蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計(jì)-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)化工原理課程設(shè)計(jì) 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175200m3／a均相液體?！甲ⅲ篨代表學(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①均相液溫度保持60℃。②平均停留時(shí)間20min。③需要移走熱量135kW。④采用蛇管冷卻，冷卻水進(jìn)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(dǎo)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(shí)連續(xù)攪拌。(三)廠址：柳州地區(qū)。(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………………………42、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(jiàn)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℃比熱容：Cp=912J／(kg·℃)導(dǎo)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(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=4.180×103KJ／(kg·℃)導(dǎo)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(shè)計(jì)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(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(shí)物料容積的關(guān)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(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60℃16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=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(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0.378>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(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2~3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υ范圍是1.5~3m/s，當(dāng)υ=1.5m/s時(shí),;當(dāng)υ=3.0m/s時(shí);,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(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=6.25×0.045=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①輸料泵的選型計(jì)算：由則取d=76mm，管路φ83ⅹ3.5mm；取7全管路設(shè)計(jì)中有3個(gè)90°彎頭，ξ=0.75;一個(gè)全開(kāi)閥，ξ=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/（m2·s2），（ρm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/s②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：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(shí)k=0.5，湍流時(shí)k=0.1；u——流體平均流速，m/s；ρ——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：ΔPs——靜壓力降，kPa；z1，z2——管道出口端，進(jìn)口端的標(biāo)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(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/mm4.72.244.99φ50ⅹ2.5mm設(shè)計(jì)評(píng)論通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之后的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的實(shí)習(xí)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我們也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開(kāi)始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂(lè)，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，但我們可以，而且設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說(shuō)有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂(lè)在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來(lái)天的合作，我感覺(jué)我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說(shuō)，確實(shí)很累，但當(dāng)我們看到自己所做的成果時(shí)，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(huì)作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問(wèn)自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無(wú)論干什么，只要人生活的有意義就可。社會(huì)需要我們，我們也可以為社會(huì)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(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了