Тепловой расчет смесителя.
Расчет смесителя ЗШ-200.
Для технологического процесса изготовления СГС был выбран смеситель типа ЗШ(СРКШ) – смеситель с Z-образными лопастями и выгружным шнеком. Он предназначен для приготовления вязких, высоковязких, пастообразных и пластических смесей в химической, полимерной, фармацевтической и пищевой промышленности.
Преимуществами смесителей ЗШ являются: простота конструкции и надежность в эксплуатации, возможность смешивания абразивных и взрывоопасных материалов, возможность смешивания материалов без разрушения частиц, широкий диапазон рабочих объемов, и самое главное - облегчение выгрузки готовой смеси реверсивным шнеком.
Исходными данными для расчёта являются: производительность смесителя, время цикла смешивания, средняя плотность смеси. В результате расчёта определим необходимый объем смесителя.
Плотность смеси рассчитываем по формуле:
Зная массовые доли наполнителей и связующих, рассчитаем плотность смеси, которая подается в смеситель:
,
где в знаменателях - плотности калия азотнокислого, фторопласта-4, каучука, АБС, агидол-2, красителя, этилацетата соответственно.
Мы можем рассчитать объем смеси, занимаемый в камере смесителя по формуле:
,
где - производительность за загрузку,
- плотность смеси в смесителе.
Исходя из найденного объема, выбираем смеситель ЗШ-200 с параметрами:
Корпус, торцовые стенки, выгрузочный патрубок имеют рубашки для нагрева или охлаждения приготовляемой массы. Смеситель снабжен необходимыми штуцерами, люками, приборами для измерения давления и температуры. Смесители изготовляются из углеродистых и коррозионностойкой сталей. Среда в смесительной камере для смесителя исполнения ВРК - коррозионная, взрывоопасная, категории и группы IIA-T4 по ГОСТ 12.1.011-78.
Технические характеристики смесителя ЗШ-200:
Рабочий объем смесителей камеры, м3 | 0,2 |
Давление рабочее, МПа (кГс/см2), не более | |
- в смесительной камере | избыточное 0,01 (0,1) |
- в рубашке | 0,6(6) |
Температура рабочая, оС, не более | |
- в смесительной камере и в рубашке | от -20 до +160 |
- в полости шнека | от -20 до +100 |
Привод лопастей: | |
-мощность, кВт | 5,5 |
- частота вращения, с-1 (об/мин) | 25(1500) |
Частота вращения рабочих органов, с–1 (об/мин) | |
- быстроходного ротора | 0,793 (47,6) |
- тихоходного ротора | 0,529 (31,7) |
- шнека | |
Масса, кг, не более | |
Габаритные размеры, мм | |
- длина | |
- ширина | |
- высота |
Тепловой расчет смесителя.
Выбранный ранее смеситель ЗШ-200 имеет рубашку для подачи теплоносителя. Рассчитаем время нагрева смеси в смесителе, зная единовременную загрузку, площадь теплообмена и температурный режим.
Для данного смесителя характерен не установившийся режим теплообмена.
Определим температурный режим смесителя:
Схема процесса:
В смесителе (смесь нагревается): , через мин
В рубашке (вода охлаждается): , через мин
.
Средняя разность температур для периодического процесса нагрева жидкости в смесителе:
Где
Величина А постоянна для всего процесса охлаждения. Для любого момента времени, когда температура нагреваемой смеси равна .
При расчете принимаем: .
Средняя конечная температура греющей жидкости (воды):
Теплофизические параметры смеси:
Учитывая массовый компонентный состав, можно определить теплопроводность, вязкость, теплоемкость смеси. Перемешиваемую смесь составляет калий хлорнокислый, в преобладающем количестве, а также каучук и АБС.[2][3][4] Остальные компоненты составляют менее 2% и не окажут сильного влияния на параметры смеси.
Уравнение теплового баланса:
Расход охлаждающей воды:
Режим перемешивания определяем по формуле:
,
где Re – критерий Рейнольдса; – плотность смеси кг/м3; n – частота вращения мешалки об/с.
Примем частоту вращения мешалки 1500 об/мин или 25 об/сек.
Критерий Прандтля определятся по формуле:
Критерий Нуссельта при перемешивание массы определяется формуле:
где ; для аппаратов с рубашками
,
,
Учитывая, что , определим коэффициент теплоотдачи для нагреваемой смеси:
Коэффициент теплоотдачи для воды .
Рассчитаем коэффициент теплопередачи К:
,
где – толщина стенки в нашем случае 2,5 мм; – коэффициент теплопроводности металла (сталь нержавеющая) - = 17,5 Вт/(мК); rзагр – тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны воды 5800 Вт/(м2К), со стороны смеси 5800 Вт/(м2К).
Время нагревания смеси вычисляется по формуле:
, где
- поверхность теплообмена смесителя (из каталога).
.
Таким образом, поверхность теплообмена выбранного аппарата удовлетворяет заданному технологическому режиму.