均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计

均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计化工原理课设计说明设计题:

均相液体机械搅拌夹冷却反应器设计。设计时间2011.12.26——2012.01.搅拌装置计任务书(设题均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计。(设任及作件处理能力（）ma相液体X代表学号最后两位数〗设备型式操作条件

机械搅拌夹套冷却装置。均相液温度保持℃。平均停留时间需要移走热量105kW。采用夹套冷却，冷却水进口温度℃，冷却水出口温度30℃。第-

共-19页3350物性参数：比热容012J／(kg·℃，导热系数λ=0.622W／(m·℃)，平均密度ρ=930kg／，粘度μ2.733X10。忽略污垢及间壁热阻。每年按300，每天小时连续搅拌。厂：州区设项设计方案简介：对确定的工艺流程及设备进行简要论述。搅拌器工艺设计计算：确定搅拌功率及夹套传热面积。搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、夹套等主要结构尺寸设计计算。主要辅助设备选型：冷却水泵、搅拌电机等。绘制搅拌器工艺流程图及设备设计条件图。对本设计评述(参文柴诚敬，张国亮等．化工流体流动与传热．北京：化学工业出版社2000化工设备设计全书编辑委员会搅拌设备设计上海上海科学技术出版社，1985王凯，冯连芳．混合设备设计．北京：机械工业出版社，word档可自由复制编辑均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计目录第章设方简-------------------------------------------------------51.1搅拌设备的选型---------------------------------------------------------------------51.2搅拌器的组成及选择---------------------------------------------------------------51.3电动机的选型------------------------------------------------------------------------61.4减速机的选型------------------------------------------------------------------------61.5密封装置的选择---------------------------------------------------------------------61.6物料进口安置------------------------------------------------------------------------71.7夹套进出口装置---------------------------------------------------------------------71.8泵的选择------------------------------------------------------------------------------71.9支座的选择---------------------------------------------------------------------------71.10管子的选择--------------------------------------------------------------------------71.11封头的选择--------------------------------------------------------------------------8第章艺程图说-----------------------------------------------第章艺算主设设-----------------------------------------3.1均相液体和冷却水的物性数据----------------------------------------------------83.2搅拌设备的计算及选型-------------------------------------------------------------93.2.1搅设备选---------------------------------------------------------------------------------93.2.2搅设备计---------------------------------------------------------------------------------93.2.2.1搅拌槽的结构设计--------------------------------------------------------------------------------------

2.2.2搅拌槽的设计计算---------------------------------------------------------------------------------------11第章助备计和型------------------------------------------1动机的选型---------------------------------------------------------------------------144.2支座的选择------------------------------------------------------------------------------144.3泵的选型---------------------------------------------------------------------------------144.3.1输泵的选型计-----------------------------------------------------------------------------144.3.2冷泵的选型计-----------------------------------------------------------------------------16第章设结一表----------------------------------------------------17第章附------------------------------------------------------------------第章设心-------------------------------------------------------------第章主符说------------------------------------------------------19第章参资-------------------------------------------------------------第-

共-19页第章计案介1.1拌备选因为该设计所用搅拌设备主要是为了实现物料的均相混合，故可选的搅拌设备类型有：桨式，开启涡轮式，圆盘涡轮式，推进式，框式，螺带式，三叶后掠式等。搅拌设备的选用应满足下列要求：保证物料的混合均匀，功率消耗最少，所需费用最低，操作方便，易于制造和维修。由于本设计是低黏度的液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，主要目的是在给定的时间内达到或接近均相混合的要求。其主要控制因素是容积循环速率。透平式是化工厂中运用最为广泛的搅拌设备有效的完成几乎所有的搅拌操作并能处理粘度范围较广的液体,他们在差生径向液流时特别有效,但亦同时引起轴向液流尤其在槽壁上有挡板之.对混合密度大致相同的液,们的效力极为显,此外,它们的造价也比多数他形式的搅拌设备低结这次设计的各种条件可选择六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器-透平式搅拌器.搅设备的组成及择1.2.1搅拌设备上端可用机械密封，易维护、检修、寿命长。搅拌设备的安装高度要有利于底部出料，使出料口处得到充分的搅动，使输料管路畅通。1.2.2组成word档可自由复制编辑均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计搅拌设备的典型结构（1）1-叶轮；2-槽体；夹套；4-拌轴；5-出管6-支座；7-入孔；轴封；10传动装

透平式-涡轮搅拌设备一般搅拌设备由搅拌装置（传动装置、搅拌轴、叶轮）、轴封、搅拌槽（槽体、附件）三部分组成。还可根据工艺要求配置加热装置或冷却装置。搅拌设备的典型结构如上图（1）所示。搅拌装置轴封叶轮等选用材料可根据不同的工艺要求选用碳钢或不锈钢等材料来制作。搅拌罐体与搅拌罐盖可采用法兰密封联结或焊接联结搅拌罐体与搅拌罐盖可根据工艺要求开进料、出料、观察、测温、测压、蒸汽分馏、安全放空等工艺管孔。搅拌罐盖上部配置有传动装置（电机或减速器由传动轴驱动搅拌罐内的搅拌器.轴封装置可采用机封或填料、迷宫密封等多种形式根据用户需要确定)。电机的选型电机功率选用应满足搅拌器运动转功率与转动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利的条件导致功率过大。搅拌转动装置常配用4极或6极电动机,8极电动机比较少用,2极电动机几乎不用通常减速机有多种速比可选择配用4或6极电动机有可能获得相近的搅拌转速。当电动机功率相同时4极电动机比6极电动机便宜，质量轻，但所要求的减速机的减速比较大，减速机可能比较贵。所以我们选用极的电动机。减机的选型减速机的选择是根据反应釜搅拌传动所需的电机功率，搅拌轴转速（即减速机输出轴转速然后再根据其具体条件综合考虑，确定适用的减速机。其中反应釜为立式安装，采用耳式反应。由于设备需要保温，反应釜直接支撑在楼板上，所以选B型，选四个支座。由于反应釜的直径2020mm，大于900mm所以需要开设入孔。便于安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。选用圆形入孔的机器制造方便。圆孔的大小及位置以进出设备方便搅拌器的尺寸以方便搅拌器轴及搅拌器能通过的入孔放入罐体内。密封装置的选择第-

共-19页用垂直于轴的平面来密封转轴的机械密封装置。与填料密封相比，机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封形式。机械密封装置主要由动环、静环、弹簧加荷装置和辅助密封圈等四部分组成。物料进口安置出料管的结构设计主要考虑物料是否易于放出且能放尽，阻力小，不易赌塞，温应力等因素我们设计的出口在反应釜的下端便于物料排净不用设置出料泵。另外，出料口设置温度测量点，以便控制物料的冷却温度。夹进出口安置冷却液进口管安置在反应釜两侧，使液体从底部进入，高端流出，从而避免气泡的产生，使传热介质能充满整个夹套空间。泵的选择泵的选型的重要依据是：工艺装置生产中，要求泵输送的介质流量；要求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量1.1~1.5倍；进口压力和出口压力；进口介质温度；操作状态为连续操作或间歇操作；装置汽蚀余量。根据本设计的均相料液和冷却用水的粘度要求的流量算的扬程和连续操作的要求我们选用离心泵，料液泵型号选IS80-65-160，冷却水型号选IS-50-32-125由于预防操作过程中出现意外，所以，离心泵应一开一备。支座的选择立式安装的反应釜最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座为（分为A型和B型两种设备需要保温或直接支承载楼板上时选型则选择型。所以本次设计所用B型耳式支座。由于每台反应釜常用个支座。所以再根据所要支撑的重量来选择合适的允许载荷1.10管子的选择

。化工厂中介质的流体运动，绝大多数是湍流。当输送流体的流量一定时，管径的大小直接影响经济效果。管径小，介质流速大，管路压力降大，从而增加了流体输送机械（泵或压缩机）的动力操作费用;反之，增大管径，虽然动力费用减少，但管路建造费用却增加。管径的大小，依据化工运行中介质可能出现的最大流量，介质的推word档可自由复制编辑均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计荐流速和允许的压力降来确定。1.11封头的选择封头是压力容器必不可少的重要组成部分封头分为半圆形封头标准椭圆形封头、蝶形封头、球冠形封头四种，其中分别以外径和内经为基准取封头的高度，然而封头的选取根据其搅拌槽的内压力又有所不同主要是看是否能符合生产的需要等因素。第二章工艺流图及说流的明首先，将冷水放入冷水储罐，在里面停留一定的时间，达到要求温度之后，通过离心泵将加热后的水抽入夹套通过调节阀控制水的流量流出的水进入流出水储罐。然后，均相料液由料液泵抽入搅拌槽，开动并调节搅拌器转速，通过料液进口的调节阀，控制料液进料的流量，使得料液在搅拌槽中停留一定时间，最后，流出的均相液体进入储罐。第三章工艺计及主要备的计均液体和冷却水物性数据均相液体50℃的物性参数比热容Cp=1012J/(kg.；导热系数λ=0.622w/(m.K)；密度=930kg/m第-

共-19页粘度=

2.733

Pa·s；冷却水定性温度选进出口的平均温(20+30)/2=25℃；查物性手册【化工流体流动与传热】在℃下水的物性参数如下：比热容Cp=4178.5J/(kg·导热系数λ=0.6085w/(m·K)密度=996.95kg/m粘度=9.03×Pa·s查物性手册【化工流体流动与传热】在℃下水的物性参数如下：比热容Cp=4183J/(kg·K)导热系数λ=0.599w/(mK)密度=998.2kg/m粘度=

Pa·搅设备的计算搅拌备型因为该搅拌设备只要是为了实现物料的均相混合所以推进式桨式涡轮式、三叶后掠式等都可以选择，此处选择六片平直叶圆盘涡轮式搅拌设备。搅拌备计算确定搅拌槽的结构与尺寸，明确搅拌桨及其附件的几何尺寸和安装位置，计算搅拌转速和功率，传热计算等，最终为机械色好几提供条件。3.2.2.1搅拌槽的构设计1、搅拌器的容积、类型、高径比（1）容积和漕泾对于连续操作，搅拌槽的有效体积为：搅拌槽的有效体积=流入搅拌槽的液体处理量×物料平均停留时间=（3所以，搅拌槽的有效体积×(18/60)=6.229m一般取搅拌液体深度与搅拌槽内径相等以搅拌槽为平底近似估算直径。由搅拌槽的有效体积可计算出搅拌槽内径：V=D2H带入数据后得到：6.229=（）×D×HH=D=2.00m4本设计取D=2.00（2）类型槽体由于没有特殊要求，一般选取最常用的立式圆筒型容器，根据传热要求，罐体带夹套，夹套选用螺旋板夹套，夹套内设导流板，螺距=0.05m,夹套环隙E=0.05m（3）高径比一般十佳搅拌槽的高径比为1.1—1.5,，现取故搅拌槽筒体的实际高度为word档可自由复制编辑1111均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计H=1.3×2.00=2.6m02、搅拌桨尺寸、安装位置及转速（1）搅拌桨的尺寸搅拌器为六片平直叶圆盘涡轮式。依据搅拌器直径的标准值等于径。即d查常用标准搅拌器的规格，选用涡轮式搅拌器的型号为：搅拌器，HG5-221-65。其主要尺寸如下：叶轮直径d=700mm，叶轮宽度b=140mm，叶片厚度δτ=10mm，搅拌轴径80mm，叶片长度L=175mm（2）搅拌桨的安装位置一般，叶轮浸入搅拌槽内液面下方的最佳深度为槽底的高度C/0.67m。（3）搅拌桨的转速

H，因此，可确定叶轮距对于混合操作，要求搅拌器在湍流区操作，即搅拌雷诺数Re，于是有ρ2.μ2

1667410

n.6r/s36474即转速不能低于36r/min。现依公n计算，得4.nπd3.14

7

考虑一定余量，选取nr/min，该转速处在该类型搅拌器常用转速n~r/min的范围之内。3.搅拌槽附件为了消除打旋现象强化传热和传质安装块宽度（1/10~1/12取的挡板，以满足全挡板条件。全挡板条件判断如下：.n.03595（按照参考书要求要达到最高的搅拌器的功率必须要达到全挡板的条件由于0.39>0.35，因此，符合全挡板条件。根据GB/T规定材料选择是Q235-B,根《化工设备机械基础第六版选材的一般原则）压力容器用钢材应符合GB150—1998《钢制压力容器》的要求，材料适用于设计压力不大于35Mpa的压力容器选材应接受国家质量技术监督局颁发《压力容器安全技术监察规程》的减速。压力容器受压元件用钢应是由平炉、电炉或氧气顶吹转炉冶炼的镇静钢，钢材（板材、带材、管材、型材、锻件等）的质量与规格应符合现行国家标准、行业标准或者有关技术规定。（2）压力容器承压构件使用普通低碳钢的适用范围见表，当操作温度在20～350

C，第-

共-19页tt壁厚不大，且无频繁温、压波动是，可采用半镇静钢代替镇静钢。压力容器用碳素钢镇静钢版的适用范围钢版牌号使用温度/

0

C设计压力/MPa壳板钢版厚度其他限制/mmQ235-B0～350≤1.6≤20Q235-C0～400≤2.5≤30容器按力等级的分

不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器容器种类

代号

设计压力范围/Mpa低压容器L0.1≤p＜1.6中压容器M1.6≤p＜10高压容器H10≤p＜100超高压容器UP≥100所以在实际制造中应选择Q235-B来制造。设计压力为搅拌槽的壁厚计算：

PD2

×2060/(2×113×0.8-1.0)=11.46mmδ=δ+C+圆整=11.46+1.25+圆整13mmn式中δ——圆筒的技术厚度，；P=P=1.5Mpa——圆筒的计算压力，Mpa；——搅拌槽的内径，mm；φ——圆筒的焊接接头系数，设圆筒局部无损伤，取φ=0.80；度下的许用应力Mpa化工设备机械基础附九图得：

=113Mpa整合后取搅拌槽壁厚为13mm。3.2.2.2搅拌槽的计计算1.搅拌功率计算此搅拌器系统符合典型构型，先计算Re

ρn=0.702××÷2.733×100=33348>10000故从【化工原理上（第三版）化学工业出版社】中可得

·

3n

D××2.0×0.72.夹套换热面积的计算(1)、被搅拌液体侧的对流传热系数α器的传热关联式计算。word档可自由复制编辑

j

采用左野雄二推荐的桨式和涡轮式搅拌jpλjjpλj均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计Nu0.512

0.227

Pr

1/3

0.52

0.08单位质量被搅拌液体所消耗的功ε

ND

2

5547H0.785930

0.950W/kg被搅拌液体的运动粘/2/9302

2

Nu0j

512υ3

.

Pr

/

.

.

Djλ

.υ3

.

μ

/

.

.

2.00

4

10122.7330.622

0.7

3.5430.833j

2

2、夹套侧冷却水对流传热系数αNu=αDe/λ=0.027Re

0.8

Pr

0.33

V

is

0.14

［1+3.5(De/Dc)］V=υ/υ流体在主体温度下的粘度和在壁温下的粘度之比为可以忽略壁温的阻isc力，这个可以忽略。查物性手册定性温度（20+30）/2=250C.冷却水的物理参数如下：比热容：C=4178.5J/(Kg·0p

C)导热系数λ=0.6085w/(m

2

·0

C)密度ρ=996.95Kg/m3粘度μ=9.03×10

-4

pa·s需要移走的热量为：3Q=105×10+7628=112628W

第-11-

共-19页m=m=冷却水的质量流率：(t)C(t)=112628/［4178.5（30-20p21p21夹套中水的流速：∪==（÷996.95）（×0.05）=1.08m/s×0.05=0.2m

/××996.95)/(9.03×10

C/=4178.5×-4p×238473.10.8

×

0.33

[1+3.5）αw/(m03、求总传热系数K忽略污垢热阻和搅拌槽壁热阻α+1/α420.3w/(mj

·0

4、求夹套传热面积由Q=KA

=

(50130in1in202

0C=112628/（420.3）=10.9mK需要可算一下夹套可能提供的传热面积是否能满足传热要求计算是可考虑搅拌槽内表面能提供的传热面积，如果该面积能满足要求，即可认为将夹套设计符合要求。搅拌槽内表面能提供的传热面积（按最小面积计算Π2.00.×2.00=12.56m该面积大于计算所需要的传热面积A=10.9m,此，夹套设计符合要求.第四章辅助设的计算选型word档可自由复制编辑f332350.2532ff332350.2532f均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计电机的选型电动机的功率：

P

0.90

8476式中——所需要的电机功率，；η——总传动效率般取0.85~0.95，机械密封结构时，可以取值较高；填料密封结构时，取值较低）本设计取η=0.9取系列值后圆整后功率为8.5KW,选取型号Y132M的电动机功率9kW额定电压，额定转速2860r/min。支的选择立式容器的支座主要有耳式支座腿式支座支承式支座和裙式支座四种,中小型直立容器常采用前三种支座，高达的塔设备则广泛的使用裙式支座。这个设计中运用的是耳式支座耳式支座分为A（短臂和B（长臂两类，B耳式支座有较宽的安装尺寸，当设备外面有保温层，或者将设备直接放在楼板上的，宜用耳式支座。查《化工设备机械基础》附17知支座个数为四个，支座允许的载荷100KN，适用容的公称直径。支座高320质地脚螺旋规M24底板lσ=90,1筋板l=330，b，=12，垫板l=400，b=320，σ=10，。23泵选型输泵选计：

ld

[8]取管内u=1.5m/sV=Q/Ctρ=105×/(1012×50×930)=0.002231(m/s)p由

VS

24

u

VS3.14

0.04353(m则取d=45mm，管路φ50ⅹ2.5mm；取ξ=0.15（新的无缝钢管）Re=dρυ/μ=0.041.5××10-)=2.042×)取用光滑管经验公式λ=0.3164/(2.042×10)全管路设计中有3个90°弯头，ξ=0.75;一个全开阀，=0.17；管长L=5+3=8（m）W0.75J/0.04第-页

共-19页ff232f12（m）33ff232f12（m）33h1.528mg罐内压强计算：r1式中——罐内压强，；1H——静液面高度，m液r——重度，kg/m·

（是均相液体密度，mH——反应罐到地面的高度，底取Hm,底

液

=

2.00mHr9.81.601由机械能守恒得：PP11g根据有，标准椭圆形封头中，当以搅拌槽内经为基准时，则按公式：Di/2(H-h)=2计算的封头的高度经过计算封头高度应为z封z取2

18.799.81

h1.2e×5.398=5.938mVs=0.002231mm择，n=1450r/minword档可自由复制编辑23ffe2fw223ffe2fw2均相液体机械搅拌夹套冷却反应设计4.3.2冷泵选计由搅拌槽的计算中可知：=2.70kg/s，/ssV=m/ρ（/s）0.05652（m1.08

d

4Vu

冷水进口直管选热轧无缝钢管φ62ⅹ2.5mm；取

，冷水进口直管管路设计两个90弯头个标准全开长L=3.0体输送高度△h=0.4m，查表得两个90弯头的阻力系数l/d=35，标准阀全开的阻力系数l/d=300,管口突然2扩大ε突然缩小ε=0.5ll管内流动总阻力损失由公式

e

式中——摩擦阻力系数；L——总管长度mξ——阻力系数；u——流体流速，m/s；由ρυd/μ=996.95×1.08×／9.03××10

4查摩擦系数与Re及的关系图得=0.0563.0w0.52水槽液面与夹套进口建立机械能守衡方程有：gZ

u.2

upw2

f其中Z=0,Z=0.4=0,u121假设p=p1所以

wgze2

1.1429.8122

2

20.36J/kg直管输送需要泵提供的压头=/g=20.36/9.81=2.08m故所选泵需要提供的总压头总=×he2.08=2.283（m）2根据管内体积流量V=2.809L/S路所需压头he=2.283m选择离心泵，n=1450r/min第-页

共-19页32222333222233第五章设计结一览表主设计结汇搅拌器搅拌槽附

项目搅拌器型式叶轮直径叶轮宽度叶轮距槽底高度搅拌转速桨叶数搅拌功率挡板数挡板宽度

符号CzNbW

单位r/minW

设计计算结果六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器0.70.2件搅拌槽

搅拌槽有效体积搅拌液体深度搅拌槽内径搅拌槽筒体实际高度

VHDH0

2.6夹套

夹套型式螺旋板螺距夹套环隙夹套内冷却水流速冷却水移出热量被搅拌侧对流给热系数夹套侧对流给热系数搅拌槽总传热系数所需夹套面积

EQααKA

j

m/sW℃℃℃

螺旋板夹套，内设导流板电动机支座输料泵冷水泵

型号功率额定电压额定转速规格允许载荷数量型号压头流量型号压头流量

Uωhehe

KMVr/minKN个mmm

Y132MJB/T4725-95IS65-50-160IS-80-65-125word档可自由复制编辑均相液体机械搅拌夹套冷却反