静态混合器的设置讲诉Word格式.docx
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s的中高粘液-液混合,反应吸收过程或生产高聚物流体的混合,反应过程,处理量较大时使用效果更佳
SL
适用于化工、石油、油脂等行业,粘度≤106mPa·
s或伴有高聚物流体的混合,同时进行传热、混合和传热反应的热交换器,加热或冷却粘性产品等单元操作
SH
适用于精细化工、塑料、合成纤维、矿冶等部门的混合、乳化、配色、注塑纺丝、传热等过程。
对流量小、混合要求高的中、高粘度(≤104mPa·
s)的清洁介质尤为适合
SK
适用于化工、石油、炼油、精细化工、塑料挤出、环保、矿冶等部门的中、高粘度(≤106mPa·
s)流体或液-固混合、反应、萃取吸收、塑料配色、挤出、传热等过程。
对小流量并伴有杂质的粘性介质尤为适用
五类静态混合器产品性能比较表
表1.0.2-2
内容
SV型
SX型
SL型
SH型
SK型
空管
分散、混合效果(注③)(强化倍数)
8.7~15.2
6.0~14.3
2.1~6.9
4.7~11.9
26~7.5
1
适用介质情况(粘度mPa·
s)
清洁流体≤102
可伴杂质的流体≤104
可伴杂质的流体≤106
—
压力降比较(△P倍数)
层流状态压力降(△P倍数)
18.6~23.5(注④)
11.6
1.85
8.14
完全湍流压力降(△P倍数)
2.43~4.47
11.1
2.07
8.66
注:
①五种类型的静态混合器是按行业标准《静态混合器》(JB/T7660一95)的规定来分类和选型。
②dh—单元水力直径,mm。
③比较条件是相同介质、长度(混合设备)、规格相同或相近,不考虑压力降的情况下,流速取0.15m/s~0.6m/s时与空管比较的强化倍数。
④18.6倍是指dh≥5时的ΔP,23.5倍是指dh<5时的ΔP。
2主要技术参数的确定
2.0.1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。
2.0.1.1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0.1~0.3m/s。
2.0.1.2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。
2.0.1.3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。
2.1.1.4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1.2~14m/s的完全湍流条件下工作。
2.0.1.5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:
(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。
2.0.2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。
2.0.2.1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)。
2.0.2.2过渡流条件下,推荐长度与管径之比L/D=10~15。
2.0.2.3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。
2.0.2.4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。
2.0.2.5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)。
2.0.2.6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。
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。
2.0.3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。
2.0.3.1SV型、SX型、SL型压力降计算公式:
(2.0.3-1)
(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:
(2.0.3-3)
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·
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
dhmm
2.3
3.5
5
7
15
20
Am2/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。
2.1.3.2SH型、SK型压力降计算公式
(2.0.3-4)
(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
层流区
范围
关系式
Reε≤23
f=139/Reε
Reε≤150
f=150/Reε
Reε≤13
f=235/Reε
Reε≤10
f=156/Reε
过渡流区
23<Reε≤150
f=
23.1Reε-0.428
43.7Reε-0.631
13<Reε≤70
74.7Reε-0.476
10<Reε≤100
57.7Reε-0.568
湍流区
150<Reε≤2400
14.1Reε-0.329
10.3Reε-0.351
Reε>150
f≈1.0
70<Reε≤2000
22.3Reε-0.194
100<Reε≤3000
10.8Reε-0.205
完全湍流区
Reε>2400
f≈1.09
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
ReD≤30
f=3500/ReD
ReD≤23
f=430/ReD
30<Reε≤320
f=646ReD-0.503
23<Reε≤300
f=87.2ReD-0.491
ReD>320
f=80.1ReD-0.141
300<ReD≤11000
f=17.0ReD-0.205
ReD>11000
f≈2.53
2.0.3.3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:
(2.0.3-6)
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;
dh——水力直径,mm。
3应用实例试算
3.0.1SV型用于液-液混合例题
某炼油厂油品混合:
原料油流量111.4m3/h,密度897.6kg/m3,100℃时粘度28.3mPa·
s(28.3×
10-3Pa·
s),输送压力1.86MPa(表),输送管径200mm,工作温度230℃,回炼油流量32.95m3/h,100℃时粘度5.35mPa·
s,输送压力1.86MPa(表)输送管径100mm,工作温度350℃。
两股油品要求混合均匀,静态混合器压力降≤0.05MPa,需初选静态混合器规格、型号、长度和计算压力降。
解:
(1)根据表1.0.2—1,两股油品粘度<102mPa·
s,选择SV型较合适。
(2)根据表6.0.1—1,当总体积流量144.35m3/h,选择静态混合器管径为250mm。
流体速度
(3)根据2.0.1和2.0.2,初选长度L/D=10
L=10×
250=2500mm,设计压力为2.5Mpa
查表6.0.1—1,dh取15mm(SV型混合效果已列于表1.0.2-2中,因此dh大小视压力降的大小进行调节)。
该静态混合器型号表示式为SVI5/250-2.5—2500。
(4)压力降计算
按式(2.0.3—2)查表6.0.1—1得ε=1.0
查表2.0.3—1和图2.0.3得Reε>150,f=1.O,ε=1.O
按式(2.0.3—1)
(5)结论:
按题意要求,油品混合均匀对工艺有利,SV型静态混合器混合效果比之其它类型为最高。
计算以连续相粘度100℃时为基准,由于工作温度分别为230℃和350℃,因此计算压力降值与实际产生压力降应为负偏差,满足工艺要求。
3.0.2SX型液-液混合例题
某化工生产装置需将胶液与防老剂混合。
已知胶液流量V1=34.68m3/h,密度750kg/m3,粘度350mPa·
s(350X10-3Pa·
s),工作温度80℃,输送压力1.6MPa(表),输送管道内径DN200,防老剂流量V2=0.327m3/h,密度780kg/m3,粘度0.91mPa·
s,工作温度40℃,输送压力1.8MPa(表),允许静态混合器压力降小于0.05MPa。
选择静态混合器规格、型号和长度并计算产生的压力降。
(1)分散相防老剂流量很小,静态混合器规格按DN200选择。
流速
(2)连续相粘度350mPa·
s,查表1.0.2-1选择SX型较为合适。
(3)根据2.0.1和2.0.2规定,初选长度L/D=10,L=2000mm,设计压力2.5MPa,该静态混合器型号表示式为:
SX-50/200-2.5-2000。
查表6.0.1-2得dh=50mm,ε=1.0。
按式(2.0.3-2)
查表2.0.3-1或图2.0.3得:
按式(2.0.3-1),ε≈1。
结论:
由于混合体积比相差较大,初选长度压力降尚低,为增加混合效果,建议采用L/D=12.5,ΔP<0.05MPa。
推荐选用。
SX-50/200-2.5-2500。
3.0.3SK型用于油品碱洗例题
某厂油品精制工艺,已知催焦汽油处理量80m3/h,加碱液量2m3/h,在工作温度为40℃时,油品粘度28.9mPa·
s(28.9×
10-3pa·
s)、密度710kgm3,酸度0.6mgKOH/100m1,系统压力1.6MPa。
要求选用静态混合器碱洗后,油品无酸度,无水溶性碱及油碱分离容易,无乳化现象。
(1)查2.0.1规定,萃取中和工艺操作流速适宜于0.3~0.8m/s之间。
总体积流量82m3/h,初选静态混合器管径200mm,流体速度(u)为:
(2)查表1.0.2-2和2.0.2规定,对既要混合均匀又要分离容易的过程,选择静态混合器的混合效果不能很高,选择SK型静态混合器较合适。
长度取L/D=10。
型号规格为:
SK-100/200-1.6-2000。
(3)压力降计算
按式(2.0.3一5)
查表2.0.3-2或图2.0.3得:
300<ReD<11000
按式(2.0.3-4)
(4)结论:
SK型混合器操作弹性较大,且能防止乳化,因此建议选用SK100/200-1.6-2000壹台。
3.0.4SH型用于混合例题
聚氯乙烯融料混合,处理量0.6m3/h操作状态下粘度1000mPa·
s,密度1380kg/m3,原系统管道内径30mm,系统压力降0.18MPa。
选择静态混合器,使融料混合均匀,静态混合器允许压力降小于0.3MPa。
(1)查表1.0.2-2及表6.0.1-4,较高粘度、小流量的混合选用SH型较合适,为与原工艺匹配,初选SH-7/30-2.5-500,L/D=16.6。
(2)压力降计算
按式(2.0.3-5)
查表2.0.3-2得:
300<ReD,f=3500/ReD
初选SH-7/30-2.5-500,符合工艺要求。
4应用注意事项
4.0.1安装形式
五大系统静态混合器安装于工艺管线时,应尽量靠近二股或多股流体初始分配处。
除特殊注明外,通常设备两端均可作进、出口。
由于本规定所述的五大系列产品使用于不同场合,因此安装形式也有一定的差异,见表4.0.1。
静态混合器安装形式
表4.0.1
安装形式
气-液相:
垂直安装(并流)
液-气相:
水平或垂直(自下而上)安装
气-气相:
水平或垂直(气相密度差小,方向不限)安装
液-液相:
水平或垂直(自下向上)安装
液-固相:
水平或垂直(自上而下)
两端法兰尺寸按产品公称直径放大一级来定,采用SL型安装形式
以可拆内件不固定的一端为进口端
4.0.2工程设计中的注意事项
4.0.2.1设计工况下连接管道因受温度、压力影响而产生应力,引起管道膨胀、收缩,应在系统管道本身解决。
计算时,可将静态混合器作为一段管道来考虑。
4.0.2.2静态混合器的进、出口阀门(包括放劲放空阀)可根据工艺要求确定。
4.0.2.3工程设计一般以单台或串联静态混合器来完成混合目的。
若以两台并联操作使用时,配管设计应确保流体分配均匀。
4.0.2.4当使用小规格SV型时,如果介质中含有杂物,应在混合器前设置两个并联切换操作的过滤器,滤网规格一般选用40~20目不锈钢滤网。
4.0.2.5静态混合器上尽量不安装流量、温度、压力等指示仪表和检测点,特殊情况在订货时出图指明。
4.0.2.6对于需要在混合器外壳设置换热夹套管时,应在订货时加以说明。
4.0.2.7静态混合器连接法兰,采用相应的化工行业标准。
特殊要求订货时注明。
4.0.2.8清洗:
拆卸后从出口进水冲洗,如遇胶聚物,采用溶剂浸泡或竖起来加热熔解。
5静态混合器初选数据表和汇总一览表
5.0.1静态混合器初选数据表
静态混合器初选数据表见表5.0.1。
5.0.2静态混合器汇总一览表
静态混合器汇总一览表采用行业标准《工艺系统专业提交文件内容的规定》(HG20558.2-93)中的“特殊管件汇总一览表”规定。
6五大系列静态混合器参数表
6.0.1五大系列静态混合器参数表
下列各表中所列参数仅指单位长度内件参数,不影响外形设计。
各表中所列处理量是指较低粘度流体混合的常规量,对于萃取反应等处理量参阅2.0.=规定由设计流速确定,对于气。
气混合,按工程设计流量确定。
7符号说明
A
——混合器每m3体积中的混合单元单面面积,m2/m3;
ΔA
——混合单元总单面面积,m2;
D
——管内径;
mm;
DN
——公称直径,mm;
d
——颗粒最大直径,mm;
dh
——水力直径,mm;
f
——摩擦系数;
G
——重力加速度,9.81m/s2;
L
——静态混合器长度,m;
ΔP
——单位长度静态混合器压力降,mPa,Pa;
Reε、ReD
——雷诺数;
u
——混合流体流速,m/3;
V
——流量、处理量,m3/h
V颗粒
——沉降速度,m/s
δ
——混合单元材料厚度,m;
ε
——空隙率,ε=1-Aδ;
μ
——工作条件下的液体动力粘度,mPa·
s,Pa·
s
ρ
——密度,kg/m3;
ρc
——工作条件下的连续相流体密度,kg/m3。
压力
——本规定除注明外,均为绝对压力。