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上?，槃?chuàng)機(jī)械科技有限公司
主營產(chǎn)品： 粉碎機(jī)，混合機(jī)，分散機(jī)，攪拌機(jī)，儲(chǔ)罐，過濾器，靜態(tài)混合器等 |
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上?，槃?chuàng)機(jī)械科技有限公司
主營產(chǎn)品： 粉碎機(jī)，混合機(jī)，分散機(jī)，攪拌機(jī)，儲(chǔ)罐，過濾器，靜態(tài)混合器等 |
2015-8-20 閱讀(2749)
1.0.1 應(yīng)用范圍
靜態(tài)混合器應(yīng)用于液-液、液-氣、液-固、氣-氣的混合、乳化、中和、吸收、萃取反應(yīng)和強(qiáng)化傳熱等工藝過程，可以在很寬的流體粘度范圍（約106mPa·s）以內(nèi)，在不同的流型（層流、過渡流、湍流、*湍流）狀態(tài)下應(yīng)用，既可間歇操作，也可連續(xù)操作，且容易直接放大。以下分類簡(jiǎn)述。
1.0.1.1 液-液混合：從層流至湍流或粘度比大到1：106mPa·s的流體都能達(dá)到良好混合，分散液滴zui小直徑可達(dá)到1～2μm，且大小分布均勻。
1.0.1.2 液-氣混合：液-氣兩相組份可以造成相界面的連續(xù)更新和充分接觸，從而可以代替鼓泡塔或部分篩板塔。
1.0.1.3 液-固混合：少量固體顆?；蚍畚矗ü腆w占液體體積的5％左右）與液體在湍流條件下，強(qiáng)制固體顆粒或粉未充分分散，達(dá)到液體的萃取或脫色作用。
1.0.1.4 氣-氣混合：冷、熱氣體摻混，不同組份氣體的混合。
1.0.1.5 強(qiáng)化傳熱：靜態(tài)混合器的給熱系數(shù)與空管相比，對(duì)于給熱系數(shù)很小的熱氣體冷卻或冷氣體加熱，氣體的給熱系數(shù)提高8倍；對(duì)于粘性流體加熱提高5倍；對(duì)于大量不凝性氣體存在下的冷凝提高到8.5倍；對(duì)于高分子熔融體可以減少管截面上熔融體的溫度和粘度梯度。
1.0.2.1 本規(guī)定以SV型、SX型、SL型、SH型和SK型（注①）五種類型的靜態(tài)混合器系列產(chǎn)品為例編制。
1.0.2.2 由于混合單元內(nèi)件結(jié)構(gòu)各有不同，應(yīng)用場(chǎng)合和效果亦各有差異，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合和技術(shù)要求進(jìn)行選擇。
1.0.2.3 五種類型靜態(tài)混合器產(chǎn)品用途和性能比較見表1.0.2-1和表1.0.2-2，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.0.2。靜態(tài)混合器由外殼、混合單元內(nèi)件和連接法蘭三部分組成。
五類靜態(tài)混合器產(chǎn)品用途表 | 表1.0.2-1 | |||||||||
型 號(hào) | 產(chǎn) 品 用 途 | |||||||||
SV | 適用于粘度≤102mPa·s的液-液、液-氣、氣-氣的混合、乳化、反應(yīng)、吸收、萃取強(qiáng)化傳熱過程 dh（注）≤3.5，適用于清潔介質(zhì) dh≥5，應(yīng)用介質(zhì)可伴有少量非粘結(jié)性雜質(zhì) | |||||||||
SX | 適用于粘度≤104mPa·s的中高粘液-液混合，反應(yīng)吸收過程或生產(chǎn)高聚物流體的混合，反應(yīng)過程，處理量較大時(shí)使用效果更佳 | |||||||||
SL | 適用于化工、石油、油脂等行業(yè)，粘度≤106mPa·s或伴有高聚物流體的混合，同時(shí)進(jìn)行傳熱、混合和傳熱反應(yīng)的熱交換器，加熱或冷卻粘性產(chǎn)品等單元操作 | |||||||||
SH | 適用于精細(xì)化工、塑料、合成纖維、礦冶等部門的混合、乳化、配色、注塑紡絲、傳熱等過程。對(duì)流量小、混合要求高的中、高粘度（≤104mPa·s）的清潔介質(zhì)尤為適合 | |||||||||
SK | 適用于化工、石油、煉油、精細(xì)化工、塑料擠出、環(huán)保、礦冶等部門的中、高粘度（≤106mPa·s）流體或液-固混合、反應(yīng)、萃取吸收、塑料配色、擠出、傳熱等過程。對(duì)小流量并伴有雜質(zhì)的粘性介質(zhì)尤為適用 | |||||||||
五類靜態(tài)混合器產(chǎn)品性能比較表 | 表1.0.2-2 | |||||||||
內(nèi) 容 | SV型 | SX型 | SL型 | SH型 | SK型 | 空管 | ||||
分散、混合效果（注③）（強(qiáng)化倍數(shù)） | 8.7~15.2 | 6.0~14.3 | 2.1~6.9 | 4.7~11.9 | 26~7.5 | 1 | ||||
適用介質(zhì)情況（粘度mPa·s） | 清潔流體≤102 | 可伴雜質(zhì)的流體≤104 | 可伴雜質(zhì)的流體≤106 | 清潔流體≤102 | 可伴雜質(zhì)的流體≤106 | — | ||||
壓力降比較 （△P倍數(shù)） | ||||||||||
層流狀態(tài)壓力降（△P倍數(shù)） | 18.6~23.5（注④） | 11.6 | 1.85 | 8.14 | 1 | — | ||||
*湍流壓力降（△P倍數(shù)） | 2.43~4.47 | 11.1 | 2.07 | 8.66 | 1 | — | ||||
注：
①五種類型的靜態(tài)混合器是按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《靜態(tài)混合器》（JB/T7660一95）的規(guī)定來分類和選型。
②dh—單元水力直徑，mm。
③比較條件是相同介質(zhì)、長度（混合設(shè)備）、規(guī)格相同或相近，不考慮壓力降的情況下，流速取0.15m/s～0.6m/s時(shí)與空管比較的強(qiáng)化倍數(shù)。
④18.6倍是指dh≥5時(shí)的ΔP，23.5倍是指dh＜5時(shí)的ΔP。
根據(jù)流體物性、混合要求來確定流體流型。流型受表觀的空管內(nèi)徑流速控制。
2.0.1.1 對(duì)于中、高粘度流體的混合、傳熱、慢化學(xué)反應(yīng)，適宜于層流條件操作，流體流速控制在0.1～0.3 m/s。
2.0.1.2 對(duì)于低、中粘度流體的混合、萃取、中和、傳熱、中速反應(yīng)，適宜于過渡流或湍流條件下工作，流體流速控制在0.3～0.8m/s。
2.0.1.3 對(duì)于低粘度難混合流體的混合、乳化、快速反應(yīng)、預(yù)反應(yīng)等過程，適宜于湍流條件下工作，流體流速控制在0.8～1.2m/s。
2.1.1.4 對(duì)于氣-氣、液-氣的混合、萃取吸收、強(qiáng)化傳熱過程，控制氣體流速在1.2～14 m/s的*湍流條件下工作。
2.0.1.5對(duì)于液-固混合、萃取，適宜于湍流條件下工作，設(shè)計(jì)選型時(shí)，原則上取液體流速大于固體zui大顆粒在液體中的沉降速度。固體顆粒在液體中的沉降速度用斯托克斯（Stokes）定律來計(jì)算：
(2.0.1)
式中
V顆粒——沉降速度，m/s；
d——顆粒zui大直徑，m；
ρ顆粒、ρ液體——操作工況條件下，顆粒、液體的密度，kg/m“；
μ——操作工況條件下的液體動(dòng)力粘度，mPa·s；
g——重力加速度，9.81m/s2。
靜態(tài)混合器長度的確定：一是由工藝本身的要求，二是通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來確定注①。
2.0.2.1 湍流條件下，混合效果與混合器長度無關(guān)，也就是在給定混合器長度后再增加長度，其混合效果不會(huì)有明顯的變化。推薦長度與管徑之比L/D＝7～10（SK型混合長度相當(dāng)于L/D＝10～15）。
2.0.2.2 過渡流條件下，推薦長度與管徑之比L/D＝10～15。
2.0.2.3 層流條件下，混合效果與混合器長度有關(guān)，一般推薦長度為L/D＝10～30。
2.0.2.4 對(duì)于既要混合均勻，又要盡快分層的萃取過程，在控制流型情況下，混合器長度取L/D＝7～10。
2.0.2.5 流體的連續(xù)相與分散相的體積百分比和粘度比關(guān)系，如果相差懸殊，混合效果與混合器長度有關(guān)，一般取上述推薦長度的上限（大值）。
2.0.2.6 對(duì)于乳化、傳質(zhì)、傳熱的過程，混合器長度應(yīng)根據(jù)工藝要求另行確定。
注：①以上所列混合效果與混合器長度的關(guān)系是指液-液、液-氣、液-固混合過程的數(shù)據(jù)，對(duì)于氣-氣混合過程，其混合比較容易，在*湍流情況下L/D＝2～5即可。
對(duì)于系統(tǒng)壓力較高的工藝過程，靜態(tài)混合器產(chǎn)生的壓力降相對(duì)比較小，對(duì)工藝壓力不會(huì)產(chǎn)生大的影響。但對(duì)系統(tǒng)壓力較低的工藝過程，設(shè)置靜態(tài)混合器后要進(jìn)行壓力降計(jì)算，以適應(yīng)工藝要求。
2.0.3.1 SV型、SX型、SL型壓力降計(jì)算公式：
（2.0.3-1）
(2.0.3-2)
水力直徑(dh)定義為混合單元空隙體積的4倍與潤濕表面積（混合單元和管壁面積）之比：
(2.0.3-3)
式中
ΔP——單位長度靜態(tài)混合器壓力降，Pa；
f——摩擦系數(shù)；
ρc——工作條件下連續(xù)相流體密度，kg/m3；
u——混合流體流速（以空管內(nèi)徑計(jì)），m/s；
ε——靜態(tài)混合器空隙率，ε=1—Aδ
dh——水力直徑，m；
Reε——雷諾數(shù)；
μ——工作條件下連續(xù)相粘度，Pa·s；
L——靜態(tài)混合器長度，m；
ΔA——混合單元總單面面積，m2；
A——SV型，每m2體積中的混合單元單面面積，m2/m3
dh mm | 2.3 | 3.5 | 5 | 7 | 15 | 20 |
A m2/m3 | 700 | 475 | 350 | 260 | 125 | 90 |
δ——混合單元材料厚度，m，一般δ= 0.0002m；
D——管內(nèi)徑，m。
摩擦系數(shù)（f）與雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系式見表2.0.3-1和圖2.0.3所示。
(2.0.3-4)
(2.0.3-5)
摩擦系數(shù)（f）雷諾數(shù)（ReD）的關(guān)系式見表2.0.3-2和圖2.0.3所示。關(guān)系式的壓力降計(jì)算值允許偏差±30％，適用于液-液、液-氣、液-固混合。
SV型、SX型、SL型靜態(tài)混合器f與Reε關(guān)系式 | 表2.0.3-1 | ||||||
混合器類型 | SV-2.5/D | SV-3.5/D | SV-5～15/D | SX型 | SL型 | ||
層流區(qū) | 范 圍 關(guān)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 | |
過渡流區(qū) | 范 圍 關(guān)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 | |
湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)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 | |
*湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)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型靜態(tài)混合器f與ReD關(guān)系式 | 表2.0.3-2 | |||
混合器類型 | SH型 | SK型 | ||
層流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | ReD≤30 f＝3500/ReD | ReD≤23 f＝430/ReD | |
過渡流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | 30＜Reε≤320 f＝646ReD-0.503 | 23＜Reε≤300 f＝87.2ReD-0.491 | |
湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | ReD＞320 f＝80.1ReD-0.141 | 300＜ReD≤11000 f＝17.0ReD-0.205 | |
*湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | — — | ReD＞11000 f≈2.53 | |
2.0.3.3 氣-氣混合壓力降計(jì)算公式
氣-氣混合一般均采用SV型靜態(tài)混合器，其壓力降與靜態(tài)混合器長度和流速成正比，與混合單元水力直徑成反比。對(duì)不同規(guī)格SV型靜態(tài)混合器測(cè)試，關(guān)聯(lián)成以下經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：
(2.0.3-6)
式中
ΔP——單位長度靜態(tài)混合器壓力降，Pa；
u——混合氣工作條件下流速，m/s;
ρc——工作條件下混合氣密度，kg/m3；
L——靜態(tài)混合器長度，m；
dh——水力直徑，mm。
3 應(yīng)用實(shí)例試算
某煉油廠油品混合：原料油流量111.4m3/h，密度897.6kg/m3，100℃時(shí)粘度28.3mPa·s（28.3×10-3Pa·s)，輸送壓力1.86MPa（表），輸送管徑200mm，工作溫度230℃，回?zé)捰土髁?/span>32.95m3/h，100℃時(shí)粘度5.35mPa·s，輸送壓力1.86MPa（表）輸送管徑100mm，工作溫度350℃。兩股油品要求混合均勻，靜態(tài)混合器壓力降≤0.05MPa，需初選靜態(tài)混合器規(guī)格、型號(hào)、長度和計(jì)算壓力降。
解： （1）根據(jù)表1.0.2—1，兩股油品粘度＜102mPa·s，選擇SV型較合適。
（2）根據(jù)表6.0.1—1，當(dāng)總體積流量144.35m3/h，選擇靜態(tài)混合器管徑為250mm。
流體速度
（3）根據(jù)2.0.1和2.0.2，初選長度L/D＝10
L＝10×250＝2500mm，設(shè)計(jì)壓力為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大小視壓力降的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)）。
該靜態(tài)混合器型號(hào)表示式為SVI5/250-2.5—2500。
（4）壓力降計(jì)算
按式（2.0.3—2）查表6.0.1—1得ε＝1.0
查表2.0.3—1和圖2.0.3得Reε＞150，f＝1.O，ε＝1.O
按式（2.0.3—1）
（5）結(jié)論：按題意要求，油品混合均勻?qū)に囉欣?/span>SV型靜態(tài)混合器混合效果比之其它類型為zui高。計(jì)算以連續(xù)相粘度100℃時(shí)為基準(zhǔn)，由于工作溫度分別為230℃和350℃，因此計(jì)算壓力降值與實(shí)際產(chǎn)生壓力降應(yīng)為負(fù)偏差，滿足工藝要求。
某化工生產(chǎn)裝置需將膠液與防老劑混合。已知膠液流量V1＝34.68m3/h，密度750kg/m3，粘度350mPa·s（350X10-3Pa·s)，工作溫度80℃，輸送壓力1.6MPa（表），輸送管道內(nèi)徑DN200，防老劑流量V2＝0.327m3/h,密度780kg/m3，粘度0.91mPa·s，工作溫度40℃，輸送壓力1.8MPa（表），允許靜態(tài)混合器壓力降小于0.05MPa。選擇靜態(tài)混合器規(guī)格、型號(hào)和長度并計(jì)算產(chǎn)生的壓力降。
解：（1）分散相防老劑流量很小，靜態(tài)混合器規(guī)格按DN200選擇。
流速
（2）連續(xù)相粘度350mPa·s，查表1.0.2-1選擇SX型較為合適。
（3）根據(jù)2.0.1和2.0.2規(guī)定，初選長度L/D＝10，L＝2000mm，設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，該靜態(tài)混合器型號(hào)表示式為：SX-50/200-2.5-2000。
（4）壓力降計(jì)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或圖2.0.3得:
按式(2.0.3-1), ε≈1。
結(jié)論：由于混合體積比相差較大，初選長度壓力降尚低，為增加混合效果，建議采用L/D=12.5，ΔP＜0.05MPa。推薦選用。
SX-50/200-2.5-2500。
某廠油品精制工藝，已知催焦汽油處理量80m3/h，加堿液量2m3/h，在工作溫度為40℃時(shí)，油品粘度28.9mPa·s（28.9×10-3pa·s）、密度710kgm3, 酸度0.6mgKOH/100m1，系統(tǒng)壓力1.6MPa。要求選用靜態(tài)混合器堿洗后，油品無酸度，無水溶性堿及油堿分離容易，無乳化現(xiàn)象。
解：（1）查2.0.1規(guī)定，萃取中和工藝操作流速適宜于0.3～0.8m/s之間?？傮w積流量82m3/h，初選靜態(tài)混合器管徑200mm，流體速度（u）為：
（2）查表1.0.2-2和2.0.2規(guī)定，對(duì)既要混合均勻又要分離容易的過程，選擇靜態(tài)混合器的混合效果不能很高，選擇SK型靜態(tài)混合器較合適。長度取L/D=10。
型號(hào)規(guī)格為：
SK-100/200-1.6-2000。
（3）壓力降計(jì)算
按式（2.0.3一5）
查表2.0.3-2或圖2.0.3得：300＜ReD＜11000
按式（2.0.3-4）
（4）結(jié)論：SK型混合器操作彈性較大，且能防止乳化，因此建議選用SK100/200-1.6-2000壹臺(tái)。
聚氯乙烯融料混合，處理量0.6m3/h操作狀態(tài)下粘度1000mPa·s，密度1380kg/m3，原系統(tǒng)管道內(nèi)徑30mm，系統(tǒng)壓力降0.18MPa。選擇靜態(tài)混合器，使融料混合均勻，靜態(tài)混合器允許壓力降小于0.3MPa。
解：（1）查表1.0.2-2及表6.0.1-4，較高粘度、小流量的混合選用SH型較合適，為與原工藝匹配，初選SH-7/30-2.5-500，L/D=16.6。
（2）壓力降計(jì)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）
結(jié)論：初選SH-7/30-2.5-500，符合工藝要求。
五大系統(tǒng)靜態(tài)混合器安裝于工藝管線時(shí)，應(yīng)盡量靠近二股或多股流體初始分配處。除特殊注明外，通常設(shè)備兩端均可作進(jìn)、出口。由于本規(guī)定所述的五大系列產(chǎn)品使用于不同場(chǎng)合，因此安裝形式也有一定的差異，見表4.0.1。
靜態(tài)混合器安裝形式 | 表4.0.1 | |
型 號(hào) | 安 裝 形 式 | |
SV | 氣-液相：垂直安裝（并流） 液-氣相：水平或垂直（自下而上）安裝 氣-氣相：水平或垂直（氣相密度差小，方向不限）安裝 | |
SX | 液-液相：水平或垂直（自下向上）安裝 | |
SL | 液-液相：水平或垂直（自下向上）安裝 液-固相：水平或垂直（自上而下） | |
SH | 兩端法蘭尺寸按產(chǎn)品公稱直徑放大一級(jí)來定，采用SL型安裝形式 | |
SK | 以可拆內(nèi)件不固定的一端為進(jìn)口端 | |
4.0.2.1 設(shè)計(jì)工況下連接管道因受溫度、壓力影響而產(chǎn)生應(yīng)力，引起管道膨脹、收縮，應(yīng)在系統(tǒng)管道本身解決。計(jì)算時(shí)，可將靜態(tài)混合器作為一段管道來考慮。
4.0.2.2 靜態(tài)混合器的進(jìn)、出口閥門（包括放勁放空閥）可根據(jù)工藝要求確定。
4.0.2.3 工程設(shè)計(jì)一般以單臺(tái)或串聯(lián)靜態(tài)混合器來完成混合目的。若以兩臺(tái)并聯(lián)操作使用時(shí)，配管設(shè)計(jì)應(yīng)確保流體分配均勻。
4.0.2.4 當(dāng)使用小規(guī)格SV型時(shí)，如果介質(zhì)中含有雜物，應(yīng)在混合器前設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)切換操作的過濾器，濾網(wǎng)規(guī)格一般選用40～20目不銹鋼濾網(wǎng)。
4.0.2.5 靜態(tài)混合器上盡量不安裝流量、溫度、壓力等指示儀表和檢測(cè)點(diǎn)，特殊情況在訂貨時(shí)出圖指明。
4.0.2.6 對(duì)于需要在混合器外殼設(shè)置換熱夾套管時(shí)，應(yīng)在訂貨時(shí)加以說明。
4.0.2.7 靜態(tài)混合器連接法蘭，采用相應(yīng)的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。特殊要求訂貨時(shí)注明。
4.0.2.8 清洗：拆卸后從出口進(jìn)水沖洗，如遇膠聚物，采用溶劑浸泡或豎起來加熱熔解。
靜態(tài)混合器初選數(shù)據(jù)表見表5.0.1。
靜態(tài)混合器匯總一覽表采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《工藝系統(tǒng)專業(yè)提交文件內(nèi)容的規(guī)定》（HG20558.2-93）中的“特殊管件匯總一覽表"規(guī)定。
下列各表中所列參數(shù)僅指單位長度內(nèi)件參數(shù)，不影響外形設(shè)計(jì)。各表中所列處理量是指較低粘度流體混合的常規(guī)量，對(duì)于萃取反應(yīng)等處理量參閱2.0.＝規(guī)定由設(shè)計(jì)流速確定，對(duì)于氣。氣混合，按工程設(shè)計(jì)流量確定。
A | ——混合器每m3體積中的混合單元單面面積，m2/m3； |
ΔA | ——混合單元總單面面積，m2； |
D | ——管內(nèi)徑；mm； |
DN | ——公稱直徑，mm； |
d | ——顆粒zui大直徑，mm； |
dh | ——水力直徑，mm； |
f | ——摩擦系數(shù)； |
G | ——重力加速度，9.81m/s2； |
L | ——靜態(tài)混合器長度，m； |
ΔP | ——單位長度靜態(tài)混合器壓力降，mPa，Pa； |
Reε、ReD | ——雷諾數(shù)； |
u | ——混合流體流速，m/3； |
V | ——流量、處理量，m3/h |
V顆粒 | ——沉降速度，m/s |
δ | ——混合單元材料厚度，m； |
ε | ——空隙率，ε＝1-Aδ； |
μ | ——工作條件下的液體動(dòng)力粘度，mPa·s，Pa·s |
ρ | ——密度，kg/m3； |
ρc | ——工作條件下的連續(xù)相流體密度，kg/m3。 |
壓力 | ——本規(guī)定除注明外，均為壓力。 |
1.0.1 應(yīng)用范圍
靜態(tài)混合器應(yīng)用于液-液、液-氣、液-固、氣-氣的混合、乳化、中和、吸收、萃取反應(yīng)和強(qiáng)化傳熱等工藝過程，可以在很寬的流體粘度范圍（約106mPa·s）以內(nèi)，在不同的流型（層流、過渡流、湍流、*湍流）狀態(tài)下應(yīng)用，既可間歇操作，也可連續(xù)操作，且容易直接放大。以下分類簡(jiǎn)述。
1.0.1.1 液-液混合：從層流至湍流或粘度比大到1：106mPa·s的流體都能達(dá)到良好混合，分散液滴zui小直徑可達(dá)到1～2μm，且大小分布均勻。
1.0.1.2 液-氣混合：液-氣兩相組份可以造成相界面的連續(xù)更新和充分接觸，從而可以代替鼓泡塔或部分篩板塔。
1.0.1.3 液-固混合：少量固體顆?；蚍畚矗ü腆w占液體體積的5％左右）與液體在湍流條件下，強(qiáng)制固體顆粒或粉未充分分散，達(dá)到液體的萃取或脫色作用。
1.0.1.4 氣-氣混合：冷、熱氣體摻混，不同組份氣體的混合。
1.0.1.5 強(qiáng)化傳熱：靜態(tài)混合器的給熱系數(shù)與空管相比，對(duì)于給熱系數(shù)很小的熱氣體冷卻或冷氣體加熱，氣體的給熱系數(shù)提高8倍；對(duì)于粘性流體加熱提高5倍；對(duì)于大量不凝性氣體存在下的冷凝提高到8.5倍；對(duì)于高分子熔融體可以減少管截面上熔融體的溫度和粘度梯度。
1.0.2.1 本規(guī)定以SV型、SX型、SL型、SH型和SK型（注①）五種類型的靜態(tài)混合器系列產(chǎn)品為例編制。
1.0.2.2 由于混合單元內(nèi)件結(jié)構(gòu)各有不同，應(yīng)用場(chǎng)合和效果亦各有差異，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合和技術(shù)要求進(jìn)行選擇。
1.0.2.3 五種類型靜態(tài)混合器產(chǎn)品用途和性能比較見表1.0.2-1和表1.0.2-2，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.0.2。靜態(tài)混合器由外殼、混合單元內(nèi)件和連接法蘭三部分組成。
五類靜態(tài)混合器產(chǎn)品用途表 | 表1.0.2-1 | |||||||||
型 號(hào) | 產(chǎn) 品 用 途 | |||||||||
SV | 適用于粘度≤102mPa·s的液-液、液-氣、氣-氣的混合、乳化、反應(yīng)、吸收、萃取強(qiáng)化傳熱過程 dh（注）≤3.5，適用于清潔介質(zhì) dh≥5，應(yīng)用介質(zhì)可伴有少量非粘結(jié)性雜質(zhì) | |||||||||
SX | 適用于粘度≤104mPa·s的中高粘液-液混合，反應(yīng)吸收過程或生產(chǎn)高聚物流體的混合，反應(yīng)過程，處理量較大時(shí)使用效果更佳 | |||||||||
SL | 適用于化工、石油、油脂等行業(yè)，粘度≤106mPa·s或伴有高聚物流體的混合，同時(shí)進(jìn)行傳熱、混合和傳熱反應(yīng)的熱交換器，加熱或冷卻粘性產(chǎn)品等單元操作 | |||||||||
SH | 適用于精細(xì)化工、塑料、合成纖維、礦冶等部門的混合、乳化、配色、注塑紡絲、傳熱等過程。對(duì)流量小、混合要求高的中、高粘度（≤104mPa·s）的清潔介質(zhì)尤為適合 | |||||||||
SK | 適用于化工、石油、煉油、精細(xì)化工、塑料擠出、環(huán)保、礦冶等部門的中、高粘度（≤106mPa·s）流體或液-固混合、反應(yīng)、萃取吸收、塑料配色、擠出、傳熱等過程。對(duì)小流量并伴有雜質(zhì)的粘性介質(zhì)尤為適用 | |||||||||
五類靜態(tài)混合器產(chǎn)品性能比較表 | 表1.0.2-2 | |||||||||
內(nèi) 容 | SV型 | SX型 | SL型 | SH型 | SK型 | 空管 | ||||
分散、混合效果（注③）（強(qiáng)化倍數(shù)） | 8.7~15.2 | 6.0~14.3 | 2.1~6.9 | 4.7~11.9 | 26~7.5 | 1 | ||||
適用介質(zhì)情況（粘度mPa·s） | 清潔流體≤102 | 可伴雜質(zhì)的流體≤104 | 可伴雜質(zhì)的流體≤106 | 清潔流體≤102 | 可伴雜質(zhì)的流體≤106 | — | ||||
壓力降比較 （△P倍數(shù)） | ||||||||||
層流狀態(tài)壓力降（△P倍數(shù)） | 18.6~23.5（注④） | 11.6 | 1.85 | 8.14 | 1 | — | ||||
*湍流壓力降（△P倍數(shù)） | 2.43~4.47 | 11.1 | 2.07 | 8.66 | 1 | — | ||||
注：
①五種類型的靜態(tài)混合器是按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《靜態(tài)混合器》（JB/T7660一95）的規(guī)定來分類和選型。
②dh—單元水力直徑，mm。
③比較條件是相同介質(zhì)、長度（混合設(shè)備）、規(guī)格相同或相近，不考慮壓力降的情況下，流速取0.15m/s～0.6m/s時(shí)與空管比較的強(qiáng)化倍數(shù)。
④18.6倍是指dh≥5時(shí)的ΔP，23.5倍是指dh＜5時(shí)的ΔP。
根據(jù)流體物性、混合要求來確定流體流型。流型受表觀的空管內(nèi)徑流速控制。
2.0.1.1 對(duì)于中、高粘度流體的混合、傳熱、慢化學(xué)反應(yīng)，適宜于層流條件操作，流體流速控制在0.1～0.3 m/s。
2.0.1.2 對(duì)于低、中粘度流體的混合、萃取、中和、傳熱、中速反應(yīng)，適宜于過渡流或湍流條件下工作，流體流速控制在0.3～0.8m/s。
2.0.1.3 對(duì)于低粘度難混合流體的混合、乳化、快速反應(yīng)、預(yù)反應(yīng)等過程，適宜于湍流條件下工作，流體流速控制在0.8～1.2m/s。
2.1.1.4 對(duì)于氣-氣、液-氣的混合、萃取吸收、強(qiáng)化傳熱過程，控制氣體流速在1.2～14 m/s的*湍流條件下工作。
2.0.1.5對(duì)于液-固混合、萃取，適宜于湍流條件下工作，設(shè)計(jì)選型時(shí)，原則上取液體流速大于固體zui大顆粒在液體中的沉降速度。固體顆粒在液體中的沉降速度用斯托克斯（Stokes）定律來計(jì)算：
(2.0.1)
式中
V顆粒——沉降速度，m/s；
d——顆粒zui大直徑，m；
ρ顆粒、ρ液體——操作工況條件下，顆粒、液體的密度，kg/m“；
μ——操作工況條件下的液體動(dòng)力粘度，mPa·s；
g——重力加速度，9.81m/s2。
靜態(tài)混合器長度的確定：一是由工藝本身的要求，二是通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來確定注①。
2.0.2.1 湍流條件下，混合效果與混合器長度無關(guān)，也就是在給定混合器長度后再增加長度，其混合效果不會(huì)有明顯的變化。推薦長度與管徑之比L/D＝7～10（SK型混合長度相當(dāng)于L/D＝10～15）。
2.0.2.2 過渡流條件下，推薦長度與管徑之比L/D＝10～15。
2.0.2.3 層流條件下，混合效果與混合器長度有關(guān)，一般推薦長度為L/D＝10～30。
2.0.2.4 對(duì)于既要混合均勻，又要盡快分層的萃取過程，在控制流型情況下，混合器長度取L/D＝7～10。
2.0.2.5 流體的連續(xù)相與分散相的體積百分比和粘度比關(guān)系，如果相差懸殊，混合效果與混合器長度有關(guān)，一般取上述推薦長度的上限（大值）。
2.0.2.6 對(duì)于乳化、傳質(zhì)、傳熱的過程，混合器長度應(yīng)根據(jù)工藝要求另行確定。
注：①以上所列混合效果與混合器長度的關(guān)系是指液-液、液-氣、液-固混合過程的數(shù)據(jù)，對(duì)于氣-氣混合過程，其混合比較容易，在*湍流情況下L/D＝2～5即可。
對(duì)于系統(tǒng)壓力較高的工藝過程，靜態(tài)混合器產(chǎn)生的壓力降相對(duì)比較小，對(duì)工藝壓力不會(huì)產(chǎn)生大的影響。但對(duì)系統(tǒng)壓力較低的工藝過程，設(shè)置靜態(tài)混合器后要進(jìn)行壓力降計(jì)算，以適應(yīng)工藝要求。
2.0.3.1 SV型、SX型、SL型壓力降計(jì)算公式：
（2.0.3-1）
(2.0.3-2)
水力直徑(dh)定義為混合單元空隙體積的4倍與潤濕表面積（混合單元和管壁面積）之比：
(2.0.3-3)
式中
ΔP——單位長度靜態(tài)混合器壓力降，Pa；
f——摩擦系數(shù)；
ρc——工作條件下連續(xù)相流體密度，kg/m3；
u——混合流體流速（以空管內(nèi)徑計(jì)），m/s；
ε——靜態(tài)混合器空隙率，ε=1—Aδ
dh——水力直徑，m；
Reε——雷諾數(shù)；
μ——工作條件下連續(xù)相粘度，Pa·s；
L——靜態(tài)混合器長度，m；
ΔA——混合單元總單面面積，m2；
A——SV型，每m2體積中的混合單元單面面積，m2/m3
dh mm | 2.3 | 3.5 | 5 | 7 | 15 | 20 |
A m2/m3 | 700 | 475 | 350 | 260 | 125 | 90 |
δ——混合單元材料厚度，m，一般δ= 0.0002m；
D——管內(nèi)徑，m。
摩擦系數(shù)（f）與雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系式見表2.0.3-1和圖2.0.3所示。
(2.0.3-4)
(2.0.3-5)
摩擦系數(shù)（f）雷諾數(shù)（ReD）的關(guān)系式見表2.0.3-2和圖2.0.3所示。關(guān)系式的壓力降計(jì)算值允許偏差±30％，適用于液-液、液-氣、液-固混合。
SV型、SX型、SL型靜態(tài)混合器f與Reε關(guān)系式 | 表2.0.3-1 | ||||||
混合器類型 | SV-2.5/D | SV-3.5/D | SV-5～15/D | SX型 | SL型 | ||
層流區(qū) | 范 圍 關(guān)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 | |
過渡流區(qū) | 范 圍 關(guān)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 | |
湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)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 | |
*湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)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型靜態(tài)混合器f與ReD關(guān)系式 | 表2.0.3-2 | |||
混合器類型 | SH型 | SK型 | ||
層流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | ReD≤30 f＝3500/ReD | ReD≤23 f＝430/ReD | |
過渡流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | 30＜Reε≤320 f＝646ReD-0.503 | 23＜Reε≤300 f＝87.2ReD-0.491 | |
湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | ReD＞320 f＝80.1ReD-0.141 | 300＜ReD≤11000 f＝17.0ReD-0.205 | |
*湍流區(qū) | 范 圍 關(guān)系式 | — — | ReD＞11000 f≈2.53 | |
2.0.3.3 氣-氣混合壓力降計(jì)算公式
氣-氣混合一般均采用SV型靜態(tài)混合器，其壓力降與靜態(tài)混合器長度和流速成正比，與混合單元水力直徑成反比。對(duì)不同規(guī)格SV型靜態(tài)混合器測(cè)試，關(guān)聯(lián)成以下經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：
(2.0.3-6)
式中
ΔP——單位長度靜態(tài)混合器壓力降，Pa；
u——混合氣工作條件下流速，m/s;
ρc——工作條件下混合氣密度，kg/m3；
L——靜態(tài)混合器長度，m；
dh——水力直徑，mm。
3 應(yīng)用實(shí)例試算
某煉油廠油品混合：原料油流量111.4m3/h，密度897.6kg/m3，100℃時(shí)粘度28.3mPa·s（28.3×10-3Pa·s)，輸送壓力1.86MPa（表），輸送管徑200mm，工作溫度230℃，回?zé)捰土髁?/span>32.95m3/h，100℃時(shí)粘度5.35mPa·s，輸送壓力1.86MPa（表）輸送管徑100mm，工作溫度350℃。兩股油品要求混合均勻，靜態(tài)混合器壓力降≤0.05MPa，需初選靜態(tài)混合器規(guī)格、型號(hào)、長度和計(jì)算壓力降。
解： （1）根據(jù)表1.0.2—1，兩股油品粘度＜102mPa·s，選擇SV型較合適。
（2）根據(jù)表6.0.1—1，當(dāng)總體積流量144.35m3/h，選擇靜態(tài)混合器管徑為250mm。
流體速度
（3）根據(jù)2.0.1和2.0.2，初選長度L/D＝10
L＝10×250＝2500mm，設(shè)計(jì)壓力為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大小視壓力降的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)）。
該靜態(tài)混合器型號(hào)表示式為SVI5/250-2.5—2500。
（4）壓力降計(jì)算
按式（2.0.3—2）查表6.0.1—1得ε＝1.0
查表2.0.3—1和圖2.0.3得Reε＞150，f＝1.O，ε＝1.O
按式（2.0.3—1）
（5）結(jié)論：按題意要求，油品混合均勻?qū)に囉欣?/span>SV型靜態(tài)混合器混合效果比之其它類型為zui高。計(jì)算以連續(xù)相粘度100℃時(shí)為基準(zhǔn)，由于工作溫度分別為230℃和350℃，因此計(jì)算壓力降值與實(shí)際產(chǎn)生壓力降應(yīng)為負(fù)偏差，滿足工藝要求。
某化工生產(chǎn)裝置需將膠液與防老劑混合。已知膠液流量V1＝34.68m3/h，密度750kg/m3，粘度350mPa·s（350X10-3Pa·s)，工作溫度80℃，輸送壓力1.6MPa（表），輸送管道內(nèi)徑DN200，防老劑流量V2＝0.327m3/h,密度780kg/m3，粘度0.91mPa·s，工作溫度40℃，輸送壓力1.8MPa（表），允許靜態(tài)混合器壓力降小于0.05MPa。選擇靜態(tài)混合器規(guī)格、型號(hào)和長度并計(jì)算產(chǎn)生的壓力降。
解：（1）分散相防老劑流量很小，靜態(tài)混合器規(guī)格按DN200選擇。
流速
（2）連續(xù)相粘度350mPa·s，查表1.0.2-1選擇SX型較為合適。
（3）根據(jù)2.0.1和2.0.2規(guī)定，初選長度L/D＝10，L＝2000mm，設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，該靜態(tài)混合器型號(hào)表示式為：SX-50/200-2.5-2000。
（4）壓力降計(jì)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或圖2.0.3得:
按式(2.0.3-1), ε≈1。
結(jié)論：由于混合體積比相差較大，初選長度壓力降尚低，為增加混合效果，建議采用L/D=12.5，ΔP＜0.05MPa。推薦選用。
SX-50/200-2.5-2500。
某廠油品精制工藝，已知催焦汽油處理量80m3/h，加堿液量2m3/h，在工作溫度為40℃時(shí)，油品粘度28.9mPa·s（28.9×10-3pa·s）、密度710kgm3, 酸度0.6mgKOH/100m1，系統(tǒng)壓力1.6MPa。要求選用靜態(tài)混合器堿洗后，油品無酸度，無水溶性堿及油堿分離容易，無乳化現(xiàn)象。
解：（1）查2.0.1規(guī)定，萃取中和工藝操作流速適宜于0.3～0.8m/s之間。總體積流量82m3/h，初選靜態(tài)混合器管徑200mm，流體速度（u）為：
（2）查表1.0.2-2和2.0.2規(guī)定，對(duì)既要混合均勻又要分離容易的過程，選擇靜態(tài)混合器的混合效果不能很高，選擇SK型靜態(tài)混合器較合適。長度取L/D=10。
型號(hào)規(guī)格為：
SK-100/200-1.6-2000。
（3）壓力降計(jì)算
按式（2.0.3一5）
查表2.0.3-2或圖2.0.3得：300＜ReD＜11000
按式（2.0.3-4）
（4）結(jié)論：SK型混合器操作彈性較大，且能防止乳化，因此建議選用SK100/200-1.6-2000壹臺(tái)。
聚氯乙烯融料混合，處理量0.6m3/h操作狀態(tài)下粘度1000mPa·s，密度1380kg/m3，原系統(tǒng)管道內(nèi)徑30mm，系統(tǒng)壓力降0.18MPa。選擇靜態(tài)混合器，使融料混合均勻，靜態(tài)混合器允許壓力降小于0.3MPa。
解：（1）查表1.0.2-2及表6.0.1-4，較高粘度、小流量的混合選用SH型較合適，為與原工藝匹配，初選SH-7/30-2.5-500，L/D=16.6。
（2）壓力降計(jì)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）
結(jié)論：初選SH-7/30-2.5-500，符合工藝要求。
五大系統(tǒng)靜態(tài)混合器安裝于工藝管線時(shí)，應(yīng)盡量靠近二股或多股流體初始分配處。除特殊注明外，通常設(shè)備兩端均可作進(jìn)、出口。由于本規(guī)定所述的五大系列產(chǎn)品使用于不同場(chǎng)合，因此安裝形式也有一定的差異，見表4.0.1。
靜態(tài)混合器安裝形式 | 表4.0.1 | |
型 號(hào) | 安 裝 形 式 | |
SV | 氣-液相：垂直安裝（并流） 液-氣相：水平或垂直（自下而上）安裝 氣-氣相：水平或垂直（氣相密度差小，方向不限）安裝 | |
SX | 液-液相：水平或垂直（自下向上）安裝 | |
SL | 液-液相：水平或垂直（自下向上）安裝 液-固相：水平或垂直（自上而下） | |
SH | 兩端法蘭尺寸按產(chǎn)品公稱直徑放大一級(jí)來定，采用SL型安裝形式 | |
SK | 以可拆內(nèi)件不固定的一端為進(jìn)口端 | |
4.0.2.1 設(shè)計(jì)工況下連接管道因受溫度、壓力影響而產(chǎn)生應(yīng)力，引起管道膨脹、收縮，應(yīng)在系統(tǒng)管道本身解決。計(jì)算時(shí)，可將靜態(tài)混合器作為一段管道來考慮。
4.0.2.2 靜態(tài)混合器的進(jìn)、出口閥門（包括放勁放空閥）可根據(jù)工藝要求確定。
4.0.2.3 工程設(shè)計(jì)一般以單臺(tái)或串聯(lián)靜態(tài)混合器來完成混合目的。若以兩臺(tái)并聯(lián)操作使用時(shí)，配管設(shè)計(jì)應(yīng)確保流體分配均勻。
4.0.2.4 當(dāng)使用小規(guī)格SV型時(shí)，如果介質(zhì)中含有雜物，應(yīng)在混合器前設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)切換操作的過濾器，濾網(wǎng)規(guī)格一般選用40～20目不銹鋼濾網(wǎng)。
4.0.2.5 靜態(tài)混合器上盡量不安裝流量、溫度、壓力等指示儀表和檢測(cè)點(diǎn)，特殊情況在訂貨時(shí)出圖指明。
4.0.2.6 對(duì)于需要在混合器外殼設(shè)置換熱夾套管時(shí)，應(yīng)在訂貨時(shí)加以說明。
4.0.2.7 靜態(tài)混合器連接法蘭，采用相應(yīng)的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。特殊要求訂貨時(shí)注明。
4.0.2.8 清洗：拆卸后從出口進(jìn)水沖洗，如遇膠聚物，采用溶劑浸泡或豎起來加熱熔解。
靜態(tài)混合器初選數(shù)據(jù)表見表5.0.1。
靜態(tài)混合器匯總一覽表采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《工藝系統(tǒng)專業(yè)提交文件內(nèi)容的規(guī)定》（HG20558.2-93）中的“特殊管件匯總一覽表"規(guī)定。
下列各表中所列參數(shù)僅指單位長度內(nèi)件參數(shù)，不影響外形設(shè)計(jì)。各表中所列處理量是指較低粘度流體混合的常規(guī)量，對(duì)于萃取反應(yīng)等處理量參閱2.0.＝規(guī)定由設(shè)計(jì)流速確定，對(duì)于氣。氣混合，按工程設(shè)計(jì)流量確定。
A | ——混合器每m3體積中的混合單元單面面積，m2/m3； |
ΔA | ——混合單元總單面面積，m2； |
D | ——管內(nèi)徑；mm； |
DN | ——公稱直徑，mm； |
d | ——顆粒zui大直徑，mm； |
dh | ——水力直徑，mm； |
f | ——摩擦系數(shù)； |
G | ——重力加速度，9.81m/s2； |
L | ——靜態(tài)混合器長度，m； |
ΔP | ——單位長度靜態(tài)混合器壓力降，mPa，Pa； |
Reε、ReD | ——雷諾數(shù)； |
u | ——混合流體流速，m/3； |
V | ——流量、處理量，m3/h |
V顆粒 | ——沉降速度，m/s |
δ | ——混合單元材料厚度，m； |
ε | ——空隙率，ε＝1-Aδ； |
μ | ——工作條件下的液體動(dòng)力粘度，mPa·s，Pa·s |
ρ | ——密度，kg/m3； |
ρc | ——工作條件下的連續(xù)相流體密度，kg/m3。 |
壓力 | ——本規(guī)定除注明外，均為壓力。 |
