Розрахунок потужності перемішуючого пристрою

Потужність приводу перемішуючого пристрою рекомендується розраховувати за формулою[7]:

,

де k_n – коефіцієнт, що вказує на присутність в апараті відбиваючих перегородок (k = 1);

k_н – коефіцієнт рівня густини в апараті:

,

К_і – коефіцієнт, що враховує наявність у циліндрі внутрішніх пристроїв
(k_і1 = 1,1 при наявності гільзи термопари, труби передавлювання або рівнеміра);

N – потужність, що витрачається безпосередньо на перемішування рідини, Вт;

N_уп – потужність, що витрачається безпосередньо на подолання тертя в ущільненнях валу мішалки, Вт;

η – коефіцієнт корисної дії приводу мішалки, η = 0,85¸0,90.

Сума коефіцієнтів, що враховують наявність у циліндрів внутрішніх пристроїв (гільзи термопари та труби передавлювання) становить[16]:

Потужність, що витрачається на перемішування визначаємо за формулою [16]:

- критерій опору, що визначається з залежності:

За графіком [1] визначаємо, що в даному випадку =6,5:

Значення потужності дорівнює:

Для даного апарату необхідно обрати торцеве ущільнення.

Потужність, що витрачається на подолання тертя в торцевих ущільненнях розраховують за формулою [13]:

де d _в – діаметр валу мішалки.

 

Для відкритої турбінної мішалки:

d_в = c· d _м =0,117·0,45=0,053(мм);

Робоча потужність:

Остаточна величина потужності N _уст привідного електродвигуна мішалки розраховують за формулою [1]:

Згідно даних розрахунків візьмемо з каталогу електродвигунів стандартний двигун типу АО-62-4 та редуктор ВД-ІІІ 1500 з потужністю 15 кВт та швидкістю обертання валу 3 c^-1 [16].

Розрахунок кількості теплоти

Тепловий режим у реакторі підтримується за рахунок подачі у рубашку апарату води.

Розраховуємо кількість теплоти, що втрачається при охолодження середовища в реакторі:

де с_a =515 Дж/кг×К, с_р =4000 Дж/кг×К – питомі теплоємності матеріалу реактора (с_а) і середовища (с_р); m_a, m_p – маса апарату і завантажуваних у нього речовин, кг.

Масу апарата знаходимо за формулою:

де р=0,3 МПа – надлишковий тиск,

Δt – різниця температур середовища:

Середня різниця температур при охолодженні суспензії водою:

де - температура води, що подається в сорочку;

– температура води, що виходить з сорочки;

початкова температура розчину;

кінцева температура розчину;

коєфіціент, що знаходиться за формулою:

Розрахунок коефіцієнту тепловіддачі

Загальний коефіцієнт тепловіддачі при охолодженні реактора, враховуючи, що охолодження відбувається водою, можемо прийняти рівним коефіцієнту тепловіддачі середовища, що перемішується.

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарату до поживного середовища.

Величина критерію Прандтля:

де с_р=4 кДж/(кг·К) – питома теплоємність; μ_р=1,5мПа×с – коефіцієнт динамічної в’язкості, λ_р=0,6 Вт/(м ^. К) - теплопровідність середовища в апараті [17].

Для знаходження коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія рубашки до стінки реактора знайдемо спочатку добуток критеріїв Gr ×Pr:

де Н_с – висота стінки апарата, що міститься у рубашці, м;

температура стінки реактора;

середня температура теплоносія в рубашці; приймемо:

Н_с = Н_р = 1,63 м;

де В = 5×10⁹ – коефіцієнт залежності від

Величина критерію Нусельта, що враховує тепловіддачу до теплоносія в рубашці від стінки апарату складатиме:

для добутку Gr ×Pr>10⁹ C=0,15, a=0,33.

Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки:

де λ_к – теплопровідність води при t _к =(t _ст + )∙0,5=21,5 ;

Тепловіддача до стінки апарату, що міститься в рубашці від середовища, що перемішується виражається величиною критерію Нусельта, що знаходиться за формулою [16]:

де динамічний коєфіціент в’язкості рідини при середній температурі:

 

де середня температура рідини,

динамічний коєфіціент в’язкості рідини при температурі стінки рубашки:

 

Так, як для турбінної мішалки при Re_цб=5,9∙10⁵: С = 0,36, m = 0,67,за формулою знаходимо :

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарату до середовища, що розчиняється:

Розрахунок термічного опору стінки аппарату:

Отже, коефіцієнт теплопередачі між теплоносієм та середовищем буде дорівнювати:

де r₁ і r₂ – термічні опори осадів на зовнішній і внутрішній стінках апарату, відповідно дорівнюють 2×10^-4 і 2,3×10^-4.