蛇管冷却机械搅拌装置设计文献doc

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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

(1)处理能力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

①均相液温度保持60℃。

②平均停留时间20min。

③需要移走热量135kW。

④采用蛇管冷却，冷却水进口温度18℃，冷却水出口温度28℃。

⑤60℃下均相液物性参数：比热容Cp=912J／(kg·℃)，导热系数λ=0.591

W／(m·℃)，

平均密度ρ＝987kg／m3，粘度＝3.5X10-2Pa·s。

⑥忽略污垢及间壁热阻。

⑦每年按300天，每天24小时连续搅拌。

(三)厂址：山东德州。

(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。 德州市鸿泰环保设备有限公司搅拌研发中心培训资料

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(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……………………………………………………………………………4

1、选择蒸发器的类型………………………………………………………………………4

2、流程安排……………………………………………………………………………………4

3、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……………………………………………………………………….5

1、搅拌槽的计算………………………………………………………………………………5

2、搅拌器的选型………………………………………………………………………………6

3、搅拌器的功率计算………………………………………………………………………7

4、电动机的选型………………………………………………………………………………8

5、蛇管规格的选择……………… ………………………………………………………….8

6、蛇管内外侧换热系数的计算………………………………………………………………9

7、总传热系数与传热系数的计算……………………………………………………………11

8、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

蛇管冷却搅拌是运用搅拌器将搅拌槽中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，使搅拌槽中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消耗的功率较小，可以减小能量的损耗：而选用蛇管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 德州市鸿泰环保设备有限公司搅拌研发中心培训资料

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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，可采用蛇管传热。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，则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

二、确定性数据

60℃下均相液物性参数：

比热容：Cp=912J／(kg·℃)

导热系数：λ=0.591 W／(m·℃)

平均密度：ρ＝987kg／m3

粘度＝3.5X10-2Pa·s。

冷却水定性温度选进出口的平均温度28+18)/2=23℃

查物性手册【化工原理 第三版】在23℃下水的物性参数如下：

比热容：Cp=4.180×10 ³KJ／(kg·℃)

导热系数：λ=0.605 W／(m·℃)

平均密度：ρ＝998kg／m3

粘度＝0.9433×10 -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δn

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，则罐体盛料部分表面积越大，传热表面距罐体中心越近，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取大一些。

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大一些。 德州市鸿泰环保设备有限公司搅拌研发中心培训资料

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根据实际经验，几种搅拌反应器罐体的长径比如下表

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-液相物料 1~2

发酵罐类 1.7~2.5

罐体的装料量

罐体全容积V与操作时物料容积0V的关系为

VV0

式中η为装料系数，通常取=0.6~0.85。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。

3011.820602430063400150000mV 取75.0 则 3082.1075.011.8mVV

罐体直径和高度

在确定了罐体的iDH、之后，先忽略罐底封头容积，则可以认为

iiiDHDHDV3244

故 30)(4VDHDii

算出iD圆整成标准直径，并按下式得罐体的高度

取iDH为1.3则mmVDHDii2.219575.011.83.14)(4330

圆整后的mmDi2200

)(4402VDDVHii 式中：为封头容积。

计算出H圆整，然后校核iDH、 大致符合要求即可。

选用标准封头：339.155055011003434mabb

mVDDVHii48.2)39.175.011.8(2.24)(44202 德州市鸿泰环保设备有限公司搅拌研发中心培训资料

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圆整后得：mmH2500

14.122002500iDH 322i50.92.25.244mHDV筒体

745.039.150.911.80筒体VV

基本符合要求，故罐体的尺寸为：mmH2500 mmDi2200

设计要求：工作压力为常压，选取16MnR低合金钢制成的罐体。取设计压力MPapc2

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60℃16MnR的许用应力为MPat163 采用单面焊接局部探伤，8.0

搅拌反应器厚度计算：mmPDPctiC0.1728.01632220022

取钢板和厚度偏差01C 腐蚀裕量5.02C

故名义厚度mm0.1821圆整CCn

2、搅拌器的选型：

选用涡轮式搅拌，取31Dd 2.0db

所以d=730mm b=150mm 取sm6 则转速 srdn6.273.06

加上安全系数15% 转速min4.17960)115.0(6.2rn

取min180rn

静液面高度：mSVVHH32.242.239.111.855.02罐截面积封物料封

静液面高度与罐内径之比：3.105.12.232.2iDH故只需安装一个搅拌器

雷诺数：34.45083105.398773.060180Re222nd

4000Re 流体属于湍流，符合传热要求

当1000Re时pN与雷诺数无关

3、搅拌器的附件