蛇管冷卻機械攪拌裝置設(shè)計文獻

1、化工原理課程設(shè)計蛇管冷卻機械攪拌裝置設(shè)計說明書攪拌裝置設(shè)計任務書(蛇管冷卻機械攪拌裝置設(shè)計)(一 )設(shè)計題目均相液體機械攪拌蛇管冷卻反應器設(shè)計。(二 )設(shè)計任務及操作條件(1)處理能力175200m3/a均相液體。K注：X代表學號最后兩位數(shù)R(2)設(shè)備型式機械攪拌蛇管冷卻裝置。(3)操作條件均相液溫度保持60。平均停留時間20min。需要移走熱量135kW。采用蛇管冷卻，冷卻水進口溫度 18C,冷卻水出口溫度28Co60c下均相液物性參數(shù)：比熱容 Cp=912J/(kg C),導熱系數(shù)入=0.591 W/(m ),平均密度 p= 987kg/m3,粘度=3.5X10-2Pa s。忽略污垢及間壁

2、熱阻。每年按300 天，每天24 小時連續(xù)攪拌。(三 )廠址：山東德州。(四 )設(shè)計項目(1)設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及設(shè)備進行簡要論述。(2)攪拌器工藝設(shè)計計算：確定攪拌功率及蛇管傳熱面積。(3)攪拌器、攪拌器附件、攪拌槽、蛇管等主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計計算(4)主要輔助設(shè)備選型：冷卻水泵、攪拌電機等。(5)繪制攪拌器工藝流程圖及設(shè)備設(shè)計條件圖。(6)對本設(shè)計評述。目錄設(shè)計方案簡介 .4工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計 4一、確定設(shè)計方案 41、選擇蒸發(fā)器的類型 42、流程安排 43、冷卻水泵、攪拌電機的選型 4二、確定性數(shù)據(jù) .5三、設(shè)備各項數(shù)據(jù)計算 .51、攪拌槽的計算 52、攪拌器的選型 63、攪

3、拌器的功率計算 74、電動機的選型 85、蛇管規(guī)格的選擇 .86、蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算 97、總傳熱系數(shù)與傳熱系數(shù)的計算 118、泵的選型 12四、計算結(jié)果列表 .15設(shè)計評論 .15主要符號說明 .16參考資料 .17帶控制點的工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計條件圖(見附圖)設(shè)計方案簡介蛇管冷卻攪拌是運用攪拌器將攪拌槽中的反應物料攪拌均勻，同時可以將物料的熱量均勻分布，并運用蛇管作為冷卻裝置， 使攪拌槽中的物料液保持在一定的溫度下，保持一個良好的反應環(huán)境。此次設(shè)計中選用的攪拌器為渦輪平葉攪拌器，其特點是在物料黏度不大的物料中攪拌所消耗的功率較小，可以減小能量的損耗：而選用蛇管傳熱是因為蛇管沉浸

4、在物料中，熱量損失小，傳熱效果好。排列密集的蛇管起到導流筒和擋板的作用。冷凝劑選用冷卻水，是由于其傳熱效率好而且易于得到，傳熱后冷卻水可直接排放而不會對環(huán)境造成污染，總體操作也較為簡便。工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計 一、確定設(shè)計方案1、 、 攪拌器的選擇由于此攪拌槽中所攪拌的溶液為低粘度均相流體，攪拌時， 由于其循環(huán)容易，消耗功率小，因此采用渦輪平葉攪拌器。2、 選擇冷凝類型在工業(yè)生產(chǎn)過程中，當需要的傳熱面積較大，而夾套傳熱在允許的反應時間內(nèi)尚不能滿足要求時，或是殼體內(nèi)襯有橡膠、耐火磚等隔熱材料而不能采用夾套傳熱時，可采用蛇管傳熱。蛇管沉浸在物料中，熱量損失小，傳熱效果好。排列密集的蛇管起到導流筒和

5、擋板的作用。蛇管中對流傳熱系數(shù)較直管大，但蛇管過長時，管內(nèi)流體阻力較大，能量消耗多，因此，蛇管不宜過長。3、 流程安排因進料口、冷卻水入口和出料口、冷卻水出口都存在有較大的壓力差，因此要將物料和冷卻水輸入攪拌器中，則需使用離心泵提供傳動力。4、 冷凝攪拌的輔助設(shè)備此過程所應用的冷卻劑為冷卻水，因此在選用離心泵時，選用冷水泵.由于物料為低粘度均相流體，攪拌所需的功率較小，因此可選用功率較小的電機提供攪拌的動力。工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計二、確定性數(shù)據(jù)60下均相液物性參數(shù)：比熱容：Cp=912J/ (kg C)導熱系數(shù)：入=0.591 W(m )平均密度：p= 987kg/m3粘度 =3.5X10-2

6、Pa s0冷卻水定性溫度選進出口的平均溫度28+18)/2=23 查物性手冊【化工原理第三版】在23下水的物性參數(shù)如下：比熱容：Cp=4.180X 10 3KJ/(kg C)導熱系數(shù)：入=(605 W/(m )平均密度：p= 998kg/m3粘度 =0.9433X 10 -3Pa s。1. 攪拌罐的設(shè)計罐體的尺寸包括內(nèi)徑Di、高度H、容積V及壁厚8 n罐體的長徑比大小對攪拌功率產(chǎn)生影響。由于攪拌器槳葉直徑與攪拌罐內(nèi)徑通常有一定比例范圍，如果長徑比減小，即高度減小而直徑增大，攪拌槳葉直徑也增大，在固定的攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌器功率與槳葉直徑的5 次方成正比，故罐體長徑比減小時，攪拌器功率增加。因此，

7、為減小攪拌器功率，長徑比可取大一些。罐體的長徑比還對夾套傳熱產(chǎn)生影響。當容積一定時，長徑比越大，則罐體盛料部分表面積越大，傳熱表面距罐體中心越近，無聊溫度梯度越小越有利于提高傳熱效果。因此從傳熱角度考慮長徑比可取大一些。此外， 某些物料的攪拌反應過程對罐體長徑比有特殊要求。例如發(fā)酵罐，為了使通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵液有充分的接觸時間，需要有足夠的液位高度，一般希望長徑比取得大一些。根據(jù)實際經(jīng)驗，幾種攪拌反應器罐體的長徑比如下表種類設(shè)備內(nèi)物料類型H/Di一般攪拌器液-固相或液-液相物料11.3氣-液相物料12發(fā)酵罐類1.72.5罐體的裝料量罐體全容積V與操作時物料容積V0的關(guān)系為V0 V應取低值，如

8、果式中刀為裝料系數(shù)，通常取=0.60.85。如果物料易氣泡或呈沸騰狀態(tài),反應平穩(wěn)，則取高值。V。150000 400 63 ”3V20 8.11m 取 0.75 則 V 30024 60織 10.82m30.75罐體直徑和高度在確定了罐體的%i之后，先忽略罐底封頭容積，則可以認為V Di2H44Di3HDiDi 34V0算出Di圓整成標準直徑，并按下式得罐體的高度取H/D為1.3則Di4V03 (HDi),48.1132195.2mm1.3 0.75圓整后的Di2200mmH -4D'式中:為封頭容積。計算出H圓整,然后校核H、大致符合要求即可。選用標準封頭:abb_ _31100 5

9、50 550 1.39mH4D'Di（追8.112 (2.22 0.751.39) 2.48m圓整后得：H 2500mmHDi250%200 1.14V筒體HDi2 2.5 2.22 9.50m344VoV筒體8.119.50 1.390.745基本符合要求，故罐體的尺寸為：H 2500mm Di 2200mm設(shè)計要求：工作壓力為常壓，選取16MnR低合金鋼制成的罐體。取設(shè)計壓力pc 2MPa根據(jù)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第六版）附表 9鋼板、鋼管、鍛件和螺栓的許用應力，得60 C16MnR的許用應力為163MPa采用單面焊接局部探傷,0.8攪拌反應器厚度計算:PCDi2""

10、;""PC2 22002 163 0.8 217.0mm取鋼板和厚度偏差C10 腐蝕裕量C20.5故名義厚度 nC1 C2 圓整 18.0mm2、攪拌器的選型：選用渦輪式攪拌，取 d .1 bD 3 d所以 d=730mmb=150mm 取加上安全系數(shù)15% 轉(zhuǎn)速n 2.60.26ms則轉(zhuǎn)速n 6d 0.732.6rs(0.15 1) 60 179.4 rmin取 n 180r . min拓V物料 V封8.11 1.39靜披面局度：H H封 0.55 - 2.32mS罐截面積2.24靜液面高度與罐內(nèi)徑之比:且絲1.05Di 2.21.3故只需安裝一個攪拌器雷諾數(shù)：Rend2

11、18020.732 98760-23.5 1045083.34Re 4000流體屬于湍流，符合傳熱要求當Re 1000時Np與雷諾數(shù)無關(guān) p3、攪拌器的附件為了消除可能的打旋現(xiàn)象，強化傳熱，安裝6塊寬度為 W 10 Di,即0.22m的擋板。全擋板條件判斷如下：（W）12 nb （022）1.2 6 0.378 Di2.2因0.378>0.35 因此符合全擋板條件。由于雷諾數(shù)值很大，處于湍流區(qū),蛇管雖成盤管狀，但它對液體的控制作用較小，因此,Rec查資料的Rec=l4%i0.152.20.068dDi 0.732.2 0.332HD，2.32 2.2 1.05sin14（bDi）370(

12、d D 0.6)2 18514 0.068670(0.3320.6)218529.85101.3 4 吸Di20.51.14dDi_210 1.3 4 0.068 0.51.140.3321.501.14(bDi)2.5%0.5)2 7(bDi)41.1 4 0.0682.5 0.3320.5 27 0.0684 1.3010000.661 .2 Re cRe10003.2 Re 0.66pHDi0.35bDIsin1.229 .85141 .510001.2 14 0.6610003.2 14 0.661 .31 .050.350 .068安裝擋板，以消除打旋現(xiàn)象。功率計算需要知道臨界雷諾數(shù)

13、六片平直葉渦輪槳葉的寬度b=0.15m,槳葉數(shù)z=63.64軸功率：NNp3.64 987180600.735 20.11KW4/電機功率:PmNa同軸:三角皮帶:0.92安全系數(shù)a取23這里取a =3同軸傳動故所需電機理論功率Pm20.11 3160.33 KW所以根據(jù)國家標準電機選用電機功率為:63KW5、蛇管規(guī)格的選擇:蛇管內(nèi)徑：d14VsVs蛇管內(nèi)體積流量為蛇管內(nèi)體流速體積流量：VsQCp T w4.180283518 997.5 3 103 mz蛇管一般的流速u范圍是1.53m/s,當u =1.5m/s時，di 隹? 3237 10 3 0.0524m；當廠3.0m/s 時；1.5I

14、 -X 33. c ccr"3d1 產(chǎn) J 300.037 m ,所以根據(jù)管子規(guī)格選© 50x 2.5mm的蛇管。蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算:蛇管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)0 .41d1 Pr41R 6或 e Dc1120.0611管內(nèi)換熱系數(shù)，W/(m C ）；管內(nèi)流體的導熱系數(shù),W?mPr普朗特數(shù)，Re2.5d 1DcCp、分別是管內(nèi)流體的比熱CpPr4.18033100.9433 10 6.520.605容 kJ ?kg?K 1、粘度Pa ?s、導熱系數(shù)W?m 1 ?K 1 ;d1 管內(nèi)經(jīng)，m;4Vs4 3.237 10 312d10.0422.576msDc蛇管圈直徑，m;Dc 0

15、.8 Di 0.8 2.2 1.76mRe 管內(nèi)流體雷諾數(shù)。_d1 1 1Re0.040 2.576 997.50.9433 10 3108960.46P 0.4r415Re61d1石Dc0.0612.50.0406.52 0.4Red10.60541108960.460.0401 .76619 .219365.8Wm2 0c管外傳熱系數(shù):2 d2 0.83 D10.621Pr30.14DiPr料液的傳熱系數(shù),梢內(nèi)徑，m;普蘭特數(shù)，Pr料液導熱系數(shù),料液比熱容,CpW/(m -912-23.5 100.591W?m 1 ?K11kJ ? kg 1 ? K 11120.061108960 .46

16、0.0401 .7654.01 ;12.560.14計算時，由于壁溫通常較難測定，在未知壁溫的情況下可采0.14用下列近似值計算:當液體被冷卻時=0.95;當液體被加熱時0.14=1.05W0.622 d20.83Di1Pr30.140.830.5912.20.7323 987-23.5 100.62154.01年0.95615.10W/ C6、總傳熱系數(shù)29365.8615.101.73210 31213 577.2W?m 2 ?K 11.732 10 3總傳熱面積:tmT t1 T t2i T t1ln T t260 186060 18 ln 60 282836.770C135 1036.

17、36 m2K tm 577.2 36.77蛇管中心圓的直徑；DnDj 200 2200200 2000 mm 2.0 m由于單層蛇管的螺距不小于2.5倍管外徑。所以根據(jù)具體情況取螺品巨 s=6.25d)=6.25X0.045=0.28m每圈蛇管長度（以斜面長度表示）222Dn s . 3.142 2.00.0784 6.29 m0.043.237 10 | 3.1422.58啖蛇管數(shù)：mVs3.237 104d123.14240.042 2.580.998 1.00蛇管長度：L上一出644.99 mm d01 3.142 0.045蛇管的圈數(shù)：n0 L竺99 7.15 7圈；l 6.29每組蛇

18、管高度：H 0.28 7 1.96m7泵的選型輸料泵的選型計算:l uWf d 2V08.110.00676m3/20 60sd2u ,4Vs4 0.00676由 V0d .0.0757 m4u , 3.142 1.5Re987 1.5 0.076-23.5 103214.8則取 d=76mm,管路 © 83 x 3.5mm;取=0.20.012270.7543C 0.38Re0.012270.75433214.80.380.047全管路設(shè)計中有3個90°彎頭，七二0.75;一個全開閥,=0.17;管長 L=5+3=8 (m)81.5Wf 0.047 1 0.5 3 0.7

19、5 0.179.98 J/kg0.0762Wf 9.98hf 1.02 m9,81丁罐內(nèi)壓強計算：P1 HwrPi罐內(nèi)壓強，Pa;H液 靜液面局度，mr重度，kg/ (m2 s2), r mg ( p m是均相液體密度，kg/m3)P H 液 r 2.86 9672.6 27.7Kpa 由機械能守恒得： 22u1P1U2 P2hf Zi he Z22gg2ggz1H 支座 H1 H 封 0.5 1.76 1.1 3.36mZ2 取 1.2m,3.36 1.2 027.7 103987 9.81he 1.2 0 0he=6.22 (m)Q=0.00676m3/s=6.76L/s選擇IS80-65

20、-160型離心泵較合適，he=7.2m, Q=8.33L/s冷水泵的選型計算: 流體流經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降計算:2Pfc Lcuk03d12 103 Pf螺旋管摩擦壓力降，kPa； fc,入C_螺旋管摩擦系數(shù)；k0螺旋管出口連接管口的阻力系數(shù)， 如果出口管口直接與螺旋管 相切連接，則滯流時k=0.5,湍流時k=0.1;u流體平均流速，m/s;P流體密度，kg/m3;Lc螺旋管長度，m；d1蛇管內(nèi)徑，m;De蛇管圈直徑（以管中心為準），m;S螺距（以管中心為準），m;n螺旋管圈數(shù)。lcn S2 9.87DC2 7.0.282 9.871.76238.75mRedu 0.45 2.576 9981.0087 0.001114690040000.75430.012270.38Re0.016Pfc Lcdrk02u2 1030.01638.750.450.1_22.5762 9982 1034.89kPa管內(nèi)靜壓力降計算:Ps Z2 Z1 g 1.8998 9.813_1017.623KPaPSz2z1g 1