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 τ мин

В рубашке (вода охлаждается): , через τ 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; ρ – 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 δ – толщина стенки в нашем случае 2,5 мм; λ – коэффициент теплопроводности металла (сталь нержавеющая) - λ= 17,5 Вт/(м∙К); r_загр – тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны воды 5800 Вт/(м²∙К), со стороны смеси 5800 Вт/(м²∙К).

Время нагревания смеси вычисляется по формуле:

, где

- поверхность теплообмена смесителя (из каталога). .

Таким образом, поверхность теплообмена выбранного аппарата удовлетворяет заданному технологическому режиму.