類型 由于反應(yīng)溫度在 2021C 以下進(jìn)行，兩流體溫度變?yōu)椋簾崃黧w進(jìn)入換熱器的溫度為1900C，出口溫度定為 600C；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度為 250C，出口 溫度為 550C。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 流動空間及流速的確定 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，因使循環(huán)冷卻水走管路，熱流體走殼程。選用 ?? 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 。 傳熱面積的確定 兩股流體的進(jìn)出口溫度為：熱流體（出換熱器氣） 200→ 60℃ 冷流體 （水） 55 ← 25 ℃ 故傳熱推動力： △ Tm = )2560()55200(ln )2560()55200(?? ???=℃ 分子量 ： 苯酐 異辛醇 DOP H2O 18 表 10入冷凝器的氣體的比熱容 Q1=mcp△ T,△ T=1400C ∴ Q1=++= 表 11 冷凝液組分氣化熱和液體熱容 組分 異辛醇 水 氣化熱 wr KJ/mol 液體比熱容 KJ/(kg.℃ ) 組成 kmol/h 冷凝放熱 kJ/h 冷凝放出總熱 Q2= + =Q 總 =Q1 + Q2 = + =故冷卻水用量： w 水 = hkgcQ / ????水總 總傳熱系數(shù) K=() 管程流體的定性溫度 t=(55+25)/2=40oC,循環(huán)冷卻水相關(guān)物性數(shù)據(jù) 密度ρ =定壓比熱容 cp=(kg.℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) () 粘度 由公式 Q=AK △ Tm 可得 A’ =Q/（ K△ Tm） =116060/（ ） = 考慮 15%的裕度，則 A=’ = 工藝尺寸的計(jì)算 管子數(shù) n的確定 選用 ?? 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 。按單管程計(jì)算管字?jǐn)?shù)： 組分 異辛醇 水 N2 比熱容KJ/(kg.℃ ) 2021C 600C 2021C 600C 2021C 600C 組成 kmol 產(chǎn)生熱 Q1 kJ/h ??????? ????? udd Vn iis ? mndA so ????? ? 采用四管程，則 L=L1/4= 管數(shù) n1=4n=240 根 管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計(jì)采用正三角形排列，取管間距為 a=32mm 。 殼體直徑的確定 殼體直徑： Di=t(nc1)+2do 式中： Di—— 換熱器內(nèi)徑， mm； nc —— 橫 過 管 束 中 心 線 的 管 數(shù) ， 由 于 是 正 三 角 形 排 列 ，根根 ???? sc nn ； do —— 換熱管外徑， mm； 所以， Di=32（ 191） +2 25=625mm ，圓整取 700mm。 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為： h=175mm 取折流板間距 B=,則 B=210mm。 折流板數(shù) NB=L/B 1 =≈ 7 塊，折流板圓缺面水平裝配。 查《化工設(shè)備機(jī)械基 礎(chǔ)》得，折流板最小厚度為 4mm，折流板外徑 696mm，折流板開孔直徑為Ф +，材料為 Q235A 鋼；拉桿選用Ф 16，共 6 根，材料為 Q235AF鋼。 接管 殼程流體進(jìn)出接管：去接管內(nèi)熱流體流速 5m/s muVd 24 0444 ?????? ? 管程流體進(jìn)出接管：去接管內(nèi)冷卻水流速為 ,則接管內(nèi)徑為 muVd 33344 11 ???? ??? ? 取標(biāo)準(zhǔn)值徑為 90mm 體厚度 殼體材料選用 20R 鋼，計(jì)算壁厚的公式為： S=PcDi/（ 2「σ」 tФ Pc） 式中： Pc—— 計(jì)算壓力，取 Pc為 1 = ； Di=700mm；Ф = 「σ」