蛇管冷却机械搅拌装置设计化工原理课程设计

1、化工原理课程设计蛇管冷却机械搅拌装置设计化 工原理课程设计化工原理课程设计蛇管冷却机械搅拌装置设计说明书搅拌装置设计任务书(蛇管冷却机械搅拌装置设计)(一) 设计题目均相液体机械搅拌蛇管冷却反应器设计。(二) 设计任务及操作条件(1) 处理能力175200nP / a均相液体。K注：X代表学号最后两位数(2) 设备型式机械搅拌蛇管冷却装置。(3) 操作条件 均相液温度保持60-C. 平均停留时间20min。 需要移走热量135k、V。 采用蛇管冷却，冷却水进口温度18C,冷却水出口温度28*Co 60C下均相液物性参数：比热容Cp=912J / (kg-C),导热系数.=0.591W/(m-C

2、),平均密度 p=987kg /粘度=3.5X10 2Pa s. 忽略污垢及间壁热阻。 每年按300天，每天24小时连续搅拌。(三) 厂址：柳州地区。(四) 设计项目(1) 设计方案简介：对确定的工艺流程及设备进行简要论述。(2) 搅拌器工艺设计计算：确定搅拌功率及蛇管传热面积。(3) 搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、蛇管等主要结构尺寸设计计算。(4) 主要辅助设备选型：冷却水泵、搅拌电机等。(5) 绘制搅拌器工艺流程图及设备设计条件图。(6) 对本设计评述。目录设 计方案简介.4工艺计算及主要设备设 计4一、 确 定 设 计 方 案41 、 选择蒸发器的类型42 、流程安排43、冷却水泵、搅拌电

3、机的选型4二、 确 定 性 数 据.5设备项数据计4IXXJLXXRXXJL 耳 XJL 忍 XJKXULXXJKXXXXXJLXXXX 送 MX 江 JLXXNZJLMXXMXXMXX.耳 XKXX】.552搅 拌 器 的 选型63、 搅拌器的功率计 算74电 动 机 的 选型蛇管规的选化工原理课程设计.8内外侧换热系数的计C=j97、总传热系数与传热系数的计 算118、泵的选型12四、 计 算 结 果 列表 15设计评论.15主要符号说明.16参考资带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条 件图（见附图）6化工原理课程设计设计方案简介蛇管冷却搅拌是运用搅拌器将搅拌槽中的反 应物料搅拌均匀，同

4、时可以将物料的热量均匀分 布，并运用蛇管作为冷却装置，使搅拌槽中的物 料液保持在一定的温度下，保持一个良好的反应 环境。此次设计中选用的搅拌器为涡轮平叶搅拌 器，其特点是在物料黏度不大的物料中搅拌所消 耗的功率较小，可以减小能量的损耗：而选用蛇 管传热是因为蛇管沉浸在物料中，热量损失小， 传热效果好。排列密集的蛇管起到导流筒和挡板 的作用。冷凝剂选用冷却水，是由于其传热效率 好而且易于得到，传热后冷却水可直接排放而不 会对环境造成污染，总体操作也较为简便。工艺计算及主要设备设计一、确定设计方案1、搅拌器的选择 由于此搅拌槽中所搅拌 的溶液为低粘度均相流体，搅拌时，由于其循环 容易，消耗功率小，

5、因此釆用涡轮平叶搅拌器。2、选择冷凝类型在工业生产过程中，当需要的传热面积较大，而夹套传热在允许的反应时 间内尚不能满足要求时，或是壳体内衬有橡胶、 耐火砖等隔热材料而不能采用夹套传热时，可采 用蛇管传热。蛇管沉浸在物料中，热量损失小， 的作用。蛇管中对流传热系数较直管大，但蛇管 过长时，管内流体阻力较大，能量消耗多，因此, 蛇管不宜过长。to传热效果好。排列密集的蛇管起到导流筒和挡板3、流程安排因进料口、冷却水入口和出料 口、冷却水出口都存在有较大的压力差，因此要 将物料和冷却水输入搅拌器中，则需使用离心泵 提供传动力。4、冷凝搅拌的辅助设备此过程所应用的冷 却剂为冷却水，因此在选用离心泵时

6、，选用冷水 泵由于物料为低粘度均相流体，搅拌所需的功 率较小，因此可选用功率较小的电机提供搅拌的 动力。工艺计算及主要设备设计二、确定性数据60C下均相液物性参数： 比热容：Cp=912J/(kg -C) 导热系数：k=0.591 W / (nr C) 平均密度：p=987kg / m3 粘度“ =3.5X10-2Pa-So冷却水定性温度选进出口的平均温度28+18)/2=23 C査物性手册【化工原理第三版】在23C下 水的物性参数如下：比热容：Cp=4.180X10 3KJ/(kg-*C)导热系数：.=0.605 W/(m-r)平均密度：p=998kg / in3粘度“ =0.9433X10

7、 -3 Pa-So1. 搅拌罐的设计罐体的尺寸包括内径Di、高度H、容积V及壁罐体的长径比大小对搅拌功率产生影响。由 于搅拌器桨叶直径与搅拌罐内径通常有一定比例范围，如果长径比减小，即高度减小而直径增 大，搅拌桨叶直径也增大，在固定的搅拌轴转速 下，搅拌器功率与桨叶直径的5次方成正比，故 罐体长径比减小时，搅拌器功率增加。因此，为 减小搅拌器功率，长径比可取大一些。 罐体的长径比还对夹套传热产生影响。当容 积一定时，长径比越大，则罐体盛料部分表面积 越大，传热表面距罐体中心越近，无聊温度梯度越小越有利于提高传热效果。因此从传热角度考 虑长径比可取大一些。此外，某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比

8、 有特殊要求。例如发酵罐，为了使通入罐内的空 气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液 位高度，一般希望长径比取得大一些。根据实际经验，几种搅拌反应器罐体的长径比 如下表种类设备内物料类 型H/Di一般搅拌器液固相或液 液相物料1-1.3气-液相物料12发酵罐类1.725罐体的装料量罐体全容积V与操作时物料容积匕的关系为式中n为装料系数，通常取:=06085。如果物 料易气泡或呈沸腾状态，应取低值，如果反应 平稳，则取高值。150000+400x63300x24x60x 20 = 8.11/7?取 =0.75则16V = lk = ld_L = 10.82/n3 0.75罐体直径和高度 在确

9、定了罐体的、之后，先忽略罐底封头容 积，则可以认为-尹H珂D：% 故151/rxl3 0.75算出2圆整成标准直径，并按下式得罐体的高度 取为13则2 =二善卫式中：。为封头容积。4 计算出H圆整，然后校核、“III大致符合要求即可。选用标准封头： p = /?/? = x 1100 x 550 x 550 = 1.39/n3-(1-1.39) = 2.48,整后得:H = 2500/77/77%00小47x2.5x2.2-9.50=V筒体+U8.119.50+1.39=0.745基本符合要求，故罐体的尺寸为： H = 2500/7/7/P = 2200 nvn设计要求：工作压力为常压，选取1

10、6伽尺低合金钢制成的罐体。取设计压力代=IMPa搅拌反应器厚度计算:PcD2bW取钢板和厚度偏差G =0腐蚀裕量C2=0.5根据化工设备机械基础（第六版）附表9钢的许用应力为0 =63MPa 采用单面焊接局部探伤，妇0.82X2200M7.0z2x163x0.8-2故名义厚度 =J + C,+C2 + 圆整=18.0mm2、搅拌器的选型:选用涡轮式搅拌，取冷| = 0.2所以 d=730mmb=150mm取八6%则转速x许趋r?叹加上安全系数15%转速“ = 2.6x(0.15 + 1)x60 = 179.4%曲取归吹in静液面高度：輕空“55 +芝异“ 珈%截耐枳兀x厶2%静液面高度与罐内径

11、之比： = = 1-054000流体属于湍流，符合传热要求 当Re 1000时y,与雷诺数无关3、搅拌器的附件为了消除可能的打旋现象，强化传热，安装6即022m的挡板。全挡板条件判断如下：(=（!Ll）12x6 = 0.3782.2因0378035因此符合全挡板条件。由于雷诺数值很大，处于湍流区,蛇管虽成盘管状，但它对液体的控制作用较小，因此，安装 挡板，以消除打旋现象。功率计算需要知道临界 雷诺数Rj查资料的3=14六片平直叶涡轮桨叶的宽度b=0.15m,桨叶数z=6%=0%2 = o.O68% =0.332% =2%sin & = 114 +(%)+一 0.6)2 +185 =14 + 0

12、.068 x【670 x (0.332 一 0.6)2 +185= 29.85B = 10LI珂严5）J _ IQJOXS-O.S)2-1.14x0.332】=50P = 1+ 4(% )-2.5(% -0.5)2 -7(% )“ = 1.1 + 4 x 0.068 - 2.5(0.332 -0.5)2 -7x0.0684 = 1.30ri000L2ReA卩 Re” 1,1000+3.2 Re；66(1000+1.2X14。66、1000+3.2xl 4 丿%广29.85 f =+ 1.514= 3.641.3X 1 .O5(o 35+0.068) xlxl轴功率： N = Np“W =3.6

13、4x987x180603xO.735 = 20A(KW)同轴 = 1 这里取宀3Pm = 2（）11x3 = 60.33（KW）4/电机功率:三角皮带： “92安全系数,，取23 同轴传动故所需电机理论功率所以根据国家标准电机选用电机功率为：63KW5、蛇管规格的选择:蛇管内径：r匹V 7TV匕蛇管内体积流量为蛇管内体流速体积流量:匕=掛；=仙烏二盼沁=3-237 x 10-3欣）135蛇管一般的流速U范围是l53m/s,当u=1.5m/s时,心=4x3.237x10刁J 71UV兀 x 1.5K_4x 3.237x107V 71V宀30= 0.0524(/7?)；当 v =3-0m/s 时;

14、心= 0.037（讪所以根据管子规格选:450x2. 5mm 的蛇管。蛇管内外侧换热系数的计算:蛇管内侧换热系数化工原理课程设计12X v0.061T62.5RcdL D丿管内换热系数，W/(mC)；乂管内流体的导热系数，w宀肝；普朗特数,门 C “4.180 xlO3 x 0.9433 xlO3 三皿P. = 6.522 0.605“、兄分别是管内流体的比船佃粘度(巳必 导热系数(w尸.kJ 山管内经，m；,_ 化 _ 4x3.237x10-3 1 忒7t x 0.042蛇管圈直径,m；Dc = 0.8 x Dj = 0.8 x 2.2 = 1.76/?/管内流体雷诺数。1 +4118泌=。

15、豊囂孵7.5十“I0.061T2 V0 040-1x108960.460.6050.040 AH x 83 x 3.5mm；取=020 75430 7543一。1227 + 科=伽227 +时寸0.047全管路设计中有3个90弯头，I =0.75;-个全开阀，I =0J7；管长 L=5+3=8 (m)= 9.98(J/kg)0.047x-+ 1 + 0.5 +3x0.75+0.171,50.076)Whf= 叱 1.02H19,81罐内压强计算：Pi一一罐内压强，Pa；H液一一静液面高度，mr重度，kg/ (m2 s2), r = ( p m 是均相液体密度，kg/m3)o片=Ha X r =

16、 2.86 x 9672 .6 = T1.1 Kpa由机械能守恒得：.P . lb2 Pnhf +Z + + =he +z2 + + 2S PS2g pgzx= H 和卜 + H + H * = 0.5 + 1.76 + 1.1 = 3.36m见2取1.2m,27.7 xlO33.36 + 1.2 + 0= h +1.2 + 0 + 0987 x9.81he=6.22 (m)Q=0.00676m3/s=6.76L/s选择IS80-65-160型离心泵较合适，he=7.2m 9 Q=&33L/s 冷水泵的选型计算: 流体流经螺旋管的摩擦压力降计算:2p2x10APf一螺旋管摩擦压力降，kPa；

17、fcjc_螺旋管摩擦系数；ko螺旋管出口连接管口的阻力系数，如果出口管口直接与螺旋管相切连接，则滞流时k=0.5,湍流时k=0.1；u流体平均流速，m/s；P流体密度，kg/m3；Lc螺旋管长度，m；di蛇管内径，m；蛇管圈直径（以管中心为准）,20S螺距（以管中心为准），m； n螺旋管圈数。le = nyjS2 +9.87DC2 =7x x/0.282 +9.87x1.762 = 3&75?_045 x 2.576 x 9981.0087 x 0.001= 1146900 4000c r u 4 a4=0.01227 + = 0.0162xlO30.016x38.75+0J x0.45257

18、6998 “a嵌2x10管内静压力降计算:P$ = (z? zjpg = l8x998 X9.81x10“ = 17.623KPa化工原理课程设计AP5 = (z2=1.8 x 996.95 x 9.81x IO3 = 17.604APS-一静压力降，kPa；Z1 9 Z;1営追岀口厢，赶口厢旳称咼,P流体密度，kg/m3；g-重力加速度，9.81m/s2；P、-U2 一吗 nxlO-3速度压力降2出=叮一绚 pxlO-3一速度压力降，kpa；Ui, U2出口端，进口端的流体流速，m/s；四、计算结果列表表1搅拌功率及蛇管传热面积搅拌器功率/KW蛇管传热面积/ /H2636.36表2 搅拌槽、

19、蛇管等主要结构尺寸搅拌槽高度/m搅拌槽直径/m蛇管长/m蛇管直径/mm4.72.244.994 50 x 2. 5mm21化工原理课程设计设计评论通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和 解决问题的能力。我觉得做课程设计同时也是对 课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问 题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃 而解了。而且还可以记住很多东西。认识来源于 实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检 验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课 程设计对我们的作用是非常大的。经过两个星期 的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们 也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛 激情到最后汗水背

20、后的复杂心情，点点滴滴无不 令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果 也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的 话题。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有 乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有 实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团 队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相 互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下, 大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我 感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说， 确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心 中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行 行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该 做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自 己。

21、也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为 设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么， 只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们 也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必 要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的 走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工 作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发 扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导 致整项工作的失败。设计中只有一个人知道原理 是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个 人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协 作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这 次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵 的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的 丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次设计必将成为我人生旅途上一个非常美 好的回忆！通过这