蛇管冷却搅拌装置课程设计

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处理能力175200m3 / a均相液体。k注：x代表学号最后两位数d(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20mino 需要移走热量135kwo 采用蛇管冷却，冷却水进口温度18°c,冷却水出口温度28°co 60°c下均相液物性参数：比热容cp=9/(kg-°c),导热系数20.591 w/(m°c),平均密

2、度 p = 987kg / m3,粘度=3.5x10'2pa-so 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、搅拌电机的选型4二

3、、确定性数据.5三、设备各项数据计算.51、搅拌槽的计算52、搅拌器的选型63、搅拌器的功率计算74、电动机的选型85、蛇管规格的选择.86、蛇管内外侧换热系数的计算97、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.16参考资料.17带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图(见附图)设计方案简介蛇管冷却搅拌是运川搅拌器将搅拌槽屮的反应物料搅拌均匀，同时可以将物料的热量均 匀分布，并运用蛇管作为冷却装置，使搅拌槽屮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

4、 消耗的功率较小，可以减小能量的损耗：而选川蛇铮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川。冷凝剂选用冷却水，是由于 其传热效率好而11易于得到，传热后冷却水可点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 由于此搅拌槽屮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，因此采用涡轮平叶搅拌器。2、选择冷凝类型在丁业生产过程中，当需要的传热面积较人，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，对采用蛇管传热

5、。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。蛇管屮对流传热系数较肓管人，但蛇管过长时，管内流体阻力较人, 能量消耗多，因此，蛇管不宜过长。3、流程安排因进料口、冷却水入口和出料口、冷却水出口都存在冇较大的压力差， 因此要将物料和冷却水输入搅拌器中，贝ij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，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。工艺计算及主耍设备设计二、确定性数据60°c下均相液物性参数：比热容:cp=912j/(kg

6、76;c)导热系数:20.591 w/(m°c)平均密度：p = 987kg/m3粘度 /y=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查物性手册【化工原理 第三版】在23°c下水的物性参数如下: 比热容：cp=4.180x 10 3 kj/(kg-°c)导热系数:九=0.605 w/(m°c)平均密度：p=998kg / m3粘度 “ =0.9433 x 10 pa so1.搅拌罐的设计罐体的尺寸包括内径di、高度h、容积v及壁厚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

7、一定 比例范i韦i,如果长径比减小，即高度减小而肓径增人，搅拌桨叶肓径也增人，在固定的搅拌 轴转速卞，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 面积越人，传热表面距罐体屮心越近，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収大一些。此外，某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比有特殊要求。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人一些。根据实际经验，几种搅拌反应器罐体的

8、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气液和物料12发酵罐类1.7 2.5罐体的装料最罐体全容枳v与操作时物料容枳的关系为匕=叩式中h为装料系数，通常取77=0.67.85。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 + 400x63x20 = 8.m3 取 =0.75 贝ij v = = = 10.82/773300x24x600.75罐体肓径和高度在确定了罐体的、之后，先忽略罐底封头容积，则可以认为算出9圆整成标准庖径，并按卜式得罐体的高度为13则0=2195.2mm圆整后的di = 2200mmh=式屮：u为封头容积

9、。£门2冗dj 4 z计算出h圆整，然后校核忆、7大致符合要求即可。a jra jr选用标准封头：u = 一abb = x 1100x550x550 = 1.39m333几 £ =层+-沪其冷洛12) = 2.48,” 4°圆整后得：h = 2500也加= =2.5x2.2-9.508.119.50 + 1.39=0.745基本符合要求，故罐体的尺寸为：h = 2500mm di = 2200mm设计要求：工作压力为常压，选取6mnr低合金钢制成的罐体。取设计压力pc = 2mpa根据化工设备机械基础（第六版）附表9钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力，得60c16m

10、nr的许用应力为b = 63mpa 采用单而焊接局部探伤，（/）= 0.8搅拌反应器厚度计算：宀當 収钢板和厚度偏差c, =0腐蚀裕量c2 = 0.5故名义厚度氏=/ + g + c? +圆整=18.0mm2、搅拌器的选型：选用涡轮式搅拌，取 % = £| = 0.2所以 d=730mm b= 150mm取u = 6m/ 则转速 n = =-=2.6r/八7k10.73龙 八加上安全系数 15%转速比=2.6x(0.154- 1)x60 = 179.4取"t%静液面高度：h =+= 0.55 + sj1l39 = 232ms罐戳面积兀x 2.2茁静液而高度与罐内径之比：=-

11、 = 1.05<1.3故只需安装一个搅拌器di 2.2雷诺数：re =nd2 pa罟 x 0.73573"10一2= 45083.34re > 4000流体属于湍流，符合传热要求 当re > 1000时wp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块宽度为w=dt,即0.22m的挡板。全挡板条件判断如f：(w)】.2=(0,22)l2x6 = 0.378d/ b 2.2因0.378>0.35因此符合全挡板条件。由于雷诺数值很大，处丁湍流区，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

12、雷诺数re°杳资料的re(=14 六片平总叶涡轮桨叶的宽度b=0.15m,桨叶数z=6% = 07%.2 = 0-33223%才1052 2 = 0.0680.15sin。= 1a = 14 + (%) +370(% -0.6)2+185=14 + 0.068 x(670 x (0.332 - 0.6)2 +185)= 29.85%)_ _ | q 1.3-4(0.068-0.5)2-1.14x0.332 = 50一0.5)2 -7(% )4 =1 1 + 4x0.068-2.5(0.3320.5)2 -7x0.0684 =1.30npa ( 1000 + 1.2 re："

13、)b “(rre r i 1000 + 3.2 re 严 j，丿sin1.2 029.8514+ 1.51000 + 1.2 x 14 0 661000 + 3.2 x 14 0 661.3x 1 .05(035+0.068)x 1 x 1=3.64轴功率:x0.735= 201( w)4/电机功率：pin= 77同轴：” =1 三角皮带：7 = 0.92安全系数a取23这里取同轴传动故所需电机 理论功率匕=20.；x3 =60 33(kw)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:匕蛇管内体积流量 卜为蛇管内体流速体积流量:ctpw1354.180x(28-18)x99

14、7.5蛇管一般的流速u范围是1.53m/s,当u=1.5m/s时,竺=4x3.237x10' = ° 0524(加);当 u =3.0m/s 时; 71v v 7tx1.5=0.037%),所以根据管子规格选:d _ 4匕 _ 4x3.237x1()71 vv 龙 x3.0 4)50x2. 5min 的蛇管。蛇管内外侧换热系数的计算:蛇管内侧换热系数a xda內管内换热系数,w/（m°c）；久管内流体的导热系数，w 加=p普朗特数d _ cp _ 4.180x103 x0.9433x10-3 一“ r 20.605cp、“、兄分别是管内流体的比热容粘度（巧$）、导热

15、系数（w加管内经，m；vi =4x3.237x10-3兀 x o.o，de蛇管圈宜径，m；dc = 0.8 x 0 = 0.8 x 2.2 = 1.76/?ir*管内流休雷诺数。= 108960.460040x2.576x9975""0.9433x107er! x 0.040_0.605-£de6.52 0 4丄2x <rex 108960 .46 ?1 0.040、<1.76 ,12x v0.061108960.46 x0.0401.76 7、2.5=619 .2心365.%)管外传热系数：a2z2、0.62( 、1p)% )心丿0.14料液的传热系

16、数，w/(m - °c)；0槽内径，m；0.591 亠“pr普兰特数，鬥=3 912x35x10 22人料液导热系数，cp料液比热容，(kj 如' )；计算0.14时，由于壁温通常较难测定，在未知壁温的情况下可釆=0.95；当液体被加热时(、014用下列近似值计算：当液体被冷却时 也(/av 丿0.14=1.05av；= 083x0.5912.2z? 0.62< 0.732 x 3x9873.5x10-2-x54.0p x0.956、总传热系数111 1 1 “3ka,a.9365.8615.10k =!r = 577.2w m2 kx1.732x10总传热面积:（厂_

17、/】）_（厂_/2）_（60-（60-28）_36 祁c60-28135xl03人=kb. 577.2x36.77蛇管中心圆的直径;= df - 200 = 2200 - 200 = 2000（加加）=2.0（加）由于单层蛇管的螺距不小于2.5倍管外径。所以根据具体情况取螺距 s=6.25do =6.25 x 0.045=0.28m每圈蛇管长度（以斜面长度表示）：i = j（也）2 +护=j（3.142x2.0）2 +0.0784 = 6.29（加）0.04=呼警叶绅妙）° 3.142/s）x69v 4蛇管数：加= 匕 = 0.9981.00 蛇管的圈数：山二=警 = 7.15&qu

18、ot;（圈）:;蛇管长度：l-亠m7rdq6.361x3.142x0.045=44.99（zn）/6.29每组蛇管高度：/7 =0.28x7 = 1.96（m）7泵的选型输料泵的选型计算:vo8.1120x60= 0.00676叹rtiv0 =27hlut"4x0.006763.142x1.5=0.0757m987x1.5x0.07635"0一2= 3214.8则取 d=76mm,管路 d 83 x 3.5mm；取g=02“1227 +器0.01227 +0.75433214.8038= 0.047全管路设计中有3个90。弯头，=0.75个全开阀，,0.17； 管长 l=5

19、+3=8 (m)(qa i c2wf = 0.047x+ 1 + 0.5 + 3x0.75 + 0.17 x= 9.98(j/kg)i0.076丿 2hf =比=空= 1.02mz g 9,81罐内压强计算：人二h泌pi罐内压强，pa；h液静液面高度，m r重度，kg/ （m2 - s2）, 2几g （pm是均相液体密度，kg/m3）op、=h液 x 厂=2.86 x 9672.6 = 27 jkpa由机械能守恒得：= h 文嗓 + h + h丹=0.5 +1.76 +1.1 = 3.36/?:z2 取 1.2m,36 + 1.2 + 0 +粽雾= %+l2 + 0 + 0hc=6.22 (m

20、)q=0.00676n?/s=676l/s选择is80-65-160型离心泵较合适，he=7.2m, 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:apyi d.u2 p2xl03apf螺旋管摩擦压力降，kpa； fcjc螺旋管摩擦系数;k0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=0l；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；dc蛇管圈直径（以管屮心为准），m；s螺距（以管中心为准），m；n螺旋管圈数。lc = nqs? + 9.87d=7x vo.282 +9.8

21、7x 1.762 = 3&75m= 1146900 >4000re _ 山3 _°45 x 2.576 x 998 e_r_ 1.0087x0.0014 =0.01227 +0.7543re038= 0.0162up2xl03严心3&75+oi 0.452.5762 x9982xl03-=4.89 kpa管内静压力降计算:ap5 = (z2=1.8x998x9.81xl0-3 =1 工623kpaapv =(z2 -zjpg =1.8x996.95x9.81x!0-3 =17.604aps静压力降，kpa；z1， z2管道出口端，进口端的标高，m；p流体密度，k

22、g/m3；g重力加速度，9.81m/s2；2 2速度压力降跌=2 2 i pe2 2pn = 2 ? 1 pxlo'3、pn速度压力降，kpa；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/ m2636.36表2 搅拌槽、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. 5mm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 也是対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。而冃还可以记住很多东西。认识來源于实践，

23、实践是认识的动力和授终 h的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试z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后的复杂心情，点点滴滴无不令我冋味无长。生 活就是这样，汗水预示着结杲也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。我想说, 设计确实冇些辛苦，但苦中也冇乐，在如今单一的理论学习中，很少冇机会能冇实践的机会, 但我们可以，而几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

24、 我和同学们z间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到占己所做的成果时，心 屮也不免产生兴奋；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。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，那还冇什么必要火落呢？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t作的失败。设 计中只冇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，就冇可 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耍的保证。而这次设计也正好