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1、第七章 搅拌聚合釜的放大*本章目录v7.1 概述 v7.2 搅拌聚合釜的传热放大 v7.3 搅拌聚合釜的搅拌放大 v7.4 非几何相似放大 v7.5 放大准则的确定*v基本要求:掌握各种聚合反应器的放大方法，特点。 v重 点：搅拌聚合釜的方次放大原则。不同方次放大的物 理意义。*7.1 概述*若二釜中处理的物料相同，则 ， 这样上式可化简为：7.2 搅拌聚合釜的传热放大搅拌釜的传热关联式为：式中L为与传热面有关的代表性尺寸，其他符合意义同第六章。 若有两个几何相似的大（2）小（1）搅拌釜，则有（7-1）（7-2）*在大小釜中，L/D是一定的，令L/D=S，（7-2）可成为：令搅拌桨的叶端速度N
2、D=v，则上式变为：由于L与D之间有一定的比例关系，因此D也是与传热面有关的尺寸。 令与传热面有关的尺寸为 ，则（7-3）（7-4）*7.3 搅拌聚合釜的搅拌放大在相似放大中，每一个准数代表某一种放大规则。但这些准数 所代表的放大规则经常是矛盾的。 所以在放大过程中要抓住起控制作用的因素，保持与这些因素 有关的准数在放大过程中不变，而对其他因素加以适当照顾。从上表可看出，在釜容积放大后，传热面积、排出流量、转速下降了， 而叶端速度增加，这样就产生了如下问题：（1）传热面不够，就应增添附加传热面； （2）排出流量下降，循环次数减少，搅拌效果变弱，混合恶化；（3）叶端速度增加，转速降低，造成叶端最
3、大剪切速率增加，釜内平均剪切速率下降。表7-2 参数放大比与容积比关系*式中，tb为混合时间，tbN为在所要求的混合时间内桨叶的回转 总数。放大时不能单纯强调形式上的相似，应按照一定的过程对搅拌的特殊 要求（如混合时间、颗粒悬浮程度、流体的流动状态）来选定关键的 混合参数作为放大依据，针对不同的搅拌体系采用不同的放大方法。1、均一相液体间的混合此时可按大小釜的混合时间数相等进行放大，即所以对于均一相液体间的混合操作放大时只须保持大小釜的回转 总数相等即可。若要保持大小釜相同的混合时间，应使两釜的转速相等，即（7-18）*2、以传热为主搅拌釜的放大（1）当传热采用叶端速度相等放大时，*7.4 非
4、几何相似放大非几何相似放大的实质是：在明确放大准则的基础上，通过改变桨型、釜中内部构件、桨叶 几何尺寸等手段，使工业釜的操作状态能满足放大准则的要求。即令工业釜和模试釜之间对过程结果有决定影响的混合参数相一致。因此，运用非几何相似放大，需掌握桨型、桨叶尺寸以及内部构件 与各混合参数之间的关系。*例题v 为了给80m3氯乙烯大型聚合釜的设计提供数据，在内径为0.4m，体积为 80L的试验釜中进行冷模试验，试验釜与大型釜几何相似。搅拌桨叶采用单 层三叶后掠式，上翘角 为15，后掠角 为50。桨叶靠近釜底安装。大型 釜中为了增加传热面用四支D型挡板，内通冷却水。试验釜中也按几何相似 安装四支D型挡板
5、。试验釜中以水作搅拌介质，对不同截面的浆叶进行研究 得到下表所示的结果。冷模试验结果*计算中考虑到水和聚氯乙烯粒子混合物料的密度比水大，因此 假定聚合时搅拌功率PP为搅拌水时功率的1.2倍。计算PV时，用 PP除以釜的公称容积。取釜的装料系数为0.9，聚合液密度为 1090kg/m3，黏度为5.6510-3Pas。表中 由下式计算得到：假定单位体积搅拌功率为PV为1.2kW/m3，每分钟循环次数不小 于7次，试计算大型釜操作时的转速、功率、单位体积功等参数。*解：1、确定线性放大比按题意则大釜直径T2为:桨径D2为：大釜装料量为：*水的密度 ，可得从制造简单考虑，可先采用平板型三叶后掠式。按表
6、中数据， 此时NP=1.76。假设釜中物料处于湍流状态，则2、计算大釜循环次数NC搅拌水时的功率PW为：校核大釜中NRe,取聚合液密度为1090kg/m3，计算结果表明，上面假设物料处于湍流状态是正确的。*因为希望Nc不少于7 1/min，所以要设法提高循环次数。可通过 以下几种途径。循环次数Nc为：（1）桨叶形状及尺寸不变，提高转速。 按Nc=7 1/min计，此时的转速应为：搅拌功率为：故：*（2）仍采用平板型桨叶，但使b/T=0.1，D/T=0.48此时由试验釜测定得到：因而可由（1）、（2）计算桨叶尺寸改变后的NP及Nqd，（1）（2）因此有：*若令釜中循环次数为7 1/min，则此时的转速为取N=73r/min，(3) 仍采用平板型桨叶，但使b/T=0.12，D/T=0.5此时，按式（1）、（2）可算得：*若令釜中循环次数为7 1/min，此时的转速为：取N=65r/min，则*若按PV=1.2kW/m3，此时的转速为（4）b/T，D/T不变，改用NP/Nqd值较小的扁圆截面三叶后掠式桨叶循环次数为*将四种计算结果归纳于下表。可见，从减少能耗角度看，以方案4最好， 由于平板型桨叶制造方便，故方案2、3也可采用。四种方案结果比较
