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第七章搅拌聚合釜的放大

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1、第七章搅拌聚合釜的放大*本章目录v7.1 概述 v7.2 搅拌聚合釜的传热放大 v7.3 搅拌聚合釜的搅拌放大 v7.4 非几何相似放大 v7.5 放大准则的确定*v基本要求:掌握各种聚合反应器的放大方法，特点。 v重点：搅拌聚合釜的方次放大原则。不同方次放大的物理意义。*7.1 概述*若二釜中处理的物料相同，则，这样上式可化简为：7.2 搅拌聚合釜的传热放大搅拌釜的传热关联式为：式中L为与传热面有关的代表性尺寸，其他符合意义同第六章。若有两个几何相似的大（2）小（1）搅拌釜，则有（7-1）（7-2）*在大小釜中，L/D是一定的，令L/D=S，（7-2）可成为：令搅拌桨的叶端速度ND=v，则上式变为：由于L与D之间有一定的比例关系，因此D也是与传热面有关的尺寸。令与传热面有关的尺寸为，则（7-3）（7-4）*7.3 搅拌聚合釜的搅拌放大在相似放大中，每一个准数代表某一种放大规则。但这些准数所代表的放大规则经常是矛盾的。所以在放大过程中要抓住起控制作用的因素，保持与这些因素有关的准数在放大过程中不变，而对其他因素加以适当照顾。从上表可看出，在釜容积放大后，传热面积、

2、排出流量、转速下降了，而叶端速度增加，这样就产生了如下问题：（1）传热面不够，就应增添附加传热面；（2）排出流量下降，循环次数减少，搅拌效果变弱，混合恶化；（3）叶端速度增加，转速降低，造成叶端最大剪切速率增加，釜内平均剪切速率下降。表7-2 参数放大比与容积比关系*式中，tb为混合时间，tbN为在所要求的混合时间内桨叶的回转总数。放大时不能单纯强调形式上的相似，应按照一定的过程对搅拌的特殊要求（如混合时间、颗粒悬浮程度、流体的流动状态）来选定关键的混合参数作为放大依据，针对不同的搅拌体系采用不同的放大方法。1、均一相液体间的混合此时可按大小釜的混合时间数相等进行放大，即所以对于均一相液体间的混合操作放大时只须保持大小釜的回转总数相等即可。若要保持大小釜相同的混合时间，应使两釜的转速相等，即（7-18）*2、以传热为主搅拌釜的放大（1）当传热采用叶端速度相等放大时，*7.4 非几何相似放大非几何相似放大的实质是：在明确放大准则的基础上，通过改变桨型、釜中内部构件、桨叶几何尺寸等手段，使工业釜的操作状态能满足放大准则的要求。即令工业釜和模试釜之间对过程结果有决定影响的混合参

3、数相一致。因此，运用非几何相似放大，需掌握桨型、桨叶尺寸以及内部构件与各混合参数之间的关系。*例题v 为了给80m3氯乙烯大型聚合釜的设计提供数据，在内径为0.4m，体积为 80L的试验釜中进行冷模试验，试验釜与大型釜几何相似。搅拌桨叶采用单层三叶后掠式，上翘角为15，后掠角为50。桨叶靠近釜底安装。大型釜中为了增加传热面用四支D型挡板，内通冷却水。试验釜中也按几何相似安装四支D型挡板。试验釜中以水作搅拌介质，对不同截面的浆叶进行研究得到下表所示的结果。冷模试验结果*计算中考虑到水和聚氯乙烯粒子混合物料的密度比水大，因此假定聚合时搅拌功率PP为搅拌水时功率的1.2倍。计算PV时，用 PP除以釜的公称容积。取釜的装料系数为0.9，聚合液密度为 1090kg/m3，黏度为5.6510-3Pas。表中由下式计算得到：假定单位体积搅拌功率为PV为1.2kW/m3，每分钟循环次数不小于7次，试计算大型釜操作时的转速、功率、单位体积功等参数。*解：1、确定线性放大比按题意则大釜直径T2为:桨径D2为：大釜装料量为：*水的密度，可得从制造简单考虑，可先采用平板型三叶后掠式。按表

4、中数据，此时NP=1.76。假设釜中物料处于湍流状态，则2、计算大釜循环次数NC搅拌水时的功率PW为：校核大釜中NRe,取聚合液密度为1090kg/m3，计算结果表明，上面假设物料处于湍流状态是正确的。*因为希望Nc不少于7 1/min，所以要设法提高循环次数。可通过以下几种途径。循环次数Nc为：（1）桨叶形状及尺寸不变，提高转速。按Nc=7 1/min计，此时的转速应为：搅拌功率为：故：*（2）仍采用平板型桨叶，但使b/T=0.1，D/T=0.48此时由试验釜测定得到：因而可由（1）、（2）计算桨叶尺寸改变后的NP及Nqd，（1）（2）因此有：*若令釜中循环次数为7 1/min，则此时的转速为取N=73r/min，(3) 仍采用平板型桨叶，但使b/T=0.12，D/T=0.5此时，按式（1）、（2）可算得：*若令釜中循环次数为7 1/min，此时的转速为：取N=65r/min，则*若按PV=1.2kW/m3，此时的转速为（4）b/T，D/T不变，改用NP/Nqd值较小的扁圆截面三叶后掠式桨叶循环次数为*将四种计算结果归纳于下表。可见，从减少能耗角度看，以方案4最好，由于平板型桨叶制造方便，故方案2、3也可采用。四种方案结果比较

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