Расчёт ёмкостного аппарата периодического действия (реактор с мешалкой)

(Реактор с мешалкой)

Исходные данные:

- Производительность : V= 360 л/ч

- плотность твёрдой фазы : ρ_т = 1631,65 кг/ м³ 

^{- плотность жидкости :} ρ_ж  ^{= 997 кг/} м³

^{- концентрация суспензии : x=0,08 масс.доли (8 %)}

^{- вязкость жидкости :} m_ж = 0,902×10^-3 Па×с

- температура суспензии : t_с = 25 °С

^{1.  Определение теплофизических свойств суспензии при} 25 °С

1.1 Плотность суспензии : 1/ ρ_сусп = x/ ρ_{т +} (1-x)/ ρ_ж ; ρ_сусп  = (x× ρ_{ж +}ρ_т (1-x))/ ρ_ж× ρ_{т  = 1029}    кг/ м^{3  ;}

^{1.2.  Вязкость суспензии :}

^{для суспензии с концентрацией твёрдой фазы <10%}

m_{сусп =}    m_ж(1+2,5×j_{)   ;} j = 0,08 масс.долей

 m_{сусп =}  0,902×10^-3  _(1+2,5×0,08_{) =} 1,082×10^-3 Па×с

1.3. Теплоёмкость суспензии

с_{сусп =}  с_i× с_m ×x+ с_m (1-x)=

2.Выбор объема аппарата , типа мешалки для агрессивных сред.

2.1.Производительность

G_сусп  = V×ρ_сусп = 0,1×10^-3 ×1029 =0,103 кг/с,

V_сут =360×16=5760 л ,

Количество рабочих часов : 2 смены ×8 часов = 16 часов

т.к. запланировано 2 реактора , и их ёмкость не менее:

V_раст =5760/2=2880 л  = 3 м³

2.2. Коэффициент заполняемости аппарата

 ; для пенящихся жидкостей

Принимаем 𝜑=0,55

V_ап =

Выбираем стандартный стальной эмалированный аппарат с металлическим перемешивающим устройством (ТУ 26-01-650-82) СЭРМ 6,3-2

V = 6,3 м³         

  ^{= 1800 мм  ;   =2000 мм  ;   =12,3   ; = 2250 мм   ;  =2355 мм}

 

^{3. Выбор  типа мешалки.}

^{Для суспензии и растворов с вязкостью µ = 0,001÷ 4 Па·с рекомендуются лопастные или турбинные мешалки.}

^{Выбираем лопастную мешалку для которой  :}

^{c=14.35                m=0.31      [1.стр.525 ]}

^{3.1. Оптимальная окружная скорость : W = 2,5÷3,0 м/с}

^{3.2. Оптимальное число оборотов мешалки := =  = 1,06 об/с}

^{3.3. Расчёт диаметра мешалки :  = 2 , следовательно = = 0,9 м [1. стр 525]}

^{4. Расчёт критерия Рейнольдса.}

^100<Re<10000

^{Re =} ρ_сусп = ·1029 = 816,5

^{5.Расчёт коэффициента мощности Эйлера :}

^{=  =  = 1,8}

^{6. Рабочая мощность на перемешивание среды :}

 ^{= ·} ·· = 1,8 ·1029 · · = 1303 Вт

7. Мощность на валу :

^{= ·(Σk + 1) · ; =  =  = 1,25      ;  = 1,4}

^{Σk =  +  = 1+0,1 = 1,1}

^{8. Выбор электродвигателя.}

^{Выбираем электродвигатель номер МН 5855-66 Тип-І с кольцевой опорой с мотор – редуктором типа МПО2 и электродвигателем серии АО2 и ВАО. [2. справочник]}

^{9.Конструктивный расчёт :}

 

 

1. Теплота смешения  HF c O :

= 59  =  = 2,95 ·   = 2,95 ·  , т.к.  = 20

Готовим 4 % раствор HF в воде.

2. Объём раствора вмещаемый в один аппарат :

V =   = 180  = 0,1 · 

Время приготовления суспензии :  = 16 час = 57,6 · с

Одновременно в двух аппаратах находиться :

 = 0,1 ··57,6 · = 5,76 ≈ 6

3. Масса раствора :

 =  · = 6 · 997 = 5982 кг

4. Состав раствора :   =  =  = 2991 кг

4 % -  HF  ,  96 % - O

Составим пропорцию    100г   -   4 г O

                                       2991 кг   -

X =  = 119,6 кг

5. Теплота выделяемая при смешении HF с O :

Q =  ·  = 119,6 ·2,95 · = 0,35 ·  Дж

6. Расход теплоты :

Время смешения (или сливания HF)  = 15 час

=  = 0,64 · Вт

7. Уравнение теплового баланса :

=

 = ·  ()  = 0,64 ·

 = 4,19 ·      ;    = 5 ° С    ;     = 15 ° С

Для охлаждения берем захоложенную воду (т.е.  слабый раствор NaCl в воде , который не замерзает при 0 ° С

Расход воды на охлаждение выразим из уравнения теплового баланса.

 =   = 0,15  ;

8. Расчёт процесса теплообмена :

Горячий теплоноситель  -  «1»  - раствор ; 

холодный теплоноситель  - «2»  - вода ;

8.1. Определение средней движущей силы процесса теплообмена :

Δt_б = t_к – t_2н  = 25 – 5 = 20 ºС

Δt_м = t_к – t_2к  = 30 – 15 = 15 ºС

Средняя разность температур:

Δt_ср = (Δt_б – Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м) =  (20 – 15)/ln(20/15) =  17,4 ºС

8.2. Определение критерия Рейнольдса :

=  = 816,5

Принимаем  _{при 18}  ºС равное 1,07 · Па  ·  с [1. Стр . 514]

Исходя  из  значения  критерия  Re  выбираем  формулу для расчёта критерия Нусельта  (Nu).

Nu = CRe^mPr^0,33(m/m_ст)^0,14,

Pr =  для воды при 30 ºС

      l₁ = 0,618  Вт/м×К – теплопроводность воды  при 30 ºС [1c.537],

      m₁ = 0,804×10^-3 Па×с – вязкость воды при 30 ºС,

Pr =  = 5,45

Nu = 0,4··· = 280,8

 =  =  = 96,4

=  ·

 = 0.3 [3.стр.416]

0,98

8.3. По размерам аппарата определяем площадь канала рубашки  :

 =  -  =  = 0,59

  ^{-   = 2000 – 1800 = 200 мм = 0,2 м}

^{8.4. Определим скорость воды :}

 =  =  = 0,25  

8.5. Определим критерий Рейнольдса :

 =  

Найдём  свойства для воды при С [1.стр.514]

= 0,575  Вт/м×К – теплопроводность воды  при 10 ºС [1c.537],

m = 1,31×10^-3 Па×с вязкость воды при 10 ºС,

 = 38,16

8.6. Определение критерия Нусельта :

Т.к. режим ламинарный (Re<2320) то выражение для критерии Nu будет иметь вид :

Nu =0,15

Принимаем  = 1 ;

Определим критерий Грасгоффа:

Gr =  ·β·∆t =  ·0,7··5 = 0,16 ·

 =  = 9,55

 = 8,24

Nu = 0,15 ··· = 0,15 · 3,32 · 2,64 · 5,25 ·1,03 = 7,16

8.7. Определение коэффициента теплоотдачи :

=   =  = 20,585 

8.8. Определение коэффициента теплопередачи :

К =

Находим местные сопротивления  , и теплоёмкость стали   ;   ;

К =  = 34,25

8.9. Расчёт поверхности теплообмена :

F =  =  = 8,75

F должна быть меньше чем  .