静态混合器的设置.docx
《静态混合器的设置.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静态混合器的设置.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
静态混合器的设置
静态混合器的设置
HG/T20570.20—95
1应用范围和类型
1.0.1应用范围
静态混合器应用于液-液、液-气、液-固、气-气的混合、乳化、中和、吸收、萃取反应和强化传热等工艺过程，可以在很宽的流体粘度范围（约106mPa·s）以内，在不同的流型（层流、过渡流、湍流、完全湍流）状态下应用，既可间歇操作，也可连续操作，且容易直接放大。
以下分类简述。
1.0.1.1液-液混合：
从层流至湍流或粘度比大到1：
106mPa·s的流体都能达到良好混合，分散液滴最小直径可达到1～2μm，且大小分布均匀。
1.0.1.2液-气混合：
液-气两相组份可以造成相界面的连续更新和充分接触，从而可以代替鼓泡塔或部分筛板塔。
1.0.1.3液-固混合：
少量固体颗粒或粉未（固体占液体体积的5％左右）与液体在湍流条件下，强制固体颗粒或粉未充分分散，达到液体的萃取或脱色作用。
1.0.1.4气-气混合：
冷、热气体掺混，不同组份气体的混合。
1.0.1.5强化传热：
静态混合器的给热系数与空管相比，对于给热系数很小的热气体冷却或冷气体加热，气体的给热系数提高8倍；对于粘性流体加热提高5倍；对于大量不凝性气体存在下的冷凝提高到8.5倍；对于高分子熔融体可以减少管截面上熔融体的温度和粘度梯度。
1.0.2静态混合器类型和结构
1.0.2.1本规定以SV型、SX型、SL型、SH型和SK型（注①）五种类型的静态混合器系列产品为例编制。
1.0.2.2由于混合单元内件结构各有不同，应用场合和效果亦各有差异，选用时应根据不同应用场合和技术要求进行选择。
1.0.2.3五种类型静态混合器产品用途和性能比较见表1.0.2-1和表1.0.2-2，结构示意图见图1.0.2。
静态混合器由外壳、混合单元内件和连接法兰三部分组成。
五类静态混合器产品用途表
表1.0.2-1
型号
产品用途
SV
适用于粘度≤102mPa·s的液-液、液-气、气-气的混合、乳化、反应、吸收、萃取强化传热过程
dh（注）≤3.5，适用于清洁介质
dh≥5，应用介质可伴有少量非粘结性杂质
SX
适用于粘度≤104mPa·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
清洁流体≤102
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
1
—
完全湍流压力降（△P倍数）
2.43~4.47
11.1
2.07
8.66
1
—
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。
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。
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）
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
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
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
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）
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。
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。
解：
（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。
（4）压力降计算
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。
解：
（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。
解：
（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
按式（2.0.3-4）
结论：
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
型号
安装形式
SV
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
SX
液-液相：
水平或垂直（自下向上）安装
SL
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）
SH
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
SK
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。
升级会员 