化工设计-木质素磺酸钠-反应釜设计说明书

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流 流 切 粘 度液 散 解 体 体 晶 热 相
m3
Pa.s
循 扩 流 度 混合
悬吸
反
环散
液 及传
浮收
应
混 热反
合应
涡轮式
Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο 1～100 10～300
50
桨式
ΟΟΟΟ Ο
ΟΟΟ
Ο Ο 1～200 10～300
反应釜设计说明书
第一部分：反应釜工艺设计
一、 反应釜体积计算
磺化工段采用的是间歇釜式反应器，故使用下式进行计算：
V=VRφ 式中 V—反应器实际体积，m3；
VR—反应器有效体积，m3。 φ—装料系数，带搅拌的一般反应釜
0.7～0.8；
每 次 进 入 磺 化 工 段 的 原 料 总 量 为 41480.3728 kg ， 其 中 水 质 量 为 25050.36315kg，其余是固形物，质量为 16430.00965kg。还有磺化剂 亚硫酸钠 3166.40625kg。
=8
六个平片
71.0 6.10 四叶双平桨式 D/W=6
六个弯片
70.0 4.80 六叶三平桨式 D/W=6
搅拌器功率可用下述公式计算： Re<10 P=K1µN2D3 Re>104 P=k2ρN3D5
（1）
表 1-4 搅拌器的 K1 和 K2 值
搅拌器
K1 K2
搅拌器
螺旋桨式，三叶片 螺距=D 41.0 0.32 双叶单平桨式 D/W=4
螺距=2D 43.5 1.00
=6
涡轮式，四个平片
70.0 4.50
2
推进式
ΟΟ
Ο
ΟΟ Ο
Ο Ο Ο 1～1000 100～500
50
折叶开启涡轮式 Ο Ο
Ο
ΟΟ Ο
Ο Ο 1～1000 10～300
50
锚式
Ο
Ο
Ο
1～100 1～100
Байду номын сангаас100
螺杆式
Ο
Ο
Ο
1～50 0．5～50
100
螺带式
Ο
Ο
Ο
1～50 0．5～50
注：表中“Ο”为适合，空格为不适合。
我们的反应物是低粘度液体，搅拌目的是溶解，釜的容量约为 11m³。参照 上图，涡轮式搅拌器符合我们的要求。
1、长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，P∝D5（其中 D---搅拌 器直径，P——搅拌功率），P 随釜体直径的增大，而增加很多，减小长径比只 能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长经比应选择大一些。
2、长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di 越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值.即表 1-1
（1）保证从反应器壁或浸入式热交换装置到反应混合物能有高的给热系数。 （2）具有显著的搅拌效果，特别是对多相反应。 （3）搅拌所消耗的能量应尽可能小。
表 1—2 搅拌器型式选择
搅拌器
流动状态
搅拌目的
搅拌设 转 速， 最高
型式
对 涡 剪 低 高粘 分 溶 固 气 结 传 液 备容量， r / min 粘度
涡轮式搅拌器
（1）特点：浆叶数量多，种类多，转速高，使流体均匀地由垂直方向运动 改变成水平方向运动。
（2）形式：a 圆盘涡轮，b 平叶开启涡轮， c 弯叶涡轮，d 折叶开启式涡轮 （3）连接方式：开启式采用角钢和轴套焊接；圆盘涡轮其桨叶和圆盘焊接 或以螺栓联接，而后将圆盘焊在轴套上。 根据生产工艺的要求，我们选用 开启涡旋式平直叶无挡板搅拌器。
搅拌叶叶数 Z=6,因为本反应釜筒体高径比较大，所以采用两层桨叶结构，使搅
拌更充分。搅拌器下层距釜底 600mm，上层距液面 600mm，初算筒体液面高：
H=2.4m 即距筒体上端 1400mm。
表 1-3
搅拌器
搅拌器型号： 六页平片涡轮式搅拌器
搅拌器直径
0．71m
搅拌器层数
2
桨叶数
6
桨宽
0.2m
搅拌轴直径
表 1-1 罐体长径比经验表
种类 一般搅拌罐
罐体物料类型 液—固或液—液相物料
气—液相物料
H/Di 1--1.3 1--2
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发酵罐类
1.7--2.5
为了提高效率，应采用高长径比，初取长径比 H/Di=1.3 在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时
V
≈
π 4
Di2 H
图 1—1 六叶平片式涡轮搅拌器
搅拌器直径为 d1，筒体内径为 Di，搅拌器桨宽为 b。 d1/Di=0.2~0.5，b/ d1=0.15~0.3.
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取 d1=0.33Di=0.33×2200=726mm，取整为 d1=0.71m； 取 b=0.3 d1=0.3×710=213mm，取整为 b=0.2m。 当 d1=0.71m 时，搅拌轴直径 Dg=80mm.
80mm
搅拌速度
100 r/min
②搅拌器搅拌功率的计算 搅拌器直径 D=0.71m，转速 n=100 r/min=5/3 （r/s） 溶液密度 ρ=1326.8 kg/m3 液体粘度 µ=0.1 Pa﹒S
雷诺准数 Re: Re =D2nρ/μ=0.712×5/3×1326.8/0.1=11147.33
而该工段包括 4 个反应釜，故每个反应釜的有效体积应为 VR = 8.4125 m³ 。 装料系数定为 φ =0.75，那么反应釜体积为：V=VRφ=8.4125÷0.75=11.2167 m³。
二、反应器直径和高度的计算
在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确定 罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素：
≈
π 4
Di3
H Di
则 Di =2.22m ，圆整取为 Di =2200mm 代入下式得出罐体高度
H
=
V −v Di2
⋅4 π
=
4 Di2
⋅
1 π
VR φ
− v
【其中 v--封头容积】
计算得 H=2680mm， 圆整取为 H=2800mm 反应釜圆筒 内径为 Di =2200mm， 高度 H=2800mm 三、搅拌器的设计 ①搅拌器的选用 搅拌器的作用是使釜内物料混合均匀。搅拌器的类型很多，分为∶推进式、桨式、 涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺带式等，搅拌器选型时，主要考虑∶
水密度约为 1000kg/m³，而固形物密度约为 2500 kg/m³，亚硫酸钠密度约为 1561 kg/m ³， 那 么 溶 液 的 体 积 是 25050.36315 ÷ 1000+16430.00965 ÷ 2500+3166.40625÷1561=33.65 m³，而密度为 1326.80 kg/m³。