立式攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)

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1、立式攪拌反應(yīng)釜工藝設(shè)計(jì) 1. 推薦的設(shè)計(jì)程序 1.1 工藝設(shè)計(jì) 1、做出流程簡圖； 2、計(jì)算反應(yīng)器體積； 3、確定反應(yīng)器直徑和高度； 4、選擇攪拌器型式和規(guī)格； 5、按生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算換熱量； 6、選定載熱體并計(jì)算K值； 7、計(jì)算傳熱面積； 8、計(jì)算傳熱裝置的工藝尺寸； 9、計(jì)算攪拌軸功率； 1.2 繪制反應(yīng)釜工藝尺寸圖 1.3 編寫設(shè)計(jì)說明書 2. 釜式反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì) 2.1 反應(yīng)釜體積的計(jì)算 2.1.1 間歇釜式反應(yīng)器 Va=VR/φ （2-1） VD=Fv(t+t0

2、) （2-2） 式中 Va—反應(yīng)器的體積，m3； VR—反應(yīng)器的有效體積，m3。 VD—每天需要處理物料的體積，m3。 Fv—平均每小時(shí)需處理的物料體積，m3/h； t0 —非反應(yīng)時(shí)間，h； t —反應(yīng)時(shí)間，h； （2-3） 等溫等容情況下 （2-4） 對于零級反應(yīng) （2-5） 對一

3、級反應(yīng) （2-6） 對二級反應(yīng) 2A→P；A+B→P（CA0=CB0） （2-7） 對二級反應(yīng) A+B→P （2-8） f—裝料系數(shù)，一般為0.4～0.85，具體數(shù)值可按下列情況確定： 不帶攪拌或攪拌緩慢的反應(yīng)釜 0.8～0.85； 帶攪拌的反應(yīng)釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸騰下操作的設(shè)備 0.4～0.6。 2.2反應(yīng)器直徑

4、和高度的計(jì)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/D)，以確定罐體直徑和高度。長徑比的確定通常采用經(jīng)驗(yàn)值，即2-1 表2-1 罐體長徑比經(jīng)驗(yàn)表 種類 罐體物料類型 H/Di 一般攪拌罐 液—固或液—液相物料 1~1.3 氣—液相物料 1~2 發(fā)酵罐類 1.7~2.5 在確定了長徑比和裝料系數(shù)之后，先忽略罐底容積，此時(shí) （2-9） 選擇合適的高徑比，將上式計(jì)算結(jié)果圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑。橢圓封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)件，其內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同?？蓞⒄铡痘ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》的

5、附錄查找。通過式（2-10）得出罐體高度。 （2-10） 其中 V封——封頭容積，m3 2.3 攪拌器的選擇 攪拌器的作用是使釜內(nèi)物料混合均勻。攪拌器的類型很多，分為：推進(jìn)式、槳式、渦輪式、錨式、框式、螺桿式、螺帶式等，攪拌器選型時(shí)，主要考慮： （1）保證從反應(yīng)器壁或浸入式熱交換裝置到反應(yīng)混合物能有高的給熱系數(shù)。 （2）具有顯著的攪拌效果，特別是對多相反應(yīng)。 （3）攪拌所消耗的能量應(yīng)盡可能小。 攪拌器尺寸與轉(zhuǎn)速的大小與攪拌目的及被攪拌物料的物性有關(guān)。例如，均相液相的混合與固體的溶解對轉(zhuǎn)速的要求較低。

6、而非均相液體的乳化或氣相的分散則要求較高的轉(zhuǎn)速。對黏度小的液體，攪拌器的作用范圍較大，可用較小直徑的攪拌葉。液體的黏度很高時(shí)，則攪拌器的有效作用范圍變小，需要較大的攪拌器。對于要不斷清除釜壁上析出的固體物料時(shí)，則需要采用直徑接近釜體內(nèi)徑的錨式攪拌器。攪拌器結(jié)構(gòu)的確定按標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型攪拌裝置考慮。 表2-2 攪拌器型式選擇 攪拌器型式 渦輪式 漿式 推進(jìn)式 折葉開啟渦輪式 錨式 螺桿式 螺帶式 流動(dòng)狀態(tài) 對流循環(huán) √ √ √ √ √ √ √ 湍流擴(kuò)散 √ √ √ √ 剪切流 √ √ 攪拌目的 低

7、黏度液體混合 √ √ √ √ 高黏度液體混合及傳熱 √ √ √ √ √ 分散 √ √ √ 溶解 √ √ √ √ √ √ √ 固體懸浮 √ √ √ √ 氣體吸收 √ √ 結(jié)晶 √ √ 傳熱 √ √ √ √ 液相反應(yīng) √ √ √ √ 攪拌設(shè)備容量（m3） 1~100 1~200 1~1000 1~1000 1~100 1~50 1~50 轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘) 10~300 10~300

8、 100~500 10~300 1~100 0.5~50 0.5~50 最高黏度Pas 50 2 50 50 100 100 100 2.4 攪拌器轉(zhuǎn)速的確定 攪拌速的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，表2-3列舉了常用類型攪拌器的尺寸范圍與轉(zhuǎn)速范圍。若物料粘度不是太高，通常轉(zhuǎn)速在80～120轉(zhuǎn)/分。 表2-3 幾種常用類型就攪拌器的尺寸范圍與轉(zhuǎn)速范圍 類型 主要尺寸范圍 轉(zhuǎn)速范圍（r/min） 備注 漿式 D/T=1/2~2/3；D/W=4~10 D/T=1/3~1/2；D/W=4~10 Z=2~4 20~60 60~120 T：

9、釜內(nèi)徑 D：攪拌器直徑 L：攪拌器葉長 Z：攪拌器葉數(shù) W：攪拌器寬度 S：葉輪間距 C：攪拌器邊緣與釜壁間距 推進(jìn)式 D/T=1/2~2/3，S/D=1 Z=2~3 200~800 渦輪式 開式： D/T=1/5~2/5；D/W=5~8 圓盤式： D:L:W=20:5:4 Z=6 200~550 框式 （錨式） C/T=1/20~2/25 D/T=2/3~9/10 <60(小型) <30(大型) 攪拌器轉(zhuǎn)速、直徑與葉段切線之間有如下關(guān)系 （2-11） u—葉端切線速度，m/

10、s n—轉(zhuǎn)速，r/s D—直徑，m 葉端切線速度反映了攪拌作用的劇烈程度，根據(jù)攪拌目的、物料性質(zhì)等確定葉端切線速度，u的值大致范圍如下： （1） 漿式，u=1.0-3.0（m/s）； （2） 推進(jìn)式，u=4.0-15.0（m/s）； （3） 渦輪式，u=2.5-6.5（m/s）。 一直設(shè)備內(nèi)徑T以及D/T值以后，可計(jì)算需要的轉(zhuǎn)速 （2-12） 2.5 攪拌功率的計(jì)算 2.5.1 對均相液—液系統(tǒng)關(guān)聯(lián)式 （2-13） 其中 或者

11、 （2-14） （1）對于不打旋的系統(tǒng) 其中 Np—功率準(zhǔn)數(shù)； Re—葉輪雷諾數(shù)； Fr—弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)； P—功率消耗，W； g—重力加速度，m/s2； N—葉輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/s；參考經(jīng)驗(yàn)值 D—葉輪直徑，m； r—液體密度，kg/m3； m—液體粘度，Pa﹒S； K—系統(tǒng)幾何構(gòu)型的總形狀系數(shù)。 Φ—功率函數(shù) F或Np可由功率曲線圖上查出?；蛴孟率龉接?jì)算： Re<10 （2-15）

12、 Re>104 （2-16） （2）對無擋板而Re>300的攪拌系統(tǒng)，不能忽略重力影響時(shí)，須用式2-11， 其中 （2-17） K1、K2值及a、b值可由表2-4和表2-5上查得。 表2-4 攪拌器的K1和K2值 攪 拌 器 K1 K2 攪 拌 器 K1 K2 螺旋槳式，三葉片 螺距=D 41.0 0.32 雙葉單平槳式D/W=4 43.0 2.25 螺距=2D

13、 43.5 1.00 =6 36.5 1.60 渦輪式，四個(gè)平片 70.0 4.50 =8 33.0 1.15 六個(gè)平片 71.0 6.10 四葉雙平槳式 D/W=6 49.0 2.75 六個(gè)彎片 70.0 4.80 六葉三平槳式 D/W=6 71.0 3.82 扇形渦輪 70.0 1.65 表2-5 Re>300時(shí)攪拌器的a和b值 形 式 螺 旋 槳 式 渦輪式 六個(gè)平片 D/T 0.48

14、 0.37 0.33 0.30 0.20 0.30 0.33 a 2.6 2.3 2.1 1.7 0 1.0 1.0 b 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 40.0 40.0 當(dāng)攪拌器的形式在文獻(xiàn)上查不到功率曲線；可根據(jù)攪拌器的形狀因子對構(gòu)型相近的攪拌器的功率曲線加以校正，估算出該裝置的功率值。 （1） 葉輪直徑與器徑比 對徑向流葉輪（平槳、渦輪），湍流態(tài)下： （2-18） 對軸向流葉輪，湍流態(tài)下：

15、 （2-19） 其中 T——容器直徑。 （2） 葉片寬度W、葉片數(shù)目nb I. 葉片寬度W 對平槳和渦輪： （2-20） 對六葉片盤式渦輪：W/D=0.2～0.5時(shí) （2-21） II. 渦輪nb的影響： 湍流攪拌： （2-22） 層流攪拌： （2-23） 以六葉片渦輪為基準(zhǔn)：

16、 （2-24） 其中：nb—葉片數(shù)目 隨葉片數(shù)目的減少，平葉片渦輪的排液量降低，而彎葉片渦輪排液量降低不多，但功率消耗降低。在層流時(shí)彎葉片渦輪與平直葉片渦輪的功率消耗相同，但在湍流時(shí)彎葉片的功率消耗低于平直葉片。 （3）葉層深度H （2-25） 對高粘度液體上式的指數(shù)近似于0，功率消耗與液深無關(guān)。 （4）對低、中粘度液體，葉輪安裝高度Hj對功率無影響；對高粘度液體，葉輪近液面（Hj=0.9T）時(shí)功率消耗低，反之高。 （5）各種渦輪其葉輪間距距離S對功率輸入的影響見《精細(xì)化工過程及設(shè)備》（濮存恬，化學(xué)工業(yè)出版社，2005）。

17、 2.5.2非均相液-液體系 對于非均相的液-液體系，由于兩相的存在，其物性與均相體系是不相同的。在計(jì)算其攪拌功率時(shí)，須先求出兩相的平均密度和平均黏度，再用均相液體體系攪拌功率的計(jì)算方法和計(jì)算公式來求取液-液非均相體系的攪拌功率。 平均密度的計(jì)算： （2-26） ：分散相的密度 ：連續(xù)相的密度 ：分散相的體積分率 平均黏度的計(jì)算 （1）兩相液體黏度較低時(shí) （2-27） ：分散相黏度 ：分散相黏度 （2）兩相液體黏度較高時(shí)

18、 （2-28） （3）對于常見的水和有機(jī)溶劑體系，當(dāng)水的體積分率在40%以上時(shí) （2-29） 當(dāng)水的體積分率在40%以下時(shí) （2-30） ：水相的黏度 ：有機(jī)溶劑的黏度 ：水相的體積分率 ：有機(jī)溶劑的體積分率 2.5.3固-液非均相體系的攪拌功率 對于固相含量不大，能形成均一的懸浮狀態(tài)的固-液體系，在計(jì)算器攪拌功率時(shí)，可以應(yīng)用平均黏度和平均密度，按照均相液體的計(jì)算方法和計(jì)算公式求得。 （1）平均密度的計(jì)算

19、 （2-31） 其中固相為分散相 （2）平均黏度的計(jì)算 當(dāng)≤1時(shí)， （2-32） 當(dāng)時(shí)， （2-33） ：液體相的黏度 ：固體相與液體相的溶積比 2.5.4 氣-液非均相體系的攪拌功率 氣液體系的攪拌功率比單純液體的攪拌功率低，其降低的程度與槳葉附近的氣泡分散狀態(tài)有關(guān)，用無因此的通氣系數(shù)Na表示漿葉附近的氣泡分散程度。 （2-34） Qa：通氣速率m3/s

20、 在實(shí)際求取氣液體系的攪拌功率時(shí)，須按照通氣時(shí)的操作條件計(jì)算單純液體的攪拌功率，再根據(jù)由圖或者公式（2-35）求取。（左識之，精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)，P123） （2-35） 2.5.5 錨式和框式攪拌器功率的計(jì)算 錨式和框式攪拌器功率的計(jì)算可以采用永田進(jìn)治式。 （2-36） （2-37） （2-38） （2-39） B：葉片寬度 ：漿葉平面與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角。 當(dāng)高黏度下操作，Res

21、很小，永田進(jìn)治公式右邊第二項(xiàng)可以忽略，可以使用式 （2-40） 當(dāng)時(shí)，仍用式（2-37）計(jì)算 當(dāng)時(shí)，可用式（2-41）計(jì)算 （2-41） 2.6 電動(dòng)機(jī)功率的確定 在求算電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，可用下式表示： （2-42） Ps—穩(wěn)定條件下，攪拌器在不帶附屬裝置的容器內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率，W； mi—同一種附件的個(gè)數(shù)； qi—每一種附件的功率增加率。 Pm—填料函內(nèi)的摩擦消耗功率，其值取決于填料函的結(jié)構(gòu)； h—傳動(dòng)裝置的機(jī)械

22、效率。 表2-6各種附件的功率增加率q 設(shè)備附件的名稱 推進(jìn)式 槳式 渦輪式 框式 壓料管 0.10 0.20 0.20 0.20 溫度計(jì)管或浮球液位計(jì) 0.05 0.10 0.10 0.10 兩根中心角大于90o的垂直管 0.15 0.30 0.30 0.30 沿器壁布置的螺旋狀蛇管 — 0.20 — — 直徑為容器直徑0.033～0.54倍布置在器底的螺旋狀蛇管 — 2.5~3.0 — — 固定推進(jìn)器導(dǎo)流筒的零件 0.05 — — — （1）填料函的摩擦功率Pm 對于填料密封，其摩擦損失功率可取為攪拌功

23、率的10%，但不能小于373W；對于機(jī)械密封，其摩擦功率約為填料密封的10%~15%。 （2）機(jī)械傳動(dòng)效率h 電動(dòng)機(jī)通過各種傳動(dòng)裝置將能量傳給攪拌器時(shí)，由于摩擦作用，必定消耗一部分能量。其傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率可參見《精細(xì)化工反應(yīng)過程與設(shè)備》（張曉娟，中國石化出版社，2008； 第77頁） 2.7 反應(yīng)釜的熱量衡算 熱量衡算按照能量守恒定律，傳熱設(shè)備的熱量衡算由下式計(jì)算： （2-43） 其中，Q1—物料帶入設(shè)備的熱量，kJ Q2—加熱劑或者冷卻劑傳遞的熱量（加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“─”），kJ Q3—過程的熱

24、效應(yīng)(放熱為“+”，吸熱為“─”，與熱焓符號正好相反)，kJ Q4—離開設(shè)備物料帶走的熱量，kJ Q5—設(shè)備各部件所消耗的熱量，kJ Q6—設(shè)備的熱損失，kJ 要計(jì)算傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，就是要求出其中Q2的值。以下分別計(jì)算各部分的熱量。一般以進(jìn)料溫度作為基準(zhǔn)計(jì)算比較方便。 （2-44） Q5 和Q6是在反應(yīng)過程中熱量的損失，在工業(yè)上一般估計(jì)Q5 +Q6=15% Q2 2.7.1 過程熱效應(yīng)的計(jì)算 Q3=Qr+Qp （2-45） Qr—化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，kJ Qp—物理過程熱

25、效應(yīng)，kJ （2-46） —標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱，kJ/mol GA—參加化學(xué)反應(yīng)的A的質(zhì)量，kg MA—A的分子量 不管是間歇式反應(yīng)器還是連續(xù)式反應(yīng)器，在計(jì)算傳熱面積的熱負(fù)荷以及加熱劑或者冷卻劑的量時(shí)，必須以小時(shí)作基準(zhǔn)。 在精細(xì)化工生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到組分混合、稀釋和濃縮問題，這些過程往往有熱效應(yīng)產(chǎn)生。一般物質(zhì)水溶液濃度變化時(shí)，其熱效應(yīng)的數(shù)值不大，可忽略不計(jì)。但是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿類物質(zhì)水溶液濃度變化時(shí)熱效應(yīng)較大，必須計(jì)入。其熱效應(yīng)可以是正的（放熱），也可以是負(fù)的（吸熱）。其熱效應(yīng)可通過積分熔解熱或者無限稀釋熱計(jì)算濃度變化熱。物質(zhì)的積分熔解

26、熱和無限稀釋熱數(shù)值可以從相關(guān)化工手冊中獲得，也可以通過有關(guān)公式或者圖表獲得。 2.8總傳熱系數(shù)K的確定 反應(yīng)器是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，化學(xué)反應(yīng)過程常伴有放熱或者吸熱反應(yīng)，為了維持最佳的反應(yīng)溫度，反應(yīng)器中必須設(shè)置傳熱裝置。一般的攪拌釜是在釜體的內(nèi)部或外部設(shè)置供加熱或冷卻用的傳熱裝置，通常為釜體外部夾套或釜內(nèi)蛇管。 2.8.1 夾套傳熱裝置 夾套一般由普通碳鋼制備，它是套在反應(yīng)器筒外能形成密封空間的容器，既簡單又方便。為了強(qiáng)化傳熱，在夾套內(nèi)常采用螺旋導(dǎo)流板。夾套筒器身的間距視容器公稱直徑的大小采用不同的數(shù)值，一般為25~100 mm。夾套的高度取決于工藝要求的傳熱面積，但一般不能低于料液

27、的高度，應(yīng)比液面高度高出50~100 mm，以保證傳熱。通常加套內(nèi)的壓力不能超過1000 kPa，夾套傳熱的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，耐腐蝕，適應(yīng)性強(qiáng)。但是傳熱效率不太高。 計(jì)算K值的基準(zhǔn)面積，習(xí)慣上常用設(shè)備的外表面積Ao，當(dāng)Ao/Ai<2時(shí)近似按平壁計(jì)算，即AiAmAo。在計(jì)算給熱系數(shù)a不考慮鍋壁厚度的影響。 （2-47） 式中 K—總傳熱系數(shù)，W/m2℃ a------給熱系數(shù)，W/m2℃； Rz------污垢熱阻，m2℃/W； d-------反應(yīng)器壁厚，m；

28、 l-------設(shè)備壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/m℃。 （1） 污垢熱阻 污垢熱阻通常采用經(jīng)驗(yàn)值，常用污垢熱阻大致范圍如表2-7所示。 表2-7 熱交換表面垢層系數(shù)Rz 載熱體 流速<1 m/s 流速> 1 m/s 載熱體 流速< 1 m/s 水<50℃ 煤氣 0.002 井水 0.0002 0.0002 空氣 0.0001 河水 0.0001~0.0006 0.0002~0.0004 有機(jī)蒸汽 0.0001 硬水 0.0006 0.0006 有機(jī)液體 0.0002 蒸餾水 0.0001 0.0001

29、 純水蒸氣 0 軟化水 0.0002 0.0001 帶油水蒸氣 0.0002 水>50℃ 冷卻劑 0.0002 井水 0.0004 0.0004 鹽溶液 0.0002 河水 0.0006~0.0008 0.0004~0.0006 鍋爐燃料 0.001 硬水 0.001 0.001 機(jī)油 0.0002 蒸餾水 0.0001 0.0001 植物油 0.0006 軟化水 0.0002 0.0002 （2）給熱系數(shù)的確定 ?. 釜側(cè)的傳熱膜系數(shù) 可采用如下的關(guān)聯(lián)式求取。

30、 （2-48） D—鍋的直徑，m λ—流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK） n—攪拌轉(zhuǎn)速，s-1 d—攪拌漿直徑，m ρ—流體密度，kg/m3 μ，μs—流體及其器壁上的黏度Pas （2-49） （2-50） 常數(shù)J、a、b、c的值與攪拌器型式、Res的范圍、鍋內(nèi)有無擋板、反應(yīng)鍋幾何形狀等因素有關(guān)。見表2-8。 表2-8 公式2-32的常數(shù)值 攪拌器形式 Res值范圍 擋板 J a b c

31、漿式 300~4x105 無 0.36 0.67 0.33 0.14 20~400 有或者無 0.415 0.67 0.33 0.24 渦輪 <400 >400 有或無 有 0.54 0.74 0.67 0.67 0.33 0.33 0.14 0.14 推進(jìn)式 200~400 有 0.73 0.65 0.33 0.24 無 0.54 0.67 0.25 0.14 錨式 30~300 無 1.00 0.50 0.33 0.13 300~4000 無 0.38 0.67 0.33 0.13 Π

32、.夾套內(nèi)的傳熱膜系數(shù) 如夾套內(nèi)走的是蒸汽，由于釜側(cè)(反應(yīng)區(qū)側(cè))的傳熱膜系數(shù)往往較小，因此蒸汽冷凝的傳熱膜系數(shù)取a=6000～9000W/m2K，對整個(gè)的傳熱系數(shù)不至于有多大的誤差。 如果夾套內(nèi)通的是冷水，則可采用如下的關(guān)聯(lián)式： Re<4400時(shí)： W/(m2K) （2-51） u------水在夾套內(nèi)流速，m/s， de ------夾套的當(dāng)量直徑，m。 ΔT—夾套壁溫與水溫間的溫度差，K。 Re>3600時(shí)： W/(m2K) （2-52） 2.8.2 蛇管為

33、傳熱裝置 當(dāng)需要的傳熱面加較大，而夾套傳熱不能滿足要求時(shí)，或者殼體內(nèi)襯有橡膠、耐火磚等隔熱材料而不能采用夾套傳熱時(shí)，可采用蛇管傳熱。蛇管沉浸在物料中，熱量損失小，傳熱效果好。蛇管過長時(shí)，管內(nèi)流體阻力大，能量消耗多，因此蛇管不能過長，蛇管的直徑一般為25~70 mm的管子。 （2-53） ?. 管外壁給熱系數(shù) A. 平槳式攪拌器，無擋板，Res=300~4x105時(shí) （2-54） B. 渦輪式攪拌器，無擋板，Res=300~3x105時(shí) （2-5

34、5） C. 渦輪式攪拌器，有擋板，Res=400~1.5x106時(shí) （2-56） 其中， d0------蛇管外徑，m； d ------攪拌器直徑，m。 Π. 蛇管內(nèi)側(cè)給熱系數(shù) Re>10000時(shí)， （2-57） （2-58） De------當(dāng)量直徑，m； dt------蛇管內(nèi)徑，m； d c------蛇管圈直徑，m； μ------流體在主體溫度下的黏度，Pas； μw------流體在壁溫下

35、的黏度，Pas。 Re>2100時(shí)， （2-59） L------蛇管長度，m 2100

36、量衡算時(shí)是以每天處理的物料量為基準(zhǔn)，在計(jì)算傳熱面積時(shí)是以小時(shí)為基準(zhǔn)。 （2-60） cp------載熱體的熱容，kJ/(kg℃) α------每天生產(chǎn)的次數(shù)， t------反應(yīng)時(shí)間，h 2.9.2 傳熱面積的計(jì)算 對于間歇釜式反應(yīng)器，在進(jìn)行熱量衡算時(shí)是以每天處理的物料量為基準(zhǔn)，在計(jì)算傳熱面積時(shí)是以小時(shí)為基準(zhǔn)。 （2-61） 傳熱面積可按下式計(jì)算： （2-

37、62） 2.10 夾套直徑Dj及高度Hj計(jì)算 夾套類型有整體夾套、半圓管夾套、型鋼夾套和蜂窩夾套。通常整體夾套的壓力不能超過1MP，否則將會因罐體及夾套壁厚太大，增加制造的困難。當(dāng)反應(yīng)器直徑較大或采用的傳熱介質(zhì)壓力較高時(shí)，可采用后三種類型，這樣不但能提高傳熱介質(zhì)的流速，改善傳熱效果，而且能提高筒體承受內(nèi)、外壓的強(qiáng)度和剛度，各種夾套的使用范圍見下表： 表2-10幾種夾套的使用范圍 夾套類型 溫度，0C 壓力MPa 整體夾套 350 0.6 半圓管夾套 280 1.0～6.4 型鋼夾套 225 0.6～2.5 蜂窩夾套 250 2.5～4.0 常用

38、的整體夾套結(jié)構(gòu)類型有四種，如圖2-1所示。其中a型僅圓筒的一部分有夾套，用在需加熱面積不大的場合。b型為圓筒的一部分和下封頭包有夾套，是最常用的典型結(jié)構(gòu)。c型是考慮到筒體受外壓時(shí)為了減小筒體的計(jì)算長度Ｌ，或者為了實(shí)現(xiàn)分段控制而采用分段夾套。d型為全包式夾套，與前三種比較，有最大傳熱面積。 圖2-1 整體夾套型式 2.10.1 夾套直徑Dj的計(jì)算 Dj可根據(jù)罐體內(nèi)徑按表2-11推薦的數(shù)據(jù)選取。夾套風(fēng)頭根據(jù)夾套直徑及所選封頭形式按標(biāo)準(zhǔn)選取。 表2-11夾套直徑Dj與罐體直徑Dj的關(guān)系（mm） Di 500～600 700～1800 2000～3000 Dj Di+5

39、0 Di+100 Di+200 2.10.2 夾套高度Hj的計(jì)算 主要決定于傳熱面積Ah的要求，且一般不低于液面高度，以保證充分傳熱。此時(shí)可按下式估算： （2-63） Va—工藝計(jì)算給定容積，m3 V封頭—罐體下封頭容積，m3 V1m—1m高筒體容積，m3 φ—裝料系數(shù)，可取0.6~0.85 按計(jì)算的夾套高度，校核傳熱面積，如果不符合要求，需選擇其它形式的傳熱裝置。 2.11 蛇管長度及盤管直徑的計(jì)算 當(dāng)需要的傳熱面積較大時(shí)，夾套不能滿足要求時(shí)，可采用蛇管傳熱。密集排列的蛇管沉浸在物料中，熱量損失小，傳熱

40、效果好，同時(shí)還能起到導(dǎo)流筒的效果，強(qiáng)化攪拌程度，但檢修比較麻煩。攪拌釜內(nèi)裝有蛇管的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。 圖2-2 裝有蛇管的攪拌釜圖 尺寸設(shè)置： （d0為蛇管外徑） （p為節(jié)距；d0為蛇管外徑） 蛇管允許的操作溫度范圍為-30~+280℃，公稱壓力系列0.4、0.6、1.0、1.6MPa。蛇管長度不宜過大，否則會因凝液積聚而降低傳熱效果，從長蛇管中排出蒸汽所夾帶的惰性氣體也很困難。當(dāng)蛇館內(nèi)通蒸汽加熱時(shí)，蛇管的管長與管徑的比值可參考表2-12。 表2-12 蛇管的長度與管徑之比值 蒸汽壓力，MPa 0.045 0.125 0.20 0.3

41、0 0.50 管長與管徑最大比值 100 150 200 225 275 參考文獻(xiàn) [1] 譚盈科，攪拌槽內(nèi)裝有蛇管的加熱和冷卻，廣東化工，1981，02：16-20 [2] 聶清德，化工設(shè)備設(shè)計(jì)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993 [3] 濮存恬，精細(xì)化工過程及設(shè)備，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [4] 張曉娟，精細(xì)化工反應(yīng)過程與設(shè)備，北京：中國石化出版社，2008 [5] 左識之，徐金保，廖道華，精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)，上海：華東理工大學(xué)出版社，1996 [6] 蔡紀(jì)寧，張秋翔，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，北京：中國石化出版社，2000 [7] 立式攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)， 17