Подобрать и рассчитать перемешивающее устройство

По рекомендациям, приведенным в табл. 9.1 [2] перемешивание при указанных условиях может быть обеспечено трёхлопастной (пропеллерной) мешалкой.
Согласно данным, представленным в табл. 9.4 [2] нормализованный реактор с номинальным объёмом 8 м3 имеет диаметр D=2000 мм. Принимаем отношение D/dм=3, получаем диаметр мешалки
dм=2000/3=666,6 мм.
На основании данных табл. 9.2 [2] окончательно принимаем
dм=710 мм.
Примем окружную скорость мешалки w=4 м/с. В этом случае частота вращения мешалки:
n=wπ∙dм=43,14∙0,71=1,794 с-1;
nmin≥C1∙D∙δ∙∆ρdм4∙ρж0,5;
nmin≥4,72∙2∙0,8∙10-3∙2500-11200,714∙11200,5=0,415 с-1.
Значение n=1,794>0,415, значит оно подходит.
В соответствии с этими данными по табл. 11 [2] приложения принимаем частоту вращения мешалки n=2,08 с-1 (тихоходная мешалка).
Для определения глубины воронки в сосуде найдем значение параметров
Reцб=n∙dм2∙ρжμж=2,08∙0,712∙11206,3∙10-3=186405;
Г=8∙HжD+1=8∙2,082+1=9,32,
где Hж=2,08 м по табл. 9.4 [2].
Найдем значение параметра Е =0,56:
Е=Гξм∙z∙Reцб0,25,
где ξм=0,56 по табл. 9.1 [2], z=1 – количество мешалок на одном валу.
Е=9,320,56∙1∙1864050,25=0,8.
При этом значении Е по рис. 9.2 [2] находим В = 5. Глубина воронки в сосуде без перегородки
hв=B∙n2∙dм22=5∙2,082∙0,7122=5,45 м.
При установке мешалки согласно табл. 9.1 [2] на высоте
h=0,5∙dм=0,5∙0,71=0,355 м,
предельно допустимая глубина воронки
hпр=Hж-h=2,08-0,355=1,725 м.
Так как расчетная глубина воронки значительно превосходит hв, в аппарате следует устанавливать отражательные перегородки.
Для выбора торцового уплотнения рассчитаем предварительно диаметр вала мешалки
dв=С∙dм=0,166∙0,71=0,1178 м.
где С=0,166- для трёхлопастных мешалок.
В соответствии с рекомендациями, приведенными в табл . 9.4 [2] примем диаметр вала dв=80 мм.
По данным табл. 9.3 [2] и условию задачи выбираем торцовое уплотнение ТСК (одинарное).
Мощность, теряемая в торцовом уплотнении
Nуп=6020∙dв1,3=6020∙0,081,3=230 Вт.
По рис. 9.3 [2] для трёхлопастной мешалки в аппарате c перегородок при Reцб=186405 находим значение критерия KN=0,3. В этом случае мощность, затрачиваемая на перемешивание, будет равна
N=KN∙ρж∙n3∙dм5=0,3∙1120∙2,083∙0,715=545,5 Вт.
Для расчёта мощности электродвигателя примем дополнительные условия – наличие в аппарате уровнемера и трубы передавливания
ki=2∙1,1=2,2.
Коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате
KH=HжD0,5=2,0820,5=1,098.
При этих данных для аппарата c перегородками получим
Nэ=Kп∙KH∙ki∙N+Nупη=1∙1,098∙2,2∙545,5+2300,87=1778,9 Вт,
где Kп=1- для аппаратов с перегородками, η=0,87.
По табл. 11 [2] приложения выбираем в качестве привода мешалки мотор-редуктор типа МПО-1 с мощностью электродвигателя N=3 кВт.
Схема установки приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема установки: 1 – сосуд, 2 – теплообменная рубашка, 3 – перемешивающее устройство, 4 – труба передавливания, 5 – привод перемешивающего устройства, 6 – термопара.
Контрольная работа №3
Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник для муравьиной кислоты от t1н=18℃ до t1к=48℃ при его массовом расходе Gр=13 т/ч. Нагрев осуществляется горячей водой, протекающей в межтрубном пространстве и имеющей начальную температуру t2н=91℃, а конечную t2к=62℃.
Кроме того, следует представить схему кожухотрубчатого теплообменника.
Определим среднюю температуру муравьиной кислоты
t1ср=t1н+t1к2=18+482=33℃.
По таблице по t1ср определим теплофизические свойства муравьиной кислоты [2]
ρ1=1203,4 кг/м3;
λ1=0,255 Вт/(м∙К);
Cp1=2110,2 Дж/(кг∙К);
Pr1=14,73;
μ1=1,388∙10-3 Па∙с.
Массовые расходы теплоносителей находим по формуле
G=V∙ρ,
где V- объемный расзод теплоносителя, м3/с; ρ- плотность теплоносителя, кг/м3.
Соответственно, массовый расход муравьиной кислоты
G1=130003600∙1203,4=4345,6 кг/с,
Поскольку агрегатное состояние теплоносителей не меняется, тепловая нагрузка определяется по формуле
Q=G1∙Cp1t1н-t1к=130003600∙2110,2∙48-18=228534,6 Вт.
Определим среднюю температуру воды
t2ср=t2н+t2к2=91+622=76,5℃.
По таблице по t2ср определим теплофизические свойства воды [2]
ρ2=973,9 кг/м3;
Cp2=4194 Дж/(кг∙К);
λ2=0,666 Вт/(м∙К);
Pr2=2,337;
μ2=3711∙10-6 Па∙с.
Расход горячего теплоносителя – воды определим из уравнения теплового баланса
G2=QCp2t2н-t2к=228534,64194(91-62)=1,879 кг/с.
Определим среднюю движущую силу при противоточном движении
∆tб∆tм=91-1862-48=7314=5,214,
Следовательно, среднелогарифмическая разность температур вычисляется по формуле
∆tср=∆tб-∆tмln∆tб∆tм=73-14ln7314=35,72℃.
Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Kор=120 Втм2∙К, считая, что режим движения сред вынужденный.
Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена
F=QKор∆tср=228534,6120∙35,72=53,3 м2.
Как следует из [1], холодильники с близкой площадью поверхности теплообмена имеют кожух диаметром 400 мм и являются двухходовыми.
Проведем уточненный расчет для следующего варианта теплообменника: D=400 мм, dн=20×2 мм, z=1.
Определим для трубного пространства (вода):
1) площадь сечения между перегородками Sмтр=0,025 м2;
2) критерий Рейнольдса
Re2=G2∙dнSмтр∙μ2=1,879∙0,020,017∙3711∙10-6=595,6;
3) критерий Нуссельта для межтрубного пространства кожухотрубчатых теплообменников с сегментными перегородками при Re<1000
Nu2=0,34∙Re0,5∙Pr0,36∙PrPrст0,25;
Nu2=0,34∙595,60,5∙2,3770,36∙10,25=11,33;
4) коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства
α2=Nu2∙λ2dн=11,33∙0,6660,02=377,3 Втм2∙К.
Определим для трубного пространства
1) площадь проходного сечения одного хода по трубам Sтр=0,036 м2;
2) критерий Рейнольдса
Re1=G1∙dвSтр∙μ1=3,61∙0,0160,036∙1,388∙10-3=1155,9;
3) Режим движения в трубах ламинарный