蛇管冷卻機械攪拌裝置設計文獻doc.doc

第 13 頁德州市鴻泰環(huán)保設備有限公司攪拌研發(fā)中心培訓資料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175200m3a均相液體。注：X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 均相液溫度保持60。 平均停留時間20min。 需要移走熱量135kW。 采用蛇管冷卻，冷卻水進口溫度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小時連續(xù)攪拌。 (三)廠址：山東德州。 (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、蛇管等主要結構尺寸設計計算。 (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4 2、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、蛇管內外側換熱系數(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尚不能滿足要求時，或是殼體內襯有橡膠、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下均相液物性參數(shù)：比熱容：Cp=912J(kg)導熱系數(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=4.18010 KJ(kg)導熱系數(shù)：=0.605 W(m)平均密度：998kgm3粘度0.943310 -Pas。 1. 攪拌罐的設計罐體的尺寸包括內徑Di、高度H、容積V及壁厚n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與操作時物料容積的關系為 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6016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=730mm b=150mm 取 則轉速 加上安全系數(shù)15% 轉速取靜液面高度：靜液面高度與罐內徑之比：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0.3780.35 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23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：蛇管內徑：蛇管內體積流量 為蛇管內體流速體積流量：蛇管一般的流速范圍是1.53m/s，當=1.5m/s時, ;當=3.0m/s時; ,所以根據(jù)管子規(guī)格選:502.5mm的蛇管。蛇管內外側換熱系數(shù)的計算： 蛇管內側換熱系數(shù)管內換熱系數(shù), W/(m)；管內流體的導熱系數(shù)，； 普朗特數(shù)，管內經(jīng)，m；蛇管圈直徑，m；管內流體雷諾數(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 =6.250.045=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 輸料泵的選型計算：由則取d=76mm，管路833.5mm；取=0.27全管路設計中有3個90彎頭，=0.75;一個全開閥，=0.17；管長L=5+3=8（m）m罐內壓強計算：P1罐內壓強，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 冷水泵的選型計算：流體流經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降計算：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k=0.5，湍流時k=0.1；u流體平均流速，m/s；流體密度，kg/m3；LC螺旋管長度，m；d1蛇管內徑，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)。管內靜壓力降計算：Ps靜壓力降，kPa；z1，z2管道出口端，進口端的標高，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，進口端的流體流速，m/s；四、計算結果列表 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、蛇管等主要結構尺寸攪拌槽高度/m攪拌槽直徑/m蛇管長/m蛇管直徑/mm4.72.244.99502.5mm 主要符號表A傳熱面積，m c比熱容，kJd管徑，m U蒸發(fā)強度，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算術平均溫差，導熱系數(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柴誠敬，張國亮等化工流體流動與傳熱北京：化學工業(yè)出版社，20002化工設