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静态混合器主要技术参数的确定

点击: 日期:2014-04-13 20:48:37

流型选择

根据流体物性、混合要求来确定流体流型。流型受表观的空管内径流速控制。

1 对于中、高粘度流体的混合、传热、慢化学反应,适宜于层流条件操作,流体流速控制在0.1~0.3 m/s。

2 对于低、中粘度流体的混合、萃取、中和、传热、中速反应,适宜于过渡流或湍流条件下工作,流体流速控制在0.3~0.8m/s。

3 对于低粘度难混合流体的混合、乳化、快速反应、预反应等过程,适宜于湍流条件下工作,流体流速控制在0.8~1.2m/s。

4 对于气-气、液-气的混合、萃取吸收、强化传热过程,控制气体流速在1.2~14 m/s的完全湍流条件下工作。

  5对于液-固混合、萃取,适宜于湍流条件下工作,设计选型时,原则上取液体流速大于固体最大颗粒在液体中的沉降速度。固体颗粒在液体中的沉降速度用斯托克斯(Stokes)定律来计算:
静态混合器公式             (2.0.1)
式中
V颗粒——沉降速度,m/s;
d——颗粒最大直径,m;
ρ颗粒、ρ液体——操作工况条件下,颗粒、液体的密度,kg/m“;
μ——操作工况条件下的液体动力粘度,mPa·s;
g——重力加速度,9.81m/s2。

静态混合器混合效果与长度的关系

静态混合器长度的确定:一是由工艺本身的要求,二是通过基础实验和实际应用经验来确定注①。

1 湍流条件下,混合效果与混合器长度无关,也就是在给定混合器长度后再增加长度,其混合效果不会有明显的变化。推荐长度与管径之比L/D=7~10(SK型混合长度相当于L/D=10~15)。

2 过渡流条件下,推荐长度与管径之比L/D=10~15。

3 层流条件下,混合效果与混合器长度有关,一般推荐长度为L/D=10~30。

4 对于既要混合均匀,又要尽快分层的萃取过程,在控制流型情况下,混合器长度取L/D=7~10。

5 流体的连续相与分散相的体积百分比和粘度比关系,如果相差悬殊,混合效果与混合器长度有关,一般取上述推荐长度的上限(大值)。

6 对于乳化、传质、传热的过程,混合器长度应根据工艺要求另行确定。

注:①以上所列混合效果与混合器长度的关系是指液-液、液-气、液-固混合过程的数据,对于气-气混合过程,其混合比较容易,在完全湍流情况下L/D=2~5即可。

静态混合器的压力降计算公式

对于系统压力较高的工艺过程,静态混合器产生的压力降相对比较小,对工艺压力不会产生大的影响。但对系统压力较低的工艺过程,设置静态混合器后要进行压力降计算,以适应工艺要求。
1 SV型、SX型、SL型压力降计算公式:
静态混合器公式                     (2.0.3-1)
静态混合器公式                         (2.0.3-2)
水力直径(dh)定义为混合单元空隙体积的4倍与润湿表面积(混合单元和管壁面积)之比:
静态混合器公式          (2.0.3-3)
式中
ΔP——单位长度静态混合器压力降,Pa;

        f——摩擦系数;
       ρc——工作条件下连续相流体密度,kg/m3;
        u——混合流体流速(以空管内径计),m/s;
       ε——静态混合器空隙率,ε=1—Aδ
        dh——水力直径,m;
       Reε——雷诺数;
        μ——工作条件下连续相粘度,Pa·s;
        L——静态混合器长度,m;
       ΔA——混合单元总单面面积,m2;
        A——SV型,每m2体积中的混合单元单面面积,m2/m3

dh   mm 2.3 3.5 5 7 15 20
A   m2/m3 700 475 350 260 125 90


δ——混合单元材料厚度,m,一般δ= 0.0002m;
D——管内径,m。
摩擦系数(f)与雷诺数(Re)的关系式见表2.0.3-1和图2.0.3所示。
  1. SH型、SK型压力降计算公式
静态混合器公式                  (2.0.3-4)
静态混合器公式                      (2.0.3-5)
摩擦系数(f)雷诺数(ReD)的关系式见表2.0.3-2和图2.0.3所示。关系式的压力降计算值允许偏差±30%,适用于液-液、液-气、液-固混合。

 

SV型、SX型、SL型静态混合器f与Reε关系式

表2.0.3-1

混合器类型

SV-2.5/D

SV-3.5/D

SV-5~15/D

SX型

SL型

层流区

范  围

关系式

Reε≤23

f=139/Reε

Reε≤23

f=139/Reε

Reε≤150

f=150/Reε

Reε≤13

f=235/Reε

Reε≤10

f=156/Reε

过渡流区

范  围

关系式

23<Reε≤150

f=

23.1Reε-0.428

23<Reε≤150

f=

43.7Reε-0.631

13<Reε≤70

f=

74.7Reε-0.476

10<Reε≤100

f=

57.7Reε-0.568

湍流区

范  围

关系式

150<Reε≤2400

f=

14.1Reε-0.329

150<Reε≤2400

f=

10.3Reε-0.351

Reε>150

f≈1.0

70<Reε≤2000

f=

22.3Reε-0.194

100<Reε≤3000

f=

10.8Reε-0.205

完全湍流区

范  围

关系式

Reε>2400

f≈1.09

Reε>2400

f≈0.702

Reε>2000

f≈5.11

Reε>3000

f≈2.10



SL型、SK型静态混合器f与ReD关系式

表2.0.3-2

混合器类型

SH型

SK型

层流区

范  围

关系式

ReD≤30

f=3500/ReD

ReD≤23

f=430/ReD

过渡流区

范  围

关系式

30<Reε≤320

f=646ReD-0.503

23<Reε≤300

f=87.2ReD-0.491

湍流区

范  围

关系式

ReD>320

f=80.1ReD-0.141

300<ReD≤11000

f=17.0ReD-0.205

完全湍流区

范  围

关系式

ReD>11000

f≈2.53



气-气混合压力降计算公式

气-气混合一般均采用SV型静态混合器,其压力降与静态混合器长度和流速成正比,与混合单元水力直径成反比。对不同规格SV型静态混合器测试,关联成以下经验计算公式:

静态混合器公式                   (2.0.3-6)
式中
ΔP——单位长度静态混合器压力降,Pa;
u——混合气工作条件下流速,m/s;
ρc——工作条件下混合气密度,kg/m3;
L——静态混合器长度,m;
dh——水力直径,mm。

各种类型静态混合器摩擦系数与雷诺数的关系

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