釜乳化反应器的工艺设计

PAGEPAGE41400kg/釜乳化反应器的设计摘要防晒化妆品具有吸收紫外线、减轻因日晒引起的皮肤损伤的功能。近几年发展很快，并风靡欧美，在我国也是一样。因此可以用于生产防晒乳的反应器也迅速崛起，成为精细化工行业中最具活力的新兴领域之一。本设计是一个可以生产400kg/釜防晒乳的工艺设计。在这个设计的基础上加以改造可以生产雪花膏、乳液、唇膏之类的化妆品。主要对防晒乳生产的各个环节的工艺及设备进行设计，以防晒乳生产过程为例进行反应器设计。本设计重点对反应器的设计及选取加以说明。间歇反应器是该工艺中重要的生产设备，它的好坏直接关系到产品的质量，所以本文重点是对间歇反应器的设计。主要包括间歇反应器的选型、尺寸、材料、热量衡算、传动装置、搅拌功率、电机效率、温控计算等。经过计算得出:容积0.465m3，筒体内径790mm，高度950mm关键词：乳化反应器、工艺设计、热量衡算

400kg/kettleemulsionreactordesignAbstractCosmeticswithsunscreenabsorbultravioletliglt,reduceskindamagecausedbythesun'sfeatures.Theyhavebeendevelopedrapidlyinrecentyears,andarepopularinEurope,inChinaaswell.Itcanbeusedtoproducesunscreenreactorisrapidlyemergingasoneofthemostdynamicemergingfieldinthefinechemicalindustry.Thedesignistoproducea400kg/kettlesunscreenprocessdesign.Basedonthisdesign,withsomepromotions,cream,lotion,lipstickandothercosmeticscanbeproduced.Thispapermainlydesignsallaspectsofthisprocessandproductionequipment,forexample,itdesignssunscreenproductionprocess.Thekeypointofthedesignistoillustratethedesignandselectionofreactionequipment.Batchreactoristheimportantintheprocessofproductionequipment,anditdirectlyreflectstothequalityoftheproducts.Therefore,batchreactordesigninthispaperwasfocusednarrative.Suchasbatchreactorsorts,sizes,material,heatbalance,gear,mixingpower,motorefficiencytemperaturecalculationandsoon.Afterthecalculation:itsvolumeis0.465m3,cylinderdiameteris790mm,andtheheightis950mm.Weselecttheovalattheendofthebodykettle,andaremovablecovertype.Inthisprocessalltheprocessingshavebeendonebytheautomaticproductionline,theentireproductionplantisKeywords:emulsionreactor,processdesign,heatbalance目录1前言 11.1反应器的介绍 11.2反应器的基本结构 11.3搅拌釜式反应器的热量衡算 62设计说明 103设计规划 113.1生产方案的确定 113.1.1防晒乳的配方 113.1.2工艺流程 113.2主要操作条件 123.3装置设计特点 124设计计算 144.1反应器各个部件的尺寸的确定 144.1.2反应器内径和高度的计算 144.1.3反应器顶盖和底座的确定 154.1.4反应器夹套的选取 164.1.5整体夹套的直径及高度的选取 184.1.6夹套封闭构件的厚度确定 194.1.7整体夹套附件的确定 204.1.8反应器的搅拌装置的选取 214.1.9传动装置 254.1.10搅拌功率的计算: 284.1.11机械传动效率η 324.2确定工艺参数 324.2.1热量衡算 324.2.2温控的计算 334.3工艺流程图: 385操作规程 395.1配料岗位操作规程 395.2生产岗位操作规程 39参考文献 42致谢 431前言1.1反应器的介绍釜式反应器在化学工业中应用十分普遍，除广泛用作聚合反应外，在有机染料，农药等行业中还经常采用釜式反应器进行碳化、硝化、卤化等反应。间歇式反应器通常用于生产低产量、高价值的产品，在目前精细化工和生物制药等间歇生产过程高速发展的今天，将作为高度技术密集和知识密集的新兴产业而蓬勃发展。将先进的控制技术应用于间歇式反应过程，间歇式化学反应器操作才能获得较佳的性能。但由于一般的间歇式化学反应器是一个非线性大滞后的时变系统，其内在机理的复杂性使间歇式化学反应器的控制形成了一个挑战的领域。1.2反应器的基本结构反应釜[1]有间歇式和连续式之分。间歇反应釜通常用于液相反应，如多品种、小批量的制药、燃料等反应。连续反应釜用于均相和非均相的液相反应，如聚合反应等，本文选择的控制对象是间歇式反应釜。其结构示意图如1.1所示:反应釜由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。筒体为一个钢制罐形容器，可以在罐内装入物料，使物料在其内部进行化学反应。为了维持反应釜内的反应温度，需要设置换热元件。常用的换热元件为夹套，它包围在筒体的外部，用焊接或法兰连接的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间通入加热或冷却介质，通过夹套内壁传热，可加热或冷却容器内的物料，介质的每秒流量受电磁阀的控制。搅拌器是化学反应能够进行的关键部件，它提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器有很多种类型。由于化学反应对反应物的纯度有一定的要求，并且反应过程有可能产生剧毒、易燃、易爆的气体和物料，所以密封装置是反应釜必不可少的一部分。传动装置包括电动机、减速机、连轴器和机架。通过电机驱动搅拌轴，带动搅拌器旋转，为物料的循环提供动力。罐顶和罐底分别装有加料口和出料口，分别用于往罐中加入物料和从罐中取走物料。为了测量釜内的温度，在罐内装有钢制的温度计套管，可将温度计和温度传感器放入其中。为了满足工艺的需要，还可以外接附件装置。图1.1反应釜结构示意图间歇式反应釜工艺流程:在进行化学反应之前，现将反应物按照一定的比例进行混合，然后与催化剂一同投入反应釜内，在反应釜的夹套中通以一定的高压蒸汽，高压蒸汽通过反应釜的夹套提高釜内物料的温度，通过搅拌器的搅拌使物料均与并提高导热速度，使其温度均匀。间歇式聚合反应一般是一个间歇操作的放热反应，为使反应均匀，及时传递热量，聚合釜内装有搅拌装置。热量由装在反应器内的蛇管、釜外的夹套等形式的换热装置提供或移去。一般工艺过程描述如下[11]:反应物经计量后一批或几批投入反应釜，并将活化剂、催化剂按一定比例和顺序加入反应釜。物料加完后，开始给反应器夹套中热油升温，当升温到一定值时，放热反应开始。由于反应放出的热量会加剧反应进行，所以应及时关闭加热系统，打开循环冷却水，使釜内温度恒定在某一值上。随着反应时间的延长，反应物料逐渐减少，聚合产品的浓度增加。当釜内温度达到预定的温度时，保持一定时间的恒温以使化学反应正常进行，反应结束后进行冷却，有时在恒温后还要进行二次升温和恒温。恒温是整个工艺的关键，如果温度偏高或偏低，会影响反应进行的深度和反应的转化率，从而影响了产品的质量。化学反应过程中一般伴有强烈的放热效应，并且反应的放热速率与温度之间是一种正反馈自激的关系[2]。搅拌釜式反应器在精细化工中的应用:装有搅拌器的釜式设备（或称槽、罐），在一般化工生产中，特别在精细化工生产中，是普遍采用的。许多物理过程和化学过程都需要搅拌。以化学反应过程为例，经常需要把两种或者两种以上的液体进行混合，有时还需要加入固体通入气体等。搅拌还可以提高和化学反应密切相关的传质和传热速率，目前工业化学反应器大多采用搅拌釜。搅拌的作用在化工生产过程中是非常重要的，不仅能够改善传热条件，使得聚合温度控制的比较均匀，并且可以强化传质过程，使得缩聚反应生成的水能够从高粘度流体中排除等方面起到重要作用。搅拌釜的组成:搅拌釜主要由釜体、釜盖、搅拌器、减速机、密封装置等组成。搅拌器由桨叶（叶轮）及轴所组成。由于搅拌任务不同，桨叶设计成各种不同形式，主要有推进器式，透平式，浆式，锚式，螺轴式，螺带式，以及有刮擦作用的搅拌器等。前三种适用于高速搅拌低黏度流体，后几种适用于低速搅拌高黏度流体。搅拌器对于釜内流体作用:旋转的搅拌器桨叶的叶面对流体施加压力，使流体发生运动，由于桨叶的形状不同，叶轮的尺寸和安装位置（距釜底的距离，距液面的深度）以及转速的不同，使流体产生各种方式的运动，从而达到各种搅拌效果，使得反应物混合均匀，釜内物料各处温度分布呈线性分布，以在稳定的条件下得到较为纯净的产物。搅拌器设计步骤及优化设计:搅拌反应釜的搅拌器的设计，首先要考虑反应体系对搅拌效果的要求。对于不同的反应，有着不同的混合和搅拌要求，为了满足具体的反应过程，我们需要对搅拌器进行具体的设计。搅拌器的设计计算步骤[3]如图1.2所示。搅拌釜式反应器的放大:搅拌釜式反应器的放大，首先要考虑搅拌装置的放大。影响搅拌釜行为的因素很多，针对特特定的过程要采用特定的设计方法，缺乏普遍的规律可循，因此在设计大型釜式反应器时，需要先做模型试验，然后再做放大。反应釜的放大理论:化学反应器最简单、最基本的放大方法是按几何相似的原则进行放大。所谓几何相似放大，就是按一定的比值将叶轮直径桨叶、宽度。液位等的尺寸加以放大。D2/D1=b2/b1=T2/T1=Z2/Z1=R（1-1）R是放大的倍数，下小标1是指小设备，下小标2是指大设备。聚合反应过程对搅拌过程的要求（混合、搅动或悬浮）↓掌握必要的物性数据（物料的密度、黏度、沉降速度等）↓任务的尺寸（搅拌物料的体积）↓搅拌体系的尺寸（釜径T、液位高度Z）↓确定搅拌器叶轮的直径D↓根据搅拌任务的难度计算搅拌器的转速N↓计算搅拌器的轴功率↓选定电动机的规格及减速装置图1.2搅拌器设计步骤1.3搅拌釜式反应器的热量衡算物料发生物理变化和化学变化时，总是伴随着能量的变化，有些过程能量变化特别显著，需要吸收或放出大量的能量。为了使这些过程能够在规定的温度下迅速进行，必须及时供给或移出过程吸收或放出的能量。能量计算的目的在于确定反应过程所需要的或必须移出的热量，从而确定传热方式和传热剂，计算传热面积和传热剂的用量。此外，通过热量衡算，可以了解设备的传热效率和热量综合利用的途径。反应器物料衡算和热量衡算的基本原理是质量守恒定律[4]。热量衡算的通式[5]为:输入的热量+反应过程的热效应=输出的热量+累积的热量搅拌釜式反应器的传热:化学反应过程通常伴有热量的交换，搅拌釜式反应器的传热问题，即然是影响产品的质量，生产技术经济指标，甚至关系到能否进行的重要问题，就有必要进一步对传热问题进行工程分析，以求得在一定的传热要求下，使设备投资和消耗最低。夹套传热是搅拌釜传热的主要方式。夹套传热装置的结构简单，但在处理高黏度物料时，传热系数不高，一般采用提高夹套内传热介质（或称载热体，通常是水）的流速的办法，来提高总包传热系数。传热的基本方程式为:Q=KiAi（t0式中Q——传热速率；Ki——Ai——t0——ti——过程加工流体的温度（内侧）(t0—ti)——传热的速率同样也决定于所加工流体与载体的温度差（t0—ti）或（ti—如果不考虑污垢层则Ki=1式中αiα0λwΔrQUOTEΔr——釜壁厚度；Ai——Aw——A0——对总传热系数的影响，也就是对传热速率的影响，通常内侧薄膜传热系数起控制作用。釜温的控制方式:反应温度的测量与控制是实现釜式反应器最佳操作的关键问题，主要针对温度控制进行讨论是反应釜进行化学反应成功与否的先决条件，解决温度控制的途径可以有:(l)控制进料:温度物料经过预热器(或冷却器)进入反应釜，通过改变进入预热器(或冷却器)的热剂量(或冷剂量)，可以改变进入反应釜的物料温度，从而达到维持釜内温度恒定的目的。(2)改变传热量:由于大多数反应釜均有传热面，以引入或移出反应热，所以用改变引入传热量多少的方法就能实现温度控制。当釜内温度改变时，可用改变加热剂(或冷却剂)流量的方法来控制釜内温度。这种方案的结构比较简单，使用仪表少，但由于反应釜容量大，温度滞后严重，特别是当反应釜用来进行聚合反应时，釜内物料粘度大，热传递较差，混合又不均匀，就很难使温度控制达到严格的要求。(3)串级控制[6]:为了针对反应釜滞后较大的特点，可采用串级控制方案。根据进入反应釜的主要干扰的不同情况，可以设计不同的串级控制系统。目前常见的反应釜串级控制有:采用釜温与热剂(或冷剂)流量串级控制、釜温与夹套温度串级控制及釜温与釜压串级控制。合理的设计方法应该是:首先按照过程对搅拌的要求设计搅拌器，然后变更传热面积、传热温度、或其他工艺条件，以满足传热的要求。也就是说，搅拌器的设计首先要满足工艺过程所提出的混合、搅拌、分散等要求，然后根据求得的搅拌器的直径和转速计算传热系数，再按规定的传热温差计算传热面积。需要注意的是，在搅拌釜中搅拌器所做的功转化为热能，1KW·h相当于859.8kcal，在高黏度体系中可达到传热总量30%-40%，在传热计算中不仅考虑聚合热，还必须考虑搅拌热。综上所述，可以通过对反应器的优化设计来生产防晒乳之类的化妆品，以满足大众的需求。2设计说明本设计为生产一个400kg/釜防晒乳的反应器。操作为间歇操作。防晒乳的各项指标如下:密度:ρ=1.075g/ml黏度:μ=4600mPa·S比热容xkJ/kg·℃3设计规划3.1生产方案的确定防晒乳是特殊用途化妆品，它的作用原理是将皮肤与紫外线隔离开来，最大的作用是防止紫外线对皮肤的伤害。而随着人们生活水平的提高，对其保湿、营养、杀菌、美白功能的要求也有所提高。所以选择加工方案必须考虑到所生产的防晒乳能够达到食品级，以保证消费者放心使用。在本工艺中全部加工过程由自动生产线完成，整个生产车间为封闭式消毒除尘设计[7-8]。3.1.1防晒乳的配方表3.1防晒乳的配方[9]组分含量/%（质量）组分含量/%（质量）A相B相VegelatumClear(NatundaHealth)8.0聚乙氧基醚-80(AK20)2.0甲氧基肉桂酸辛酯(ISP)6.5甘油1.0水杨酸辛酯(ISP)3.0三乙醇胺0.5苯酮-3(ISP)1.5GermubenⅡ-E(ISP)1.0十八烷醇(LTO)1.0香精适量硬酯酸单甘酯7.0去离子水至100硬脂酸3.03.1.2工艺流程反应器开始工作时首先将反应物装入反应器，然后向夹套中通入加热用的水蒸汽，将反应物加热到某个所需要的温度，然后停止通入加热蒸汽，而向夹套中通入冷却水，以除去反应放出的热量，使反应器的温度按照所规定的温度一时间曲线变化[10]。加热至70-75℃A相加热至70-75A相搅拌至55℃加入GermubenⅡ-E(ISP)加热至65℃B相搅拌至55℃加入GermubenⅡ加热至65℃B相 加入香料加入香料图3.1工艺流程图3.2主要操作条件1．温度:反应温度为20℃—2．压力:反应压力为常压3．无尘无毒；生产过程必须为无尘无毒3.3装置设计特点1．由于原料的性质，决定了装置属于普通的加热类型，设备材料选用不锈钢。设计采用了120℃水蒸气加热和202．由于反应过程不产生热量，最高只加热到70℃—753．为了使得产品无菌纯净，生产装置需要采用自动化设计，尽量减少直接的接触，从进料到生产出产品都在自动化条件下完成。车间采用无尘设计。工作人员需要进行消毒、无尘处理。4．为了使得生产其他化妆品时也能满足要求，各种参数在进行些许调整后，就可以生产雪花膏、乳液、精华液等乳状产品。4设计计算4.1反应器各个部件的尺寸的确定4.1.1反应釜装料量系数η的选取与体积V的计算已知防晒乳的各项参数:密度:ρ=1.075g/ml黏度:μ=4600mPa·S反应物质量（每釜）m=400kg由于反应物料的黏度较大，所以装料系数η为0.80—0.85（取0.80）VR=m/ρ=400kg/1.075g/ml=372LV=VR/η=372L/0.8=465L=465*104.1.2反应器内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）如图，所示，以确定罐体直径和高度。选择时主要考虑以下两方面因素1．长径比对搅拌功率的影响:在转速不变的情况下，P∝Di5（其中D—搅拌器直径，P—搅拌功率），P随反应釜体直径的增大而增加很多，减少长径比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长径比（H/D2．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。如表所示表4.1反应器的H/Di值[11]种类釜内物料类型H/D一般反应釜液—液相或液—固相物料1～1.3气—液相物料1～2已知V≈π4Di2H≈则Di式中V——釜体容积cm3H——筒体高度，m；Di——筒体内径，m.

对于本设计液计算出Di=790mm图4.1H/D本设计的反应器釜体选取不锈钢材料的。4.1.3反应器顶盖和底座的确定因为此工艺设计在常压下进行，所以顶盖采用薄钢板制造的椭圆型盖。底座焊接在釜体的顶盖上，用以连接减速器和轴密封装置。4.1.4反应器夹套的选取（一）整体夹套的结构类型[12]图中a为圆筒部分夹套，用于需加热面积不大的场合；b为圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构；c为在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套中介质压力较大时，由于这种结构减少了内筒的计算长度，从而减少了筒体壁厚；d为全包式夹套，与前三种比较，传热面积最大。本设计选取d夹套类型。图4.2整体夹套的类型（二）整体夹套与釜体连接方式的选取[13]整体夹套与釜体连接方式有可拆式和不可拆式，如图图4.3夹套与釜体的连接结构a为可拆式结构连接结构，它适应于需要检修内筒外表面以及定期更换夹套，或者由于特殊要求，夹套与内筒之间不能焊接的场合；b为常用的不可拆式连接结构，夹套与内筒之间采用焊接，加工简单，密封可靠。本设计选取b不可拆式连接结构。而不可拆式又分为多种，以下列5种最为常见：abcde图4.4不可拆式夹套a是最常见的；b和c是适用于椭圆封头和蝶形封头；d适用于锥形封头；e的下端封口件为一圆筒，也可以做成锥形筒，加工方便，但强度较b差。本设计选取b型夹套结构。4.1.5整体夹套的直径及高度的选取(一)夹套的直径Dj表4.2夹套直径Dj与罐体直径DDi500～600700～18002000～3000DjDiDiDi本设计的罐体直径为790mm，所以此设计的夹套的直径选为890mm。(二)夹套筒体高度HjHj1=ηVHj2=Hj3=V式中Vh——反应器下封头容积，mAS——下封头内表面积，m2S——罐体内横截面积，m2。Hj取Hj14.1.6夹套封闭构件的厚度确定ABCD图4.5夹套结构设计此四种类型适用于上述的各种类型夹套。4.1.7整体夹套附件的确定进口接管整体夹套的出口接管结构和一般容器一样，不需进行特殊处理。进口接管则因为夹套与罐体间距离较小，应采用侧开口或在夹套内安装挡板，如图4.6所示：图4.6夹套的进口接管结构进口接管由铁制成，为了减少摩擦阻力，可在喷嘴内搪瓷。4.1.8反应器的搅拌装置的选取搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成。电动机驱动搅拌轴上的搅拌器以一定的方向和转速旋转，使静止的流体对流循环，并维持一定的湍流强度，从而达到加强混合、提高传热和传质速率的目的。(一)搅拌器的形式[13]（1）浆式搅拌器其结构简单，材料一般为扁钢，也可以用碳钢、合金钢、有色金属等，在料液层比较高时，常用几层桨叶，相邻两层桨叶交错90º来达到搅拌均匀。图4.7浆式搅拌器(2)涡轮式搅拌器有很多形式，其直径不能做得太大，一般在φ700以下。图4.8涡轮式搅拌器(3)锚式和框式搅拌器此类搅拌器底部形状与反应器下封头形状相似，如图图4.9锚式和框式搅拌器（a）（b）适用于椭圆形或蝶形下封头的釜体；（c）适用于锥形封头的釜体；反应釜的直径较大或物料黏度很大时，常用横梁加强，其结构就为框式。此类搅拌器的直径较大，取釜体直径的2/3～9/10。适用于有固体沉淀或容易挂料的场合。(4)推进式搅拌器为整体铸造，加工方便，采用焊接时，需模锻后再与轴套焊接，加工较困难。其直径约为反应器内径的1/4～1/3。图4.10推进式搅拌器(5)其他形式搅拌器螺杆式和螺带式搅拌器等图4.11螺杆式和螺带式搅拌器(二)搅拌器形式的确定可根据流动状态、搅拌目的、搅拌容量、转速范围及反应物黏度进行选择，经验表如下:表4.5搅拌器型式选择流动状态搅拌参数搅拌器形式对流循环湍流循环剪切流搅拌设备容量转速最高黏度涡轮式ΟΟΟ1～10010～30050浆式ΟΟΟ1～20010～3002推进式ΟΟ1～1000100～50050折叶开启涡轮式ΟΟ1～100010～30050锚式Ο1～1001～100100螺杆式Ο1～500.5～50100螺带式Ο1～500.5～50100续表搅拌目的搅拌器形式低粘度液混合高黏度液混合及传热反应分解溶解固体悬浮气体吸收结晶传热液相反应涡轮式ΟΟΟΟΟΟΟΟΟ浆式ΟΟΟΟΟΟΟ推进式ΟΟΟΟΟΟΟ折叶开启涡轮式ΟΟΟΟΟΟ锚式ΟΟ螺杆式ΟΟ螺带式ΟΟ注:表中“Ｏ”为适合，空白为不适合或不许。（三）反应器搅拌轴的确定搅拌轴的材料常用45钢，有时还需适当的热处理，以提高轴的强度和耐磨性。4.1.9传动装置(一)电动机的选取【13】搅拌反应器常用的电动机系列有:Y系列三相异步电动机、YB系列隔爆型三相异步电动机、Y—F系列防腐型三相异步电动机、YXJ系列摆线针轮减速异步电动机等.电动机功率主要根据搅拌所需的功率及传动装置的传动效率等确定。搅拌反应器所需电动机的功率可由下式表示:P=Pe+P式中Pe—P—电动机功率，kw；Pm—轴封摩擦损失功率，kwη—传动系统的机械效率。一般异步电动机的同步转速按电动机的极数分为几档，如3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min等，其中1500r/min的电动机价格较低，供应较普遍，应用广泛。（三）减速装置:我国目前常用的反应釜用立式减速机主要有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机等几种。还有一种减速比可达很大值的谐波减速机，是一种新型减速机，其设计也可系列化。以上几种常用减速机的有关数据、主要特点、常用条件等基本特性及其标定符号列于表4.6下。表4.6几种釜用立式减速机的基本特性减速机类型特性摆线针齿行星减速机两级齿轮减速机三角皮带减速机减速比范围87～911～64.5～3输出轴转速范围（r/min）配用四级电动机16～100125～250320～500功率范围（kW）0.6～300.6～300.6～5.5效率0.9～0.950.930.91续表主要特点本机利用少齿差内齿合行星传动的减速装置，减速比大，寿命长故障少，拆卸方便，结构紧凑，重量轻，与同功率的涡轮减速机相比，功率高而体积可小一半左右本机为两级同中心距斜齿轮传动的减速装置，传动比准确，寿命长。本机为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起安全保护作用。但由于皮带滑动不能保持精确的传动比。特性参数功率、按输出轴轴轻而分的机型号、减速比中心距三角皮带型号、根数应用条件对过载和冲击载荷有较强承受能力、可短期过载75%；允许正反旋转，可用于有防爆要求的车间，与电动机直连允许正反旋转；可采用夹壳联轴器或弹性块式联轴器与搅拌轴联接。不允许承受外加轴向载荷；适用于连续搅拌的化工装备；与电动机相连。允许正反旋转；一般以夹壳联轴器与搅拌轴联接；搅拌器重量可由本机承受；不能用于有防爆要求的车间；适用于连续搅拌的化工设备。标定符号BLD功率-机型号-减速比LC中心距-顺序号P三角皮带型号-根数-顺序号本设计采用摆线针齿行星减速机，可以满足生产过程中转速可调的要求。4.1.10搅拌功率的计算:搅拌功率准数NP是搅拌设备最基本的特性参数之一。搅拌功率按下式[11]计算。P=NPρN3d5(4-7)由于密度ρ、转速N和叶轮直径d三个参数很易求得，故计算搅拌功率的关键是求出功率准数NP。影响搅拌搅拌功率P的主要因素有以下四种。（1）有关搅拌叶轮的因素，如叶轮直径d、叶宽b、叶片倾斜角θ、转速N、单个叶轮上的叶片数np和叶轮离罐底高度C等。（2）有关搅拌罐的因素，如罐形、罐径D、液深H、挡板数nb、挡板宽Wb。（3）有关被搅液体的因素，如液体的密度ρ、黏度μ。（4）重力加速度g。对于液-液系统，其关联式如下:NP=P/ρN3D5(4-Re=NPD2Fr=N2D/ɡΦ=NP/Fry=KRex= 或 Φ=NP=KRex=PρN3对于不打旋的系统，式中NP——功率准数；P——功率消耗，W；ReQUOTERe——叶轮雷诺数；Fr——弗鲁德准数；g——重力加速度，m/s2；N——叶轮转速，转/s；参考经验值μ——液体粘度，Pa·s；D——叶轮直径，m；ρ——液体密度，kg/m3；Φ——功率函数；K——系统几何构型的总形状系数；Φ或NP可由功率曲线图上查出。或用下述公式计算:Re<10P=K1μ2D3(4-1Re>104P=K2ρN3D5(4-14)对无挡板并且Re>300的搅拌系统，不可忽略重力影响时用公式(4-11)，其中:y=α-lgReβα与β的值列于表下(4.7)，K1、K2的值以及α和β都可由表4.8中查得表4.7搅拌器的K1和K2值搅拌器K1K搅拌器K1K螺旋桨式，三叶片螺距=D41.00.32双叶单平浆式D/W=443.02.25螺旋桨式，三叶片螺距=2D43.51.00双叶单平浆式D/W=636.51.60涡轮式，四个平片70.04.50双叶单平浆式D/W=833.01.15涡轮式，六个平片71.06.10四叶双平浆式D/W=649.02.75涡轮式，六个弯片70.04.80六叶三平浆式D/W=671.03.82扇形涡轮70.01.65表4.8Re>300时搅拌器的α和β值形式螺旋桨式涡轮式六个平片D/T0.480.370.330.300.200.300.33α1.701.01.0β18.018.018.018.018.040.040.0搅拌器的形式在文献上查不到相应的功率曲线时；根据搅拌器的形式因子对构型相近搅拌器的功率校正后，可以得到装置的相应功率。对径向流叶轮（平浆、涡轮），相应的湍流状态如下:NP∝(D/T)QUOTE(WD-1.2(4-16)对轴向流叶轮，湍流状态如下公式:NP∝QUOTE(DT(D/T)-0.9（4-17）其中T-容器直径对平浆和涡轮:NP∝(WD)0.3～0.4(4-1对六叶片盘式涡轮:①W/D=0.2～0.5时NP∝(WD)0.67②涡轮nb的影响:湍流搅拌:NP∝nb0.495(4-20)层流搅拌:NP∝nb0.327(4-21)以六叶片涡轮为基准:NP∝(nb6)0.7～0.8(4-其中:nb—叶片数目随着叶片数目的减少，平叶片涡轮的排液量降低，而弯叶片涡轮排液量降低的不多，功率消耗会有所降低。在层流时弯叶片涡轮与平直叶片涡轮的消耗的功率相同，但在湍流时弯叶片的功率消耗对平直叶片来说较低。(3)浆叶层深度H:NP∝(HT)0.6(4-对高黏度液体上式的指数近似为0，功率的消耗与液体深度无关。(4)对低、中黏度液体，叶轮安装高度H对功率是没有影响的，而对于高黏度液体，叶轮近液面(H=0.9)时功率消耗低，反之则高。(5)各种涡轮其叶轮间距距离S对功率输入的影响可以从《精华过程与装备》一书中查得。另外固体悬浮系统的搅拌功率、气液悬浮系统的搅拌功率、气流搅拌功率都可从上书中查得，这里不在做额外介绍。4.1.11机械传动效率η电动机通过各种传动装置将能量传给搅拌器时，由于摩擦作用，必定消耗一部分能量。下表4-3中数值可供初步参考。表4-9机械传动的效率传动机械η，%三角皮带90-95伞齿轮90-95正齿轮90-95涡轮（三线或四线）70-90涡轮（双线）60-804.2确定工艺参数4.2.1热量衡算对搅拌釜中物料进行加热或冷却的操作及其重要。搅拌釜的传热包括夹套和内部盘管的传热两类。由于本设计的物料黏度较大，不适合内部盘管，因此只讨论夹套传热。搅拌釜常用于分批加热或冷却。在传热时假设流体得到充分搅拌，并且釜内温度在任何时间都是均匀的。（1）恒温加热或冷却介质[14]任一时刻的传热速率为q=qm1C产品dT/dt=KA(Th-Tb)(4-23式中qm1——搅拌釜内液体的质量；C产品——搅拌釜内液体比热；Th——恒温加热介质温度；Tb——液体主体温度；t——时间；K——以搅拌釜的内表面为基准的总传热系数；A——传热面积。（2）非恒温加热或冷却介质在加热介质的入口温度一定，但其流量和出口温度不定时，其传热速率方程为：q=dQ/dθ=qm1C产品dT/dθ=mCp（Th1-Th2）=KAΔTm(4-24式中Cp——加热介质的平均比热；ΔTm——对数平均传热温差：Th1、Th2——加热介质的入、出口温度；m——加热介质的质量流速。4.2.2温控的计算间歇式反应釜温度控制对于保证间歇式反应釜的产品质量和安全生产起着至关重要的作用[15]。间歇反应器设计的主要内容是反应温度的确定[16]。本设计中需要使升、降温过程均匀，可用调节蒸汽、冷却水的流量流速来达到这一目的。表5.2.1是冷却过程中的部分数据，其中假定C产品=5QUOTEC产品=100kJ/kg·℃，进出口的温度大致给出，公式[15]如下:Q釜内=C产品qm1ΔQ外=令Q釜内=Q外得，qm2=C产品qm1(一)由式（5-3）得出如下表（4-10）中的质量流速。表4-10降温时的数据釜内温度℃T进水℃T出水℃温差℃平均温度℃C水kJ/(kg·℃)质量流速kg/min75-73204828344.17434.270-68204020304.17447.965-63203818294.17553.260-58203616284.17559.955-53203414274.17668.450-48203212264.17779.845-4320311125.54.17887.040-38203010254.17895.7根据表4-10画出的温度与质量坐标图:图4-14温度与质量流速坐标（二）由于升温过程夹套中水有相变，而釜内的物料视为无变化，则需用式Q外=qm2[r+C水（Ts-T2）][17](4-28)得到Q外=qm2[r+C水（Ts-T2）]=Q釜内=C产品qm1Δt由上式可得到如下表表4-11升温时的数据釜内温度℃T进水℃T出水℃温差℃平均温度℃比汽热rkJ/kgC水kJ/(kg·℃)质量流kg/min30-3212040808023074.1951.5135-3712050708522954.2021.5540-4212058628922844.2071.5745-4712064569222804.2101.5950-5212070509522714.2141.6155-5712074469722684.2161.62560-6212078429922604.2191.6465-67120804010022584.2201.65根据表4-11画出的温度与质量坐标图:图4-15温度与质量流速坐标可以根据釜内温度自动调节质量流速以达到自动化的设计。4.3工艺流程图:图4-15主要生产装备图车间主要生产装置图坐上角为油相混合罐，右上角为水相混合罐，下边为主反应釜。5操作规程5.1配料岗位操作规程(1)根据车间负责人的安排，参照相应的固定原料配比，计算出需要的原料量。(2)对第一次计算的结果进行第二次计算，以校正计算结果，进行下一步的操作。(3)用去离子水仔细清洗相应数量的不锈钢桶，确认内外干净情况下，用乙醇清洗，吹干后盖上盖子备用。(4)对测试衡器校正，称取原料，精确到克单位。(5)按照物料分配情况逐次称量，放入准备好的配料桶中。称取中采用二次校正法。在锅中慢慢加入物料搅拌，对配好的物料标注。(6)将物料送至乳化车间，确保乳化过程顺利进行。(7)加入所需的活性物质，慢慢加入，控制好温度，慢慢加入，快速搅拌溶解，保持PH≦8，加盖备用。(8)准确称量香精等辅料，放置