数关联式。比较常用的有佐野雄二推荐的关联式。表2-5三种夹套的对流传热系数算法火套形式螺旋导流板火套半肾螺旋夹套空心夹套Re>10式2-20 2-19传热系数Re<2100式2-21算式Re=2100-10 000式2-20利表2-4式2-19和表2-4D.45中心角180°附，(D%-DP)ID,D=(n/2)d..中心角120附、D,=0.708d.4xPE中心角180°时，D-D)4A,=(r/8)d中心角120°时，A,=0.154dF与夹套中热载体接触F=半管下面积+0.6×半管与夹套中热载体接触的携壁面积间商积的槽壁而积其他进行恭汽冷凝时，取@=5670W(m℃)江：E爽套环晾宽度，mtP螺距，mA.流通雨积，m：F一传热面积，m：—一液体流速，m/s；.一蛇管内径，mD,——夹会内径，m；D,-—央套外径.me佐野雄二给出的桨式或涡轮式搅拌器的传热系数关联式如下：Nu; = 0.512(D)Pr(d)()" ()(2-22)3Nu =0.512l"()"(台)。im二(2-23)a,DNu=，表示被搅拌液体对有央套容器内壁面的对流传热系数的准数，无因次；“，表示被搅拌液体对内冷蛇管外壁面的对流传热系数的准数，无因次；Nu.=1P=学，表示物性对传热系数影响的准数，无因次；d..——-内冷蛇管外径,m;单位质量被搅拌液体消耗的搅拌功率，W/kg；一被搅拌液体的运动粘度，m/sJ计算物性时，一般以流体的平均温度作为定性温度。上两式的特点是既能用于有挡板槽，也可用于无挡板槽，而且蛇管设置与否、叶轮型式、口轮安装高度、叶轮上的叶片数和叶片倾角等的变化对关联式的系数无影响，这使关联式的应用范围很广。另外，永田进治也推荐了一些适用范围广泛的传热系数关联式。实验的搅拌槽内装人了冷却管，搅拌器主要为桨式、涡轮式，对牛顿型流体进行了实验，应用时可参阅相关文献。.27
2.传热系数K的计算传热系数K又称总传热系数，是评价搅拌反应器的重要技术指标。它对搅拌反应器的生产能力、产品质量、产品成本动力消耗都有很大影响。对于间壁两边都是变温的冷、热两流体间的实际传热过程，热流体的温度为T，冷流体的温度为，间壁厚度为2，间壁材料的导热系数为^在间壁两边生有垢层，其厚度各为及，导热系数为入，及入3：传热过程由热流体对壁面的对流传热、在垢层和金属壁间的热传导和壁面对冷流体的对流传热所组成：对于稳态传热，选用传热面积的平均值F，并应用热阻串联原理，可得F.(T-t)mQ=(2-24)1+++21K=1+1+2%(2-25)0αraz式中Q一一传热速率，W；（T-t）.-平均温度差℃。在通常情况下，金属导热系数比垢层导热系数大得多，所以一般可忽略不计。为了方便，暂不考虑垢层对传热的影响，总的热阻必来自料液与容器壁的热阻1/α，和夹套内传热介质与容器壁的热阻1/α2。工程上采取各种有效措施提高α，和α2，以强化传热。为了强化α1，常采用加设挡板或设置立式蛇管，有时也采用小搅拌器高转速。对于高粘度流体或非牛顿型流体，往往1/α，比其他热阻要大得多，故实际上总的热阻由此层热阻控制。为了提高α，值，采用近壁或刮壁式搅拌器。对高粘度的拟塑性物料，采用刮壁搅拌器可提高K值4~5倍。为了提高α2值常采用下列几种方法：①夹套中加螺旋导流板，可以增加冷却水流速。螺旋导流板一般焊在容器壁上，与夹套壁有0~3mm的间隙。②加扰流喷嘴。在夹套的不同高度按等距安装喷嘴。冷却水主要仍从夹套底部进水口进人夹套，在喷嘴中注人一定数量的冷却水，使冷却水主流呈满流状态，可以大幅度提高a2t③夹套多点切向进水。在夹套的不同高度切向进水，可提高α2值，其作用同扰流喷嘴相似。当夹套内的介质为饱和水蒸气或过热度不大的过热蒸汽加热时，由于水蒸气的相变使α2高达10000以上，在此情况下总阻力集中在搅拌槽一侧。搅拌器的总传热系数K值可通过式2-25求出。其经验值列丁表2-6，供设计时参考。以上介绍的是液一液系统，如在鼓泡搅拌器中，传热问题可与不通气时一样处理。关于加热时间的计算及高粘度液体的传热，可参阅有关资料或专著，四、搅拌器的附件为了达到混合所需的流动状态，在某些情况下搅拌槽内需要安装搅拌附件，常用的搅拌附件有挡板和导流筒。.28
表2-6搅拌器的总传热系数K的参考数据蛇管式一用作冷却器总传热系数管内流体管外流休备注W/(m.c)水（管材：铅）稀薄有机染料中间体1 628.2涡轮式搅拌器1.58r/s水（管材：铅）热溶液511.7 ~ 2 035.3桨式搅拌器0.007t/s冷冻盐水氨基酸569.90.50rls水（低碳钢）25%发烟硫酸60%116.3搅拌15.6℃水(铅)50%砂糖水溶液279.1~ 337.3缓慢搅拌水(铅)水溶液1395.6推进式搅择8.33rls水（铅）液体1 279.3 ~ 2 093.4推进式搅拌8.33r/s水（铅）热水511,7 -2 (093.4搅拌0.007/g水(铸铁）25%硫酸60℃116.3有搅拌水（软钢）25%发烟硫酸104.7~116.3有搅拌水（铅）轻有机物1 163.0 ~1 744.5涡轮搅拌盐水（钢）硝化混合物290.7 ~ 348.9有搅拌盐水（钢）硝化混合物50%581.5~814.1有搅拌氯化钙溶液（锻）二氟甲烷622.2锚式搅拌0.87/s水（匍）二甲基磷化氢395.4推进式搅择3.67~5.67水（钢）植物油162.8 ~ 407.1搅拌器转速可变水8%氧氧化钠883.9有搅拌0.37ls蛇臀式用作加热器水蒸气(铅)水395.4水蒸气（钢）搅拌植物油221.0~407.1搅拌器转速可变热水(铅)水465.2 - 1 511.9桨式搅拌器水蒸气（钢）水883.9有搅拌夹套式一用作冷却器总传热系数夹套内流体釜中流体釜壁材料备W/(m·℃)低速冷冻盐水硝化浓液铸铁181.4~337.3揽拌0.58~0.63z/水粗硝基甲酸，5%氢氧化钠钢325.6搅拌（冷印精制）水盐酸，硝基卡内，铁粉，水钢151.2揽拌(冷却还原)水二汉乙烷，双腈钢162.8搅拌（玲邯缔缩合）水对硝基甲苯，硫酸，水掂玻璃187.2搅拌（冷却反应）水酱卡因，氯化钠搏玻璃134.9搅拌(冷却盐析）盐水普锌卡因溶液搏玻璃171.0搅拌（冷却盐析)盐水澳化甲液塘玻璃199.0搅拌（冷却结品）盐水发酵液钢144.2有搅拌水培养基钢215.2有搅拌盐水缩醛钢240.7有搅拌盐水四氯化碳不锈钢391.9搅托冰水冷水陶瓷39.5搅拌水石蜡232.6 ~ 407.0冷却反应夹贷式用作加热器:29*
续总传热系数备汁答中流体签壁材料夹套内流体W/(n2.C)溶液铸铁双层刮刀式搅拌水蒸气988.6~1 163.0水蒸气水不锈钢783.9错式搅拌1.67fs水销搅拌水蒸气1 395.6水搅拌水蒸气铸铁衬铅23.3~52.3水水蒸气铸铁糖瓷546.6 ~697.8搅拌0~6.67zfs水蒸气硬行蜡铸铁581.5刮刀式搅拌水蒸气果汁铸铁瓷872.3有搅拌水燕气牛乳铸铁糖瓷1744.5有搅拌水蒸气糊铸铁709.4 ~ 790.8双层刮刀式搅择水蒸气泥浆铸铁907.1~988.6双层刮刀式搅拌肥皂加热温度30~90℃水蒸气肥皂46.5~69.8搅拌1.83z/s水蒸气甲醛苯酚缩合628.0~46.5遵内溢度70~90℃有搅拌水蒸气苯乙烯聚介255.9~23.3刮力式搅拌水蒸气粉(5%水)铸铁232.6~290.8双层刮式搅拌水蒸气块状物质铁430,3 ~ 546.61双层刮刀式搅拌水蒸气对硝基甲苯，硫酸，水糖玻璃248.9有搅拌（加热反应）水蒸气普鲁卡丙粗品糖玻璃232.6~260.5有搅拌（加热溶解）水蒸气溴化甲液塘玻璃358.2有搅拌（加热精制）水蒸气粗硝感甲酸，5%氢氧化钠钢1 453.8有搅拌（加热精制）水蒸气牛乳铸铁携瓷488.5有搅拌3.33z/s水蒸气树脂胶（120℃）136.1刮刀式搅拌水蒸气树脂胶（290℃）581.5刮刀式搅拌水蒸气清漆174.5 ~290.8满轮式水蒸气地沥背46.5~116.3涡轮式1.挡板为抑制打旋现象的发生，常用的方法之一就足在搅拌槽内安装挡板，一般采用纵向挡板，挡板至少有两个作用：一是将切向流动转化为轴向流动和径向流动，对于槽内流体的主体对流扩散，轴向流动和径向流动都是有效的：二是增大被搅拌流体的满动程度，从而改善搅拌效果。实验证明：挡板的宽度W、数量n以及安装方式等都将影响流体的流动状态，也必将影响搅拌功率。当挡板的条件符合(W)ng=0.35(D)(2-26)搅拌器的功率最大，这种挡板条件叫做全挡板条件。挡板的宽度一般取为：W=（1/10~1/12)D，对于高粘度流体，可减小到(1/20)D。挡板数量n取决于搅拌槽直径的大小。对于小直径的揽拌槽，一-般安装2~4快挡板。对于大直径的搅拌槽，一般安装4~8块，以4块或6块居多，此时已接近于全挡板条件。搅拌槽内设置的其他能阻碍水平回转流动的附件，如蛇管等，也能起到挡板的作用。2.导流筒在需要控制流体的流动方向和速度以确定某一特定流型时，可在搅拌槽中安装导流筒。导流简主要用于推进式、螺杆式及涡轮式搅拌器。推进式或螺杆式搅拌器的导流筒是安装·30
在搅拌器的外面，前涡轮式搅拌器的导流简则安装在叶轮的上方。导流筒的作用是：一方面它提高了对简内流体的搅拌程度，加强了搅拌器对流体的直接机械剪切作用，同时又确立了充分循环的流型，使搅拌槽内所有的物料均可通过导流筒内的强烈混合区，提高混合效率另外，导流筒简还限定了循环路径，减少短路的机会。导流筒的尺寸需要根据具体生产过程的要求决定。·-般情况下，导流筒需将搅拌槽截载面分成面积相等的两部分，即导流筒的直径约为搅拌槽直径的70%第三节搅拌装置设计示例【设计示例】某化工厂通过互溶低粘度物料A和B之间的化学放热反应：A+B=C，生产精细化学品C，连续的恒温均相混合及反应在一搅拌反应器里进行，两种被搅拌液体物料的处理量均为65923.2m/a，平均停留时间为15min。为了保持被搅拌液体恒温于60℃，需要除去反应热150591.5W，采用夹套冷却，冷却水进口温度25℃，冷却水出口温度35℃。试选择搅拌器型式，并进行满足工T艺要求的搅拌器设计、操作条件：每年300天连续运转。根据放大经验，叶端速度u=4.74m/g可获得满意搅拌效果60℃下被搅拌液体物料的物性参数如下：比热容c，=899J/（kg?℃），导热系数入=0.582W/（m℃），平均密度=1000kg/m2，粘度u=3.333×10-2Pas。【设计计算】一、搅拌器选型因为该搅拌器主要是为了实现物料的均相混舍，所以，推进式、浆式、涡轮式、三叶后掠式等都可以选择。此处选择六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器。二、搅拌器设备设计计算确定搅拌槽的结构与尺寸，明确搅拌桨及其附件的几何尺寸和安装位置，计算搅拌转速和功率，传热计算等，最终为机械设计提供条件。()搅拌槽的结构设计1.搅拌槽的容积、类型、高径比对于连续操作，搅拌槽的有效体积为搅拌槽的有效体积=流入搅拌槽的液体处理量×物料平均停留时间所以，搅拌槽的有效体积V=65923.2/(300×24)×2×(15/60)=4.578m一般取搅拌液体深度与搅拌槽内径相等，以搅拌槽为平底近似估算直径。由搅拌槽的有效体积可计算出搅拌槽内径1.8m，搅拌液体深度1.8m，即34V4×4.578D=H=V=N3.14=1.8m罐体由于没有特殊要求，--般选取最常用的立式圆筒型容器。根据传热要求，罐体带央套，夹套选用螺旋板夹套。夹套内设导流板，螺距P=50mm，夹套环隙E=50mm。一般实际搅拌槽的高径比为1.1~1.5，现取1.2搅拌槽简体总高31