Подбор мешалки для реактора

Министерство образования и  науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Южно–Уральский государственный  университет»

Кафедра химической технологии

 

 

Очистка газов от дуговой электросталеплавильной печи

 

Курсовая работа по курсу

«Процессы и аппараты химических технологий»

020800.133-04.08-066-1613.02 ПЗ

 

Руководитель работы     

Чуклай А.М.     

«     » мая 2011 г.

Автор проекта

студент группы Х-303     

Кунгурова Е.С.     

«     » мая 2011 г.

Работа защищена

с оценкой                                   

 

 

                                   

«     » мая 2011г.

 

 

 

 

 

Челябинск

2011

 

АННОТАЦИЯ

Кунгурова Е.С. Подбор мешалки  для реактора. Курсовой проект по процессам  и аппаратам химической технологии – Челябинск: ЮУрГУ, 2011.  14  с.

 

Данная работа состоит из расчета, подбора и за проектирования мешалки для равномерного распределения твердых частиц катализатора в реакторе.

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………….4

1. Перемешивающие устройства…. ………………………………..……………5

1.1. Пропеллерные мешалки……………………………...………………………7

1.2 Турбинные мешалки………………………………..…………………………8

2. Массообменные процессы………………………………………………..……9

3. Расчет и подбор мешалки…………………………………………………….10

Вывод………………………………………………………………………..……14 

Введение

Перемешивание – один из самых распространенных процессов на предприятиях пищевой и химической промышленности. При перемешивании частицы жидкости или сыпучего материала многократно перемещаются в объеме аппарата или емкости друг относительно друга под действием импульса, который передается перемешиваемой среде от механической мешалки или струи жидкости, газа или пара.

        Цели перемешивания:

– ускорение течения химических реакций или процессов;

– обеспечение равномерного распределения твердых частиц в жидкости;

– обеспечение равномерного распределения жидкости в жидкости;

– интенсификация нагревания или охлаждения;

– обеспечение стабильной температуры по всей жидкости.

Реакторы с перемешивающими  устройствами наиболее распространены для проведения жидкофазных реакций и известны под названием «реакторы–мешалки» [1].

 

1. Перемешивающие устройства

Перемешивание в жидких средах широко применяется в различных  отраслях промышленности:

– в химической промышленности для приготовления суспензий, эмульсий, пен и растворов;

– в целлюлозно-бумажном производстве для получения смесей волокнистых материалов с жидкостью, для предотвращения оседания волокна из этих смесей и для смешивания различных материалов при составлении требующейся композиции бумажной массы, для приготовления наполнителей, проклеивающих веществ и покрытий;

– в производстве ДСП и ДВП – для получения проклеивающих составов и для получения однородной по концентрации и составу древесноволокнистой массы в массных бассейнах и ящиках непрерывной проклейки.  Кроме того, перемешивание в жидких средах применяется также для интенсификации химических, диффузионных и тепловых процессов.

Способы перемешивания и выбор  аппаратуры, для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов.  Независимо от того,  какая среда смешивается с жидкостью – газ, жидкость или твердое сыпучее вещество, – различают два основных способа перемешивания в жидких средах: механический (с помощью мешалок различных  конструкций) и пневматический (барботаж сжатого воздуха, пара или инертного газа).  Кроме того, взаимно растворимые жидкости, а также газы могут быть смешаны непосредственно в трубопроводах с помощью специальных вставок: диафрагм,  сопел, труб Вентури и др., а также циркуляцией жидкостей насосами.

В производстве древесных плит и  пластиков циркуляционное перемешивание применяют в баках для хранения синтетических смол с целью предотвращения их загустевания и при приготовлении проклеивающих эмульсий.

Наиболее распространенным способом перемешивания в жидких и пастообразных средах является механическое перемешивание. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение.

В зависимости от устройства мешалки  делятся на лопастные,  пропеллерные, турбинные и специального назначения (якорные,  рамные и листовые). Лопастные/ якорные, рамные и листовые мешалки относятся к тихоходным (частота вращения 0,15…5 с^-1),  пропеллерные и турбинные – к быстроходным (частота вращения до 40 с^-1).  Вал мешалки устанавливают в аппарате вертикально, горизонтально или наклонно.

 

1.1 Пропеллерные мешалки.

Пропеллерные мешалки  применяют для интенсивного перемешивания жидкостей умеренной вязкости (до 4 Па·с), для растворения, образования взвесей,  быстрого перемешивания,  образования маловязких эмульсий,  гомогенизации больших объемов жидкости.  Эти мешалки изготавливают двух –, трех –  и четырех лопастными с лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трёхлопастные пропеллеры. Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки -обладают большим насосным эффектом, что особенно необходимо для предотвращения оседания твердой фазу в суспензиях.  Пропеллерные мешалки следует устанавливать в цилиндрических аппаратах с выпуклыми днищами.  При установке их в прямоугольных баках или аппаратах с плоскими днищами интенсивность перемешивания падает вследствие образования застойных зон (это не относится к мешалкам с горизонтальным валом).

Интенсивность перемешивания  пропеллерной мешалкой резко возрастает при смещении вала мешалки с осевой линии аппарата и при наклоне вала на угол 10 – 20° к вертикали. Для улучшения перемешивания больших объемов жидкости и организации направленного течения жидкости (при большом отношении высоты к диаметру аппарата) пропеллер иногда закручивают. Недостатком пропеллерных мешалок является сложность конструкции и сравнительно высокая стоимость изготовления. В производстве древесных плит и пластиков пропеллерные мешалки используют наряду с лопастными в клееприготовительных отделениях (ящиках непрерывной проклейки) и мешальных бассейнах.

  

1.2 Турбинные мешалки

Турбинные мешалки  имеют форму колес водяных турбин с плоскими,  наклонными или криволинейными, лопатками, укрепленными,  как правило,  на вертикальном валу.  Турбинные мешалки обеспечивают хорошее перемешивание вязких жидкостей и суспензий (до 20 Па·с).  Они используются для быстрого растворения,   эмульгирования, диспергирования, для образования взвесей (размер частиц для закрытых мешалок может достигать 2,5· при проведении химических реакций), абсорбции газов и интенсификации процессов. Для перемешивания в больших объемах турбинные мешалки менее пригодны, чем пропеллерные мешалки.

В зависимости от области  применения турбинные мешалки обычно имеют диаметр d_м=(0,15…0,65)D при H_ж/D≤2. При значительной высоте аппарата устанавливают на валу две или три мешалки.

Мощность, потребляемая турбинными мешалками, работающими в аппаратах с отражательными перегородками, практически не зависит от вязкости среды.

Выбор мешалки определяется условиями проведения процесса и вязкостью перемешиваемой среды. В основу их сравнительной оценки могут быть положены две наиболее важные характеристики: 1 – интенсивность перемешивающего устройства; 2 – эффективность его действия.

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса. Действие мешалки будет тем более интенсивным, чем меньше время перемешивания (при n=const)   или чем меньше число её оборотов [2].

 

 

2. Массообменыые процессы

В пищевой и химической промышленности и в технологии очистки  газообразных и жидких систем широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые  переходом одного и нескольких веществ из одной фазы в другую в гетерогенных и гомогенных системах.

 В промышленности применяются в основном следующие процессы массопередачи: между газовой (паровой) и жидкой; между газовой и твердой; между твердой и жидкой, а также между двумя жидкими фазами: абсорбция, экстракция, ректификация, адсорбция, сушка, кристаллизация.

Подобно теплопередаче  массопередача представляет собой сложный процесс, включающий перенос вещества (массы) в пределах одной фазы, перенос через поверхность раздела фаз и его перенос в пределах другой фазы. Распределяемое вещество внутри каждой фазы переносится молекулярной и турбулентной диффузии.

Для диффузионных процессов  принимают, что количество переносимого вещества пропорционально поверхности раздела фаз и движущей силе (разности концентраций распределяемого компонента).

Теоретические основы современной  технологии позволяет решать многочисленные и разнообразные проблемы, связанные  с проектированием, строительством и эксплуатацией соответствующих аппаратов, где протекают те или иные массообменные процессы. Как известно, при изучении курса процессов и аппаратов весьма существенным являются познания в решении практических инженерных задач [3].

 

3. Расчет и подбор мешалки

1. Определяем диаметр нормализированной мешалки:

2. Для нахождения требуемых значений критерий Рейнольтса для мешалки и величины определяющей частоты вращения воспользуемся обобщенным уравнением:

В этом уравнении:

	C	k	l	m	n
Для пропеллерной	0,105	0,6	0,8	0,4	1,9
Для турбулентной	0,25	0,57	0,37	0,33	1,15

 

Вычисляем значения критериев  и симплексов подобия, характеризующие конструкцию мешалки :

Найденные величины критериев и симплексов подобия лежат в пределах приложимости уравнения.

Находим значения критерия Рейнольтса для мешалки и определяющей частоты вращения для пропеллерной мешалки:

Находим значения критерия Рейнольтса для мешалки и определяющей частоты вращения для турбинной мешалки:

3. Определяем мощность, затрачиваемую непосредственно на перемешивание.

 

Зависимость критерия мощности Км от критерия Рейнольтса Reм для мешалок нормализованных типов, где 3– пропеллерная; 5– турбинная.

 

По графику зависимости  критерия мощности от значения Рейнольтса для мешалок,  находим :

– для пропеллерной мешалки 

– для турбинной мешалки 

Вычисляем постоянный множитель:

Мощность, потребляемая пропеллерной мешалкой:

Мощность, потребляемая закрытой турбинной мешалкой:

Так в данном случае мощность, затрачиваемая на перемешивание у пропеллерной мешалки закрытого типа больше, следственно перемешивание будет эффективнее [3].

Под наши расчетные данные подходит пропеллерная мешалка серии

СМ–242 [5].

 

Вывод

В процессе выполнения данного  курсового проекта, был произведен расчет и выбор мешалки, а именно пропеллерной трехлопастной мешалки серии СМ–242.

 

Список литературы

1. www.kpprom.narod2.ru

2. www.labmeb.ru

3. Никалаев Г.И. Массообменные процессы/ Улан-Удэ: ВСГТУ, 2005г.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/Л.: Химия, 1987г.

5. Ильевич А.П. Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров/М.: Машиностроение, 1968г.