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混合 炉 は 何 です か.原理,混合 炉 の 設計 と 応用
ステンレス・ステール・ミラー・リアクター
,原子炉用調動器の設計
,混合炉の用途
混合 炉 は 何 です か.原理,混合 炉 の 設計 と 応用
根本的な質問に答えます混ぜ合わせ炉とは何か? 混ぜ合わせ器の設計は,ASMEコード付き圧力容器における混ぜ合わせ性能,熱伝達量,反応出力をどのように影響するのか?混ぜ合わせ炉は,ASME第8節でコードされた動圧容器で,モーター駆動のホイップラーシャフトが混ぜ合わせ,分散,熱伝達の強化のために流体の動きを作り出す.そして反応の同化性能は, *パワー数 Np* = P/ ((ρN3D5) で,0.3 (海上プロペラ) から 5.0-6.0 (ラシュトンタービン) まで, *レイノルズ数* Re = ρND2/μ (騒動状態 Re > 104),そして*ピップ速度* v_tip = πND (2-6 m/s)API 682 メカニカルシールでは,設計圧力0.1〜10MPaでプロセス流体を含み,容積単位あたりの電力は0.1-5 kW/m3は,目標の5~60秒の"混合時間"のために十分なエネルギー投入を保証します.
1. 核アギタターの設計原則
混合炉の混合性能は,イペラー幾何学,回転速度,容器幾何学 (バッフル,D/T比) および流体特性に依存する.3つの工学原理は,調動器の設計と選択を支配する:
- 推進器の水力学と電源数:*電力の数 Np* = P/(ρN3D5) は,各幾何学に対して実験的に決定されたプロペラーの無次元阻力係数である. *ラシュトンタービン* (6つの平板刃,D/T = 0.33-0.5) にはNp = 5がある.0から6まで.0,高切断率の強い半径流量を生成し,ガス-液体分散と不溶性液体エミュルジ化に理想的です.27 - 1.64固体懸垂と熱伝送のための軸流を生成する. *海上プロペラ* (3刃,ピッチ=直径) はNp = 0.2-0.45低粘度混合に適している.Re > 104 (完全に渦巻く) のとき,Npは速度に関係なく恒定である.Re < 10 (ラミナー) のとき,Np = K/Re (Kは幾何学的定数である).密度ではなく粘度に比例するということです.
- 流量パターンと混合時間:インペラー流量は, *流量数 Nq* = Q/(ND3) で特徴付けられ,Q はインペラー放出率である.ピッチブレードインペラーでは,Nq = 0.43-0.75 (ポンプ数).混合時間 θ = V/(Nq·ND3·N) = K/N (完全に渦巻く流れで)混合時間は速度に逆比例する) で,Kはプロペラー-容器の幾何学 (標準配置では通常4-10) に依存する..45·d_p^0.2·D^(-0.85) は,S が幾何学に依存する定数であるところ,ちょうど懸浮した固体 (容器底に固体がない) の最小速度を予測する.*Camp数* Ca = G·t (速度梯度 * 時間) は,水処理炉における流動の強度を特徴づけます.
- メカニカルシールとシャフト設計:調動器軸は容器の上部または下部頭部に浸透し,プロセス流体を含むために"機械密封"を必要とします.API 682は密封図を定義します:プラン53 (圧縮バリア液を0で2重シール).15-0.3 MPa 以上の容器圧,有毒または価値のある流体にとって理想的) は,プロセス漏れをゼロにします.プラン52 (緩衝流体による圧縮されていないタンデムシール) は,中程度の危険性のあるサービスに使用されます.プラン11 (容器から水洗いをする単一の密封) は,良性のある液体のために使用されます.軸の臨界速度は,共鳴を避けるため,最大動作速度が少なくとも1.4*である必要があります. 底部入力振動器では,軸末端を支える"安定軸承" (PTFEまたは炭素ブーシング) が使用されます.曲線を小さくして L/D比率を高めることプロセスに適合する材料と定期的な交換が必要です.
2主なタイプ 混合炉推進機
混ぜ合わせの主要目的 (混ぜ合わせ,ガス分散,固体懸浮,熱伝送) とプロセス流体の粘度範囲に基づいて,混ぜ合わせの主体的な目的 (混合,ガス分散,固体懸浮,熱伝送) を基準に,混ぜ合わせの主体的な目的 (混合,ガス分散,固体懸浮,熱伝送) を基準に,混ぜ合わせの主体目的 (混合,ガス分散,固体懸浮,熱伝送) を基準に,混ぜ合わせの主体目的 (混合,ガス分散,固体懸浮,熱伝送) を基準に,混ぜ合わせの主体目的 (混合,ガス分散,固体懸浮,熱伝送) を基準に,混ぜ合わせの主体目的 (混合,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送,熱伝送など).3つの主要なプロペラーファミリーは,ほとんどのアプリケーションをカバーします.:
- ラシュトンタービン (放射流) インペラー:6刃の円盤タービン (ラシュトン) は,Np = 5.0-6.0 を有し,強い半径流量を生成します.流体は軸に沿って引き上げられ,刃の先端によって半径的に外側加速されます.そしてボトル壁とバフルを通ってインペラーに再び循環この高切断,高エネルギー分散パターンは,ガス-液体質量移転 (ガス流量 2-4vmで0.2s−1kLaまで) および混じらない液体-液体分散 (滴滴サイズ50-500μm) に最適です.容器のバフラー (4回 90°), 幅 = T/12) 渦巻くのを防止し,接流を垂直回流に変換する. 標準インペラー直径 D = T/3,3~6 m/s のピップ速度で動動機を生成する *レイノルズ数 * Re > 5*104 低粘度流体 (< 1 の渦巻き混合物)1000 cP) となっている.
- 縦刃 (軸流) インペラー:4刃の45°傾斜の輪盤 (Np = 1.27-1.64) は軸流を生成し,下向きに流体をポンプする (または逆向きで上向きにポンプする).この流れパターンは以下を提示する:混合のための効率的な散装流通 (同じパワーでラシュトンよりも50~80%短く混合する)固体懸垂 (Njsはラシュトンより30~50%低) と熱伝送強化 (内部熱伝送係数は20~40%高).軸輪は以下のために好ましい:温かいガス分散)単一軸に複数の傾斜刃のプロペラー (2-3ユニット,1.5*インペラー直径) は,高い容器の混合ゾーンを拡張する (H/D > 1. 5),容器全体に均等な濃度を達成する.
- 螺旋リボンとアンカーインペルラー (高粘度):粘着性のある液体 (1000〜50,000cP) の場合,Re < 100 (ラミナリ状態への移行) の場合,近隙のプロペラー・ヘリカル・リボン (ラミナリ流量ではNp = 100〜200,ピッチ = 直径,リボン幅 = 0).1*D) またはアンカー (Np = 50-150), D = 0.95*T) 全体の容器壁を掃く. パワースケールは P = Kp·μ·N2·D3 (ラミナリー体制における粘度と線形). *ナガタ相関* P = Kp·Re^(-1) ρ·N3·D5はラミナリー力を予測する.このプロペラーがポリメリゼーション反応の均質な温度分布,静止地帯がない (熱感受性のある製品にとって極めて重要な),壁熱伝達係数は200〜400W/m2K (vs.圧縮されていない容器では50〜100W/m2K)典型的な動作速度は10〜50RPMで,単位容量あたりの電力は0.5-2kW/m3である.
混合炉 推進器 タイプ 比較マトリックス
| インペラー型 | パワー数 (Np) | 流れパターン | 粘度範囲 |
|---|---|---|---|
| ラシュトンタービン | 5.0-6. わかった0 | 半径 (高切断) | 1〜1000cP |
| 斜め刃 (45°) | 1.27 - 164 | 軸性 (散装ポンプ) | 1〜5000 cP |
| 螺旋型リボン | 100-200 (ラミナー) | 近距離掃描 | 1,000-50,000 cP |
よくある質問 (FAQ)
Q: 動力数 Np は何で,調動器のサイズにどのように使われますか?
A:電力の数 Np = P/ ((ρN3D5) は,特定のプロペラー幾何学の無寸法抵抗係数である.各プロペラータイプ (ラシュトン Np = 5-6,ピッチブレイド Np = 1.3-1).6,プロペラNp = 0.3-0.45),Npは実験的に決定され,完全な渦巻状態 (Re > 104) で恒定です.安全因数 (1) で掛けます..2-1.5) を用いたモーターのサイズを測定する.例えば,D = 0.5 m,N = 3 rps (180 RPM) のラシュトンタービンは,水 (ρ = 1,000 kg/m3) でP = 5.5 * 1,000 * 27 * 0.03125 = 4,640 W ≈ 4.6 kW を抽出する.5のサイズになります..5-6.0 kW (1.2-1.3*の安全因数)
Q: タービンやピッチブレードホイップルを持つ混ぜた原子炉ではなぜバフラーが必要なのか?
A: バフラーがないと,回転するプロペラーは渦を作り出し,液体の質量全体を固体として回転させる (接流)垂直回転がない場合,電源入力にもかかわらず,混合は事実上ゼロですバフル (4°で90°,幅=T/12からT/10,高さ=全液体深さ) は,タンジェンシャルフローを垂直循環に変換し,混合,固体懸垂を達成するトロイド型フローパターンを作成します.熱伝達バフラーなしでは,電力の数は バフラー値の10~20%に低下し,効率的な混合のために"レイノルズ数"ははるかに高い値を超えなければならない.低粘度 (Re > 300) の液体におけるタービンとピッチブレードホイップラーには常にバフラーが必要である.粘性流体における近距離ホイール (アンカー,螺旋リボン) はバフラーを必要としない.
Q: 固体と液体を混ぜる際の,ちょうど懸垂した速度Njsはどのように決定されますか?
A: *Zwietering相関* Njs = S·μ^0.1·[g·(ρs-ρl) /ρl]^0.45·dp^0.2·D^(-0.85) は,容器底に固体が1〜2秒以上静止しない最小の振動速度を予測する.S は標準のビフルド容器で幾何学定数 (2.0-4.5) で,D/T = 0.33-0.5),μ は液体の粘度, ρs と ρl は固体と液体の密度,dp は質量の中間粒子の直径,そしてDはホイップルの直径Njsより10〜20%上での操作は,堅固な固体懸垂を保証する.Njs以下での操作は,固体蓄積,反応領域の減少,および外熱反応における潜在的なホットスポット形成をもたらす.
Q: 有毒または危険なプロセス流体に対して,どんな機械的な密封装置が推奨されますか?
A: API 682 プラン 53 (二重圧密封) は,有毒,危険,または環境規制の流体のために推奨されています. バリア流体 (グリセリン,白いオイル,0 に維持されます.容器の圧力より15〜0.3 MPa高く,シール面からの漏れがプロセスへのバリア流体 (大気へのプロセス流体ではない) であることを確保する.レベルモニタリングを伴うシールポット (低レベルアラーム=外部のシール漏れ) を通してバリア液を循環させる.低圧アラーム = 内密封漏れ) とポンプリングまたは外循環ポンプ.この配置により,環境へのプロセス流体排出はゼロになります.典型的な密封 MTBF (故障間の平均時間) 2〜5年.
