整理蛇管冷却机械搅拌装置设计文献

1、精品文档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响器设计.(二) 设计任务及操作条件(1) 处理水平175200m3/a均相液体.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 135kW. 采用蛇管冷却,冷却水进口温度 18C,冷却水出口温度28C. 60C下均相液物性参数：比热容 Cp=912J/ (kg ),导热系数入=0.591W/(m ),平均密度 p= 987kg/m3,粘度二 3.5X1

2、0-2Pas. 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：山东德州.(四) 设计工程(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、确定性数据 .5三、设备各项数据计算

3、.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带限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 蛇管冷却搅拌是运用搅拌器将搅拌槽中的反响物料搅拌均匀,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, 使搅拌槽中的物料液保持在一定的温度下, 保持一个良 好的反响环境.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： 而选用蛇管传热是由于蛇管沉浸在物料中, 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,因此采用涡轮平叶搅拌器.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响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

5、传热.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.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,那么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.工艺计算及主要设备设计、确定性数据60 C下均相液物性参数：比热容：Cp=912J/(kg °

6、C)导热系数：入=0.591 V/ (m C)平均密度：p= 987kg/ m3粘度=3.5X10-2Pas.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 3KJ/(kg C)导热系数：入=(605 W / (m C)平均密度：p= 998kg/ m3粘度=0.9433X 10 -3Pa s.1. 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S n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

7、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,那么罐体盛料局部表 面积越大,传热外表距罐体中央越近,无聊温度梯度越小越有利于提升传热效果.因此从传热角度考虑长径比可取大一些.此外,某些物料的搅拌反响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大一些.根据实际经验,几种搅拌反响器罐体的长径比方下表种类设备内物料类型H/Di一般搅拌器液-固相或液-液

8、相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5罐体的装料量罐体全容积V与操作时物料容积Vo的关系为V.二 V式中n为装料系数,通常取=0.60.85.如果物料易气泡或呈沸腾状态,应取低值,如果反响平稳,那么取高值.Vo1500004006320=8.11m3300 x 24 x 60V取 =0.75 贝U V 0 = = 10.82mn 0.75精品文档罐体直径和高度在确定了罐体的HDi之后,先忽略罐底封头容积,那么可以认为23V盲D：H盲Di H o故Di =算出Di圆整成标准直径,并按下式得罐体的高度取HDi为1.3贝U Dj4V.= J3<48.11:1.3 0.75= 219

9、5.2mm圆整后的Dj二2200mm式中：为封头容积.选用标准封头：4 二4 二3abb1100 550 550 = 1.39 m33计算出H圆整,然后校核HDj大致符合要求即可.竺 -1.39 = 2.48m二 2.22 0.75圆整后得：H = 2500mm%i_2500一72200= 1.142工23V筒体HD：2.5 2.2 9.50m344V.V筒体:8.119.50 1.39= 0.745根本符合要求,故罐体的尺寸为：H = 2500mm D2200mm设计要求：工作压力为常压,选取16M nR低合金钢制成的罐体.取设计压力pc根据?化工设备机械根底? 第六版附表9钢板、钢管、锻件

10、和螺栓的许用应力,得=2MPa60 C16M nR的许用应力为 t t =163MPa采用单面焊接局部探伤,=0.8搅拌反响器厚度计算:PcDi2t b - Pc选用涡轮式搅拌,取dD=3 0.2 d所以 d=730mmb=150mm那么转速加上平安系数15%v 6 n =兀 d0.75转速 n= 2.6 汇0.15+1汇60 = 179.4%命取 n =180静液面高度:,'物料V封=H封's罐截面积8.111.39= 0.55 2= 2.32m兀汉2.2 /4静液面高度与罐内径之比:二型二1.05 :：: 1.3故只需安装一个搅拌器Di 2.2雷诺数:Rend2?18060

11、0.73* 29873.5 10=45083.34Re 4000 流体属于湍流,符合传热要求 当Re 1000时N p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二110Di,即0.22m的挡板.全挡板条件判断如下：(W)12 n(022)12 6=0.378Di2.2因0.378>0.35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,但它对液体的限制作用较小,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Rec查资料的Rec=l4六片平直叶涡轮桨叶的宽度b=0.15m,桨叶数z=6bDi =0.152=0-068d 口

12、 =°.732.2 = 0.332 H 2.32 22 = 1-05sin v -1.3/B =10十.5 d.14 dcA “4 (bDi)0.6)2 185 =14 0.068 670 (0.332 - 0.6)2 185 =29.85Di 刀 _1.3/(0.068-0.5 j414x0.332 _ 1 50.30P =1.14(bD.)2.5(d D 一0.5)2 7( bD.)4 =1.1 4 0.068 - 2.5 0.332 - 0.5 2 - 7 0.06810 66 > p1000 + 1.2 Rec1000 + 3.2 Re 驚29 .85141.51 31

13、000 + 1 .2 汉 14 0.66 'JOOO + 3.2 汉 14 0.66 ,疋仁05 P3540.68 h3.64轴功率：N= NpTn3d5 =3.64 987180 3180 i xO.735 = 20.11(KW)<60丿4/电机功率:同轴：=1三角皮带： =0.92 平安系数a取23这里取a =3同轴传动故所需电机20 11 x 3 理论功率Pm60.33 KW1所以根据国家标准电机选用电机功率为：63KW 5、蛇管规格的选择:蛇管内径：d14VsVs蛇管内体积流量'-为蛇管内体流速体积流量：Vs135= 3.2310(m/yCp.T'w4.1

14、80 28 -18 997.5s蛇管一般的流速u范围是1.53m/s,当 u =1.5m/s 时,didi4 3.237 10" 兀 x3.04 3.237 10： 兀汇1.5=0.0524 m ；当 u =3.0m/s 时;=0.037 m,所以根据管子规格选：(|)50 x 2.5mm的蛇管.蛇管内外侧换热系数的计算:蛇管内侧换热系数0.4P415Re6d1Dc1'1管内换热系数,W/(m)；0.061'管内流体的导热系数,W *mJ *K JPr普朗特数CpJ3_34.180 100.9433 100.605= 6.52Cp、人分别是管内流体的比热 容kJ *k

15、g4 *K4、粘度Pa *s、导热系数； d1 管内经,m;4Vs4 3.237 10“兀汉0.042= 2.576msDc蛇管圈直径, m;De =0.8 Di =0.8 2.2 =1.76mRe 管内流体雷诺数.Re =0.040 2.576 997.50.9433 10= 108960.46:-10.0400.6050 .4:rd!Prk -41门+6.520.4411089600.061i5.46 °0.0401 .76108960 .46 &0.06110.040厂丨6 1 .76 丿=619 .21 =9365.8W m2.oe管外传热系数:：2 =.8気2dj

16、n?m"m0.621Pr3z 、0.14料液的传热系数,W/(m Di槽内径,m;Pr普兰特数,Pr =CZ=912 3.5 10,54.010.5912料液导热系数,Wm;Cp料液比热容,kJ kg° *K ；/ 少14 计算丄时,由于壁温通常较难测定,在未知壁温的情况下可采1%丿,/、0.14用以下近似值计算：当液体被冷却时=0.95;当液体被加热时1%丿= 1.05%.咤2 a62dj nPm1Pr30.140.591 =0.83 - 2.20.7323 9 8723.5 100.62汇 54.010.95二 615.10Wm6、总传热系数1 1+9365.8615.

17、10= 1.732 1011.732 102 1=577.2W m *K总传热面积:-T-t26°-186°-28=36.77°c4T -t2in60 -28135 103AK tm 577.2 36.77-6.36 m2蛇管中央圆的直径；Dn 二 Dj -200 = 2200 -200 = 2000 mm =2.0 m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=6.25cb =6.25X 0.045=0.28m每圈蛇管长度以斜面长度表示：丨=JSDn 2 十s2 = 3.142 汉 2.0 了 +0.0784 =6.29m 0.043.

18、237 10"3.142x co=2.58%蛇管数:3.237 10*= 0.9981.003.142 0.0422.58蛇管长度：L = A63644.99 mm 二 d01 3.142 0.045蛇管的圈数：n.丄二兰聖=7.15、7圈；l 6.29每组蛇管高度：H =0.28 7 = 1.96 m7泵的选型输料泵的选型计算:V.Wf8.1120 60= 0.00676ms由V°d2ud _ 4Vs _ 4 0.006764 一二u 一 ： 3.142 1.5=0.0757 mRe =二 d-p-987 1.5 0.0763.5 10= 3214.84那么取 d=76m

19、m,管路 © 83 x 3.5mm; 取 ；=0.2二 0.047= 0.01227 气=0.01227 8 Re3214.80E =0.17;全管路设计中有3个90°弯头,E =0.75;个全开阀,管长 L=5+3=8 (m)广8I 1 52Wf = 0.047 汉+1+0.5+3沢 0.75+0.17 严 = 9.98(J/kg )'、0.076丿 2hf =WL = 9.98 = 1.02 m g9,81罐内压强计算：R二H液rPl罐内压强,Pa;H液静液面高度,mr重度,kg/ (m2 s2), r =帝(p m是均相液体密度,kg/m3)P =H 液疋 r

20、 =2.86 汉 9672.6 =27.7Kpa由机械能守恒得:hf ZiUi2旦2g 也4 =H 支座 H1 H 封二0.51.761.1 =3.36mz2 取 1.2m,3.36 1.2027.7 103987 9.81* 1.2 0 0he=6.22 mQ=0.00676m3/s=6.76L/s选择IS80-65-160型离心泵较适宜,he=7.2m, Q=8.33L/s冷水泵的选型计算:流体流经螺旋管的摩擦压力降计算:Pf 二Lc' k0 2 103 Pf 螺旋管摩擦压力降,kPa;fc,入c_螺旋管摩擦系数；k° 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

21、管相切连接,那么滞流时k=0.5,湍流时k=0.1;精品文档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;De 蛇管圈直径以管中央为准,m;S螺距以管中央为准,m;n螺旋管圈数.lc 二 n .s29.87DC2 =7. 0.2829.87 1.762 = 38.75mRe-114690040000.45 2.576 9981.0087 0.0010.7543-0.016-0.01227u2?k0 2 103I 0.45丿2疋1034.89kPa管内静压力降计算:Ps 二 Z2Z1 巾 h.8 998 9.81 10 =17.623KPa：PS 二 z2 -z1 巾=1.8 996.95 9.81 10=17.604 Ps静压力降,kPa;Z1, Z2管道出口端,进口端的标高, m;P流体密度,kg/m3;g重力加速度,9.