蛇管冷卻機械攪拌裝置設計-化工原理課程設計

蛇管冷卻機械攪拌裝置設計化工原理課程設計 化工原理課程設計 蛇管冷卻機械攪拌裝置設計說明書攪拌裝置設計任務書（蛇管冷卻機械攪拌裝置設計）(一)設計題目均相液體機械攪拌蛇管冷卻反應器設計。(二)設計任務及操作條件(1)處理能力175200m3／a均相液體?！甲ⅲ篨代表學號最后兩位數(shù)〗(2)設備型式機械攪拌蛇管冷卻裝置。(3)操作條件①均相液溫度保持60℃。②平均停留時間20min。③需要移走熱量135kW。④采用蛇管冷卻，冷卻水進口溫度18℃，冷卻水出口溫度28℃。⑤60℃下均相液物性參數(shù)：比熱容Cp=912J／(kg·℃)，導熱系數(shù)λ=0.591W／(m·℃)平均密度ρ＝987kg／m3，粘度＝3.5X10-2Pa·s。⑥忽略污垢及間壁熱阻。⑦每年按300天，每天24小時連續(xù)攪拌。(三)廠址：柳州地區(qū)。(四)設計項目(1)設計方案簡介：對確定的工藝流程及設備進行簡要論述。(2)攪拌器工藝設計計算：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)尺寸設計計算。(4)主要輔助設備選型：冷卻水泵、攪拌電機等。(5)繪制攪拌器工藝流程圖及設備設計條件圖。(6)對本設計評述。目錄設計方案簡介………………….4工藝計算及主要設備設計……………………4一、確定設計方案……………41、選擇蒸發(fā)器的類型………………………42、流程安排……………………43、冷卻水泵、攪拌電機的選型………………4二、確定性數(shù)據(jù)………………..5三、設備各項數(shù)據(jù)計算……………………….51、攪拌槽的計算………………52、攪拌器的選型………………63、攪拌器的功率計算………………………74、電動機的選型………………85、蛇管規(guī)格的選擇………….86、蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算………………97、總傳熱系數(shù)與傳熱系數(shù)的計算……………118、泵的選型……………………12四、計算結(jié)果列表…………….15設計評論…………………….15主要符號說明……………….16參考資料…………………….17帶控制點的工藝流程簡圖、主體設備設計條件圖(見附圖)設計方案簡介蛇管冷卻攪拌是運用攪拌器將攪拌槽中的反應物料攪拌均勻，同時可以將物料的熱量均勻分布，并運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，保持一個良好的反應環(huán)境。此次設計中選用的攪拌器為渦輪平葉攪拌器，其特點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為蛇管沉浸在物料中，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對環(huán)境造成污染，總體操作也較為簡便。工藝計算及主要設備設計一、 確定設計方案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，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)過程中，當需要的傳熱面積較大，而夾套傳熱在允許的反應時間內(nèi)尚不能滿足要求時，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，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流筒和擋板的作用。蛇管中對流傳熱系數(shù)較直管大，但蛇管過長時，管內(nèi)流體阻力較大，能量消耗多，因此，蛇管不宜過長。3、 流程安排因進料口、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力。4、 冷凝攪拌的輔助設備此過程所應用的冷卻劑為冷卻水，因此在選用離心泵時，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提供攪拌的動力。工藝計算及主要設備設計二、確定性數(shù)據(jù)60℃比熱容：Cp=912J／(kg·℃)導熱系數(shù)：λ=0.591W／(m·℃)平均密度：ρ＝987kg／m3粘度＝3.5X10-2Pa·s。冷卻水定性溫度選進出口的平均溫度28+18)/2=23℃查物性手冊【化工原理第三版】在23℃下水的物性參數(shù)如下：比熱容：Cp=4.180×103KJ／(kg·℃)導熱系數(shù)：λ=0.605W／(m·℃)平均密度：ρ＝998kg／m3粘度＝0.9433×10-3Pa·s。1.攪拌罐的設計罐體的尺寸包括內(nèi)徑Di、高度H、容積V及壁厚δn罐體的長徑比大小對攪拌功率產(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，故罐體長徑比減小時，攪拌器功率增加。因此，為減小攪拌器功率，長徑比可取大一些。罐體的長徑比還對夾套傳熱產(chǎn)生影響。當容積一定時，長徑比越大，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徑比可取大一些。此外，某些物料的攪拌反應過程對罐體長徑比有特殊要求。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間，需要有足夠的液位高度，一般希望長徑比取得大一些。根據(jù)實際經(jīng)驗，幾種攪拌反應器罐體的長徑比如下表種類設備內(nèi)物料類型H/Di一般攪拌器液-固相或液-液相物料1~1.3氣-液相物料1~2發(fā)酵罐類1.7~2.5罐體的裝料量罐體全容積V與操作時物料容積的關系為式中η為裝料系數(shù)，通常取=0.6~0.85。如果物料易氣泡或呈沸騰狀態(tài)，應取低值，如果反應平穩(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，則可以認為故算出圓整成標準直徑，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。計算出圓整，然后校核、大致符合要求即可。選用標準封頭：圓整后得：基本符合要求，故罐體的尺寸為：設計要求：工作壓力為常壓，選取16低合金鋼制成的罐體。取設計壓力根據(jù)《化工設備機械基礎》（第六版）附表9鋼板、鋼管、鍛件和螺栓的許用應力，得60℃16的許用應力為采用單面焊接局部探傷，攪拌反應器厚度計算：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=730mmb=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：故只需安裝一個攪拌器雷諾數(shù)：流體屬于湍流，符合傳熱要求當時與雷諾數(shù)無關3、攪拌器的附件為了消除可能的打旋現(xiàn)象，強化傳熱，安裝6塊寬度為，即0.22m的擋板。全擋板條件判斷如下：因0.378>0.35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/電機功率：同軸：三角皮帶：安全系數(shù)取2~3這里取=3同軸傳動故所需電機理論功率所以根據(jù)國家標準電機選用電機功率為：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υ范圍是1.5~3m/s，當υ=1.5m/s時,;當υ=3.0m/s時;,所以根據(jù)管子規(guī)格選:φ50ⅹ2.5mm的蛇管。蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算：蛇管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)——管內(nèi)換熱系數(shù),W/(m·℃)；——管內(nèi)流體的導熱系數(shù)，；——普朗特數(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——普蘭特數(shù)，；——料液導熱系數(shù)，；Cp——料液比熱容，；計算時，由于壁溫通常較難測定，在未知壁溫的情況下可采用下列近似值計算：當液體被冷卻時=0.95；當液體被加熱時=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=6.25×0.045=0.28m每圈蛇管長度（以斜面長度表示）：蛇管數(shù)：蛇管長度：蛇管的圈數(shù)：；每組蛇管高度：7泵的選型①輸料泵的選型計算：由則取d=76mm，管路φ83ⅹ3.5mm；取7全管路設計中有3個90°彎頭，ξ=0.75;一個全開閥，ξ=0.17；管長L=5+3=8（m）m罐內(nèi)壓強計算：P1——罐內(nèi)壓強，Pa；H液——靜液面高度，mr——重度，kg/（m2·s2），（ρm是均相液體密度，kg/m3）。由機械能守恒得：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/s②冷水泵的選型計算：流體流經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降計算：ΔPf——螺旋管摩擦壓力降，kPa；fC,λC_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k=0.5，湍流時k=0.1；u——流體平均流速，m/s；ρ——流體密度，kg/m3；LC——螺旋管長度，m；d1——蛇管內(nèi)徑，m；DC——蛇管圈直徑（以管中心為準），m；S——螺距（以管中心為準），m；n——螺旋管圈數(shù)。管內(nèi)靜壓力降計算：ΔPs——靜壓力降，kPa；z1，z2——管道出口端，進口端的標高，m；ρ——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，進口端的流體流速，m/s；四、計算結(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/m蛇管直徑/mm4.72.244.99φ50ⅹ2.5mm設計評論通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。我覺得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個期末測試之后的課程設計對我們的作用是非常大的。經(jīng)過兩個星期的實習，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮；正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了