蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計(jì)文獻(xiàn)doc.doc

第 13 頁(yè)德州市鴻泰環(huán)保設(shè)備有限公司攪拌研發(fā)中心培訓(xùn)資料化工原理課程設(shè)計(jì)蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書攪拌裝置設(shè)計(jì)任務(wù)書（蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計(jì)） (一)設(shè)計(jì)題目 均相液體機(jī)械攪拌蛇管冷卻反應(yīng)器設(shè)計(jì)。 (二)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 (1)處理能力175200m3a均相液體。注：X代表學(xué)號(hào)最后兩位數(shù) (2)設(shè)備型式 機(jī)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(shí)間20min。 需要移走熱量135kW。 采用蛇管冷卻，冷卻水進(jìn)口溫度18，冷卻水出口溫度28。 60下均相液物性參數(shù)：比熱容Cp=912J(kg)，導(dǎo)熱系數(shù)=0.591 W(m)，平均密度987kgm3，粘度3.5X10-2Pas。 忽略污垢及間壁熱阻。 每年按300天，每天24小時(shí)連續(xù)攪拌。 (三)廠址：山東德州。 (四)設(shè)計(jì)項(xiàng)目 (1)設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 (2)攪拌器工藝設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算。 (4)主要輔助設(shè)備選型：冷卻水泵、攪拌電機(jī)等。 (5)繪制攪拌器工藝流程圖及設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖。 (6)對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)述。目錄設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介.4工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)4一、確定設(shè)計(jì)方案41、選擇蒸發(fā)器的類型4 2、流程安排43、冷卻水泵、攪拌電機(jī)的選型4二、確定性數(shù)據(jù).5三、設(shè)備各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算.51、攪拌槽的計(jì)算52、攪拌器的選型63、攪拌器的功率計(jì)算74、電動(dòng)機(jī)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(jì)算97、總傳熱系數(shù)與傳熱系數(shù)的計(jì)算118、泵的選型12四、計(jì)算結(jié)果列表. 15設(shè)計(jì)評(píng)論.15主要符號(hào)說(shuō)明.16參考資料.17帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖(見附圖) 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介蛇管冷卻攪拌是運(yùn)用攪拌器將攪拌槽中的反應(yīng)物料攪拌均勻，同時(shí)可以將物料的熱量均勻分布，并運(yùn)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(gè)良好的反應(yīng)環(huán)境。此次設(shè)計(jì)中選用的攪拌器為渦輪平葉攪拌器，其特點(diǎn)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?yàn)樯吖艹两谖锪现?，熱量損失小，傳熱效果好。排列密集的蛇管起到導(dǎo)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(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，總體操作也較為簡(jiǎn)便。工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)一、確定設(shè)計(jì)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(shí)，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(guò)程中，當(dāng)需要的傳熱面積較大，而夾套傳熱在允許的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)尚不能滿足要求時(shí)，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(shí)，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(dǎo)流筒和擋板的作用。蛇管中對(duì)流傳熱系數(shù)較直管大，但蛇管過(guò)長(zhǎng)時(shí)，管內(nèi)流體阻力較大，能量消耗多，因此，蛇管不宜過(guò)長(zhǎng)。3、流程安排 因進(jìn)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(dòng)力。4、冷凝攪拌的輔助設(shè)備 此過(guò)程所應(yīng)用的冷卻劑為冷卻水，因此在選用離心泵時(shí)，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(jī)提供攪拌的動(dòng)力。工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)二、確定性數(shù)據(jù)60下均相液物性參數(shù)：比熱容：Cp=912J(kg)導(dǎo)熱系數(shù)：=0.591 W(m)平均密度：987kgm3粘度3.5X10-2Pas。冷卻水定性溫度選進(jìn)出口的平均溫度28+18)/2=23查物性手冊(cè)【化工原理 第三版】在23下水的物性參數(shù)如下： 比熱容：Cp=4.18010 KJ(kg)導(dǎo)熱系數(shù)：=0.605 W(m)平均密度：998kgm3粘度0.943310 -Pas。 1. 攪拌罐的設(shè)計(jì)罐體的尺寸包括內(nèi)徑Di、高度H、容積V及壁厚n罐體的長(zhǎng)徑比大小對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)徑比減小時(shí)，攪拌器功率增加。因此，為減小攪拌器功率，長(zhǎng)徑比可取大一些。罐體的長(zhǎng)徑比還對(duì)夾套傳熱產(chǎn)生影響。當(dāng)容積一定時(shí)，長(zhǎng)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(wú)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(zhǎng)徑比可取大一些。此外，某些物料的攪拌反應(yīng)過(guò)程對(duì)罐體長(zhǎng)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(shí)間，需要有足夠的液位高度，一般希望長(zhǎng)徑比取得大一些。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，幾種攪拌反應(yīng)器罐體的長(zhǎng)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(shí)物料容積的關(guān)系為 式中為裝料系數(shù)，通常取=0.60.85。如果物料易氣泡或呈沸騰狀態(tài)，應(yīng)取低值，如果反應(yīng)平穩(wěn)，則取高值。 取 則 罐體直徑和高度在確定了罐體的、之后，先忽略罐底封頭容積，則可以認(rèn)為 故 算出圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并按下式得罐體的高度取為1.3則圓整后的 式中：為封頭容積。計(jì)算出圓整，然后校核、 大致符合要求即可。選用標(biāo)準(zhǔn)封頭：圓整后得： 基本符合要求，故罐體的尺寸為： 設(shè)計(jì)要求：工作壓力為常壓，選取16低合金鋼制成的罐體。取設(shè)計(jì)壓力根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第六版）附表9鋼板、鋼管、鍛件和螺栓的許用應(yīng)力，得6016的許用應(yīng)力為 采用單面焊接局部探傷，攪拌反應(yīng)器厚度計(jì)算：取鋼板和厚度偏差 腐蝕裕量故名義厚度2、攪拌器的選型：選用渦輪式攪拌，取 所以d=730mm b=150mm 取 則轉(zhuǎn)速 加上安全系數(shù)15% 轉(zhuǎn)速取靜液面高度：靜液面高度與罐內(nèi)徑之比：故只需安裝一個(gè)攪拌器雷諾數(shù)： 流體屬于湍流，符合傳熱要求當(dāng)時(shí)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)3、攪拌器的附件 為了消除可能的打旋現(xiàn)象，強(qiáng)化傳熱，安裝6塊寬度為，即0.22m的擋板。全擋板條件判斷如下：因0.3780.35 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(duì)液體的控制作用較小，因此，安裝擋板，以消除打旋現(xiàn)象。功率計(jì)算需要知道臨界雷諾數(shù)查資料的=14六片平直葉渦輪槳葉的寬度b=0.15m，槳葉數(shù)z=6 軸功率：4/電機(jī)功率：同軸： 三角皮帶： 安全系數(shù)取23這里取=3同軸傳動(dòng)故所需電機(jī)理論功率所以根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)選用電機(jī)功率為：63KW5、蛇管規(guī)格的選擇：蛇管內(nèi)徑：蛇管內(nèi)體積流量 為蛇管內(nèi)體流速體積流量：蛇管一般的流速范圍是1.53m/s，當(dāng)=1.5m/s時(shí), ;當(dāng)=3.0m/s時(shí); ,所以根據(jù)管子規(guī)格選:502.5mm的蛇管。蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算： 蛇管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)管內(nèi)換熱系數(shù), W/(m)；管內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，； 普朗特?cái)?shù)，管內(nèi)經(jīng)，m；蛇管圈直徑，m；管內(nèi)流體雷諾數(shù)。管外傳熱系數(shù)：料液的傳熱系數(shù)，W/(m)；槽內(nèi)徑，m；Pr普蘭特?cái)?shù)，；料液導(dǎo)熱系數(shù)，；Cp料液比熱容，；計(jì)算時(shí)，由于壁溫通常較難測(cè)定，在未知壁溫的情況下可采用下列近似值計(jì)算：當(dāng)液體被冷卻時(shí)=0.95；當(dāng)液體被加熱時(shí)=1.056、總傳熱系數(shù)總傳熱面積：蛇管中心圓的直徑;由于單層蛇管的螺距不小于2.5倍管外徑。所以根據(jù)具體情況取螺距s=6.25d0 =6.250.045=0.28m 每圈蛇管長(zhǎng)度（以斜面長(zhǎng)度表示）：蛇管數(shù)：蛇管長(zhǎng)度：蛇管的圈數(shù)：；每組蛇管高度：7 泵的選型 輸料泵的選型計(jì)算：由則取d=76mm，管路833.5mm；取=0.27全管路設(shè)計(jì)中有3個(gè)90彎頭，=0.75;一個(gè)全開閥，=0.17；管長(zhǎng)L=5+3=8（m）m罐內(nèi)壓強(qiáng)計(jì)算：P1罐內(nèi)壓強(qiáng)，Pa；H液靜液面高度，mr重度，kg/（m2s2），（m是均相液體密度，kg/m3）。由機(jī)械能守恒得：z2取1.2m，he=6.22（m）Q=0.00676m3/s=6.76L/s選擇IS80-65-160型離心泵較合適,he=7.2m，Q=8.33L/s 冷水泵的選型計(jì)算：流體流經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降計(jì)算：Pf螺旋管摩擦壓力降，kPa；fC,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(shí)k=0.5，湍流時(shí)k=0.1；u流體平均流速，m/s；流體密度，kg/m3；LC螺旋管長(zhǎng)度，m；d1蛇管內(nèi)徑，m；DC蛇管圈直徑（以管中心為準(zhǔn)），m；S螺距（以管中心為準(zhǔn)），m；n螺旋管圈數(shù)。管內(nèi)靜壓力降計(jì)算：Ps靜壓力降，kPa；z1，z2管道出口端，進(jìn)口端的標(biāo)高，m；流體密度，kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2；速度壓力降速度壓力降，kpa；u1，u2出口端，進(jìn)口端的流體流速，m/s；四、計(jì)算結(jié)果列表 表1 攪拌功率及蛇管傳熱面積 攪拌器功率/KW蛇管傳熱面積/ 636.36表2 攪拌槽、蛇管等主要結(jié)構(gòu)尺寸攪拌槽高度/m攪拌槽直徑/m蛇管長(zhǎng)/m蛇管直徑/mm4.72.244.99502.5mm 主要符號(hào)表A傳熱面積，m c比熱容，kJd管徑，m U蒸發(fā)強(qiáng)度，E額外蒸汽量，kg u流速，m/st液體溫度， 給熱系數(shù)，K傳熱系數(shù)， tm算術(shù)平均溫差，導(dǎo)熱系數(shù)， Pc壓力，Pa黏度，Pa/s 黏度，Pa/s密度， Re雷諾數(shù)參考資料1柴誠(chéng)敬，張國(guó)亮等化工流體流動(dòng)與傳熱北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20002化工設(shè)