蛇管冷卻攪拌裝置課程設(shè)計

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　　蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計</p><p><b>　　說 明 書</b></p><p><b>　　攪拌裝置設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　（蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計）</p>

2、<p><b>　　(一)設(shè)計題目</b></p><p>　　均相液體機(jī)械攪拌蛇管冷卻反應(yīng)器設(shè)計。</p><p>　　(二)設(shè)計任務(wù)及操作條件</p><p>　　(1)處理能力175200m3／a均相液體?！甲ⅲ篨代表學(xué)號最后兩位數(shù)〗</p><p>　　(2)設(shè)備型式 機(jī)械攪拌蛇管冷卻裝置。

3、</p><p><b>　　(3)操作條件</b></p><p>　?、倬嘁簻囟缺３?0℃。</p><p>　?、谄骄Ａ魰r間20min。</p><p>　?、坌枰谱邿崃?35kW。</p><p>　?、懿捎蒙吖芾鋮s，冷卻水進(jìn)口溫度18℃，冷卻水出口溫度28℃。</p>

4、<p>　　⑤60℃下均相液物性參數(shù)：比熱容Cp=912J／(kg·℃)，導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.591 W／(m·℃)，</p><p>　　平均密度ρ＝987kg／m3，粘度＝3.5X10-2Pa·s。</p><p>　?、藓雎晕酃讣伴g壁熱阻。</p><p>　　⑦每年按300天，每天24小時連續(xù)攪拌。</p>

5、<p>　　(三)廠址：柳州地區(qū)。</p><p><b>　　(四)設(shè)計項目</b></p><p>　　(1)設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及設(shè)備進(jìn)行簡要論述。</p><p>　　(2)攪拌器工藝設(shè)計計算：確定攪拌功率及蛇管傳熱面積。</p><p>　　(3)攪拌器、攪拌器附件、攪拌槽、蛇管等主要結(jié)構(gòu)

6、尺寸設(shè)計計算。</p><p>　　(4)主要輔助設(shè)備選型：冷卻水泵、攪拌電機(jī)等。</p><p>　　(5)繪制攪拌器工藝流程圖及設(shè)備設(shè)計條件圖。</p><p>　　(6)對本設(shè)計評述。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計方案簡介…………………………………………

7、……………………………………….4</p><p>　　工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計……………………………………………………………………4</p><p>　　一、確定設(shè)計方案……………………………………………………………………………4</p><p>　　1、選擇蒸發(fā)器的類型………………………………………………………………………4 </p><p&

8、gt;　　2、流程安排……………………………………………………………………………………4</p><p>　　3、冷卻水泵、攪拌電機(jī)的選型………………………………………………………………4</p><p>　　二、確定性數(shù)據(jù)………………………………………………………………………………..5</p><p>　　三、設(shè)備各項數(shù)據(jù)計算………………………………………………

9、……………………….5</p><p>　　1、攪拌槽的計算………………………………………………………………………………5</p><p>　　2、攪拌器的選型………………………………………………………………………………6</p><p>　　3、攪拌器的功率計算………………………………………………………………………7</p><p>　　4

10、、電動機(jī)的選型………………………………………………………………………………8</p><p>　　5、蛇管規(guī)格的選擇……………… ………………………………………………………….8</p><p>　　6、蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算………………………………………………………………9</p><p>　　7、總傳熱系數(shù)與傳熱系數(shù)的計算…………………………………………………

11、…………11</p><p>　　8、泵的選型……………………………………………………………………………………12</p><p>　　四、計算結(jié)果列表……………………………………………………………………………. 15</p><p>　　設(shè)計評論…………………………………………………………………………………….15</p><p>　　主要

12、符號說明……………………………………………………………………………….16</p><p>　　參考資料…………………………………………………………………………………….17</p><p>　　帶控制點的工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計條件圖(見附圖)</p><p><b>　　設(shè)計方案簡介</b></p><p>　　蛇

13、管冷卻攪拌是運用攪拌器將攪拌槽中的反應(yīng)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(yīng)環(huán)境。</p><p>　　此次設(shè)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(dǎo)流筒和擋板的作用。冷凝劑選用冷卻

14、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。</p><p>　　工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計</p><p><b>　　一、確定設(shè)計方案</b></p><p>　　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

15、。</p><p>　　2、選擇冷凝類型 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，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(dǎo)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。</p><p>

16、;　　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力。</p><p>　　4、冷凝攪拌的輔助設(shè)備 此過程所應(yīng)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(jī)提供攪拌的動力。工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計</p><p><b&

17、gt;　　二、確定性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　60℃下均相液物性參數(shù)：</p><p>　　比熱容：Cp=912J／(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)：λ=0.591 W／(m·℃)</p><p>　　平均密度：ρ＝987kg／m3</p><p>　　粘度＝3.5X1

18、0-2Pa·s。</p><p>　　冷卻水定性溫度選進(jìn)出口的平均溫度28+18)/2=23℃</p><p>　　查物性手冊【化工原理 第三版】在23℃下水的物性參數(shù)如下： </p><p>　　比熱容：Cp=4.180×10 ³KJ／(kg·℃)</p><

19、;p>　　導(dǎo)熱系數(shù)：λ=0.605 W／(m·℃)</p><p>　　平均密度：ρ＝998kg／m3</p><p>　　粘度＝0.9433×10 -³Pa·s。</p><p><b>　　1. 攪拌罐的設(shè)計</b></p><p>　　罐體的尺寸包括內(nèi)徑Di、高度H、容

20、積V及壁厚δn</p><p>　　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。</p><p>　　罐體的長徑比還對夾套傳熱產(chǎn)生影響。當(dāng)容積一定時，長徑比

21、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。</p><p>　　此外，某些物料的攪拌反應(yīng)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。</p><p>　　根據(jù)實際經(jīng)驗，幾種攪拌反應(yīng)器罐體的長徑比如下表</p&

22、gt;<p><b>　　罐體的裝料量</b></p><p>　　罐體全容積V與操作時物料容積的關(guān)系為</p><p>　　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。</p><p><b>　　取 則 </b></p><

23、;p><b>　　罐體直徑和高度</b></p><p>　　在確定了罐體的、之后，先忽略罐底封頭容積，則可以認(rèn)為</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　算出圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并按下式得罐體的高度</p><p><b>　　取為1.3則</b

24、></p><p><b>　　圓整后的 </b></p><p><b>　　式中：為封頭容積。</b></p><p>　　計算出圓整，然后校核、 大致符合要求即可。</p><p><b>　　選用標(biāo)準(zhǔn)封頭：</b></p><p><

25、b>　　圓整后得：</b></p><p>　　基本符合要求，故罐體的尺寸為： </p><p>　　設(shè)計要求：工作壓力為常壓，選取16低合金鋼制成的罐體。取設(shè)計壓力</p><p>　　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，</p><p

26、>　　攪拌反應(yīng)器厚度計算：</p><p>　　取鋼板和厚度偏差 腐蝕裕量</p><p><b>　　故名義厚度</b></p><p><b>　　2、攪拌器的選型：</b></p><p>　　選用渦輪式攪拌，取 </p><p>　　所以d=730mm

27、b=150mm 取 則轉(zhuǎn)速 </p><p>　　加上安全系數(shù)15% 轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　靜液面高度：</b></p><p>　　靜液面高度與罐內(nèi)徑之比：故只需安裝一個攪拌器</p><p><b>

28、;　　雷諾數(shù)：</b></p><p>　　流體屬于湍流，符合傳熱要求</p><p><b>　　當(dāng)時與雷諾數(shù)無關(guān)</b></p><p><b>　　3、攪拌器的附件</b></p><p>　　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

29、：</p><p>　　因0.378>0.35 因此符合全擋板條件。</p><p>　　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</p><p>　　六片平直葉渦輪槳葉的寬度b=0.15m，槳葉數(shù)z=6</p><p><

30、b>　　軸功率：</b></p><p><b>　　4/電機(jī)功率：</b></p><p>　　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(jī)理論功率</p><p>　　所以根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)選用電機(jī)功率為：63KW</p><p>　　5、蛇管規(guī)格的選擇：</p>

31、<p><b>　　蛇管內(nèi)徑：</b></p><p>　　蛇管內(nèi)體積流量 為蛇管內(nèi)體流速</p><p><b>　　體積流量：</b></p><p>　　蛇管一般的流速υ范圍是1.5~3m/s，當(dāng)υ=1.5m/s時, ;當(dāng)υ=3.0m/s時; ,所以根據(jù)管子規(guī)格選:</p><p&

32、gt;　　φ50ⅹ2.5mm的蛇管。</p><p>　　蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算：</p><p><b>　　蛇管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)</b></p><p>　　——管內(nèi)換熱系數(shù), W/(m·℃)；</p><p>　　——管內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，；</p><p>　　—— 普朗特數(shù)，，——

33、管內(nèi)經(jīng)，m；</p><p>　　——蛇管圈直徑，m；</p><p>　　——管內(nèi)流體雷諾數(shù)。</p><p><b>　　管外傳熱系數(shù)：</b></p><p>　　——料液的傳熱系數(shù)，W/(m·℃)；</p><p><b>　　——槽內(nèi)徑，m；</b><

34、;/p><p>　　Pr——普蘭特數(shù)，；</p><p>　　——料液導(dǎo)熱系數(shù)，；</p><p>　　Cp——料液比熱容，；</p><p>　　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(dāng)液體被冷卻時=0.95；當(dāng)液體被加熱時=1.05</p><p><b>　　6、總傳熱系數(shù)&

35、lt;/b></p><p><b>　　總傳熱面積：</b></p><p><b>　　蛇管中心圓的直徑;</b></p><p>　　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</p><p>　　螺距s=6.25d0 =6.25×0.045=0.28m 　　&

36、lt;/p><p>　　每圈蛇管長度（以斜面長度表示）：</p><p><b>　　蛇管數(shù)：</b></p><p><b>　　蛇管長度：</b></p><p><b>　　蛇管的圈數(shù)：；</b></p><p><b>　　每組蛇管高度：&

37、lt;/b></p><p><b>　　7 泵的選型</b></p><p>　?、?輸料泵的選型計算：</p><p><b>　　由</b></p><p>　　則取d=76mm，管路φ83ⅹ3.5mm；取=0.2</p><p><b>　　7<

38、/b></p><p>　　全管路設(shè)計中有3個90°彎頭，ξ=0.75;一個全開閥，ξ=0.17；</p><p>　　管長L=5+3=8（m）</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　罐內(nèi)壓強(qiáng)計算：</b></p><p>　　P

39、1——罐內(nèi)壓強(qiáng)，Pa；</p><p>　　H液——靜液面高度，m</p><p>　　r——重度，kg/（m2·s2），（ρm是均相液體密度，kg/m3）。</p><p><b>　　由機(jī)械能守恒得：</b></p><p><b>　　z2取1.2m，</b></p>

40、<p>　　he=6.22（m）</p><p>　　Q=0.00676m3/s=6.76L/s</p><p>　　選擇IS80-65-160型離心泵較合適,</p><p>　　he=7.2m，Q=8.33L/s</p><p>　　② 冷水泵的選型計算：</p><p>　　流體流經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降計

41、算：</p><p>　　ΔPf——螺旋管摩擦壓力降，kPa；</p><p>　　fC,λC_螺旋管摩擦系數(shù)；</p><p>　　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；</p><p>　　u——流體平均流速，m/s；</p><p>　　ρ—

42、—流體密度，kg/m3；</p><p>　　LC——螺旋管長度，m；</p><p>　　d1——蛇管內(nèi)徑，m；</p><p>　　DC——蛇管圈直徑（以管中心為準(zhǔn)），m；</p><p>　　S——螺距（以管中心為準(zhǔn)），m；</p><p><b>　　n——螺旋管圈數(shù)。</b></p

43、><p><b>　　管內(nèi)靜壓力降計算：</b></p><p>　　ΔPs——靜壓力降，kPa；</p><p>　　z1，z2——管道出口端，進(jìn)口端的標(biāo)高，m；</p><p>　　ρ——流體密度，kg/m3；</p><p>　　g——重力加速度，9.81m/s2；</p><

44、;p><b>　　速度壓力降</b></p><p>　　——速度壓力降，kpa；</p><p>　　u1，u2——出口端，進(jìn)口端的流體流速，m/s；</p><p><b>　　四、計算結(jié)果列表 </b></p><p>　　表1 攪拌功率及蛇管傳熱面積 <

45、/p><p>　　表2 攪拌槽、蛇管等主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p><b>　　設(shè)計評論</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問題的能力。我覺得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的

46、動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。經(jīng)過兩個星期的實習(xí)，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(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預(yù)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(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會能有實踐的機(jī)會，但我們可以，而且設(shè)計也是一

47、個團(tuán)隊的任務(wù)，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(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當(dāng)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(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反</p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理

48、論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)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(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)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(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后

49、的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項目。</p><p><b>　　主要符號表</b></p><p>　　A——傳熱面積，m c——比熱容，kJ</p><p>　　d——管徑，m U——蒸發(fā)強(qiáng)度，</p><p>　　E——額外蒸汽量，kg

50、 u——流速，m/s</p><p>　　t——液體溫度，℃ α——給熱系數(shù)，</p><p>　　K——傳熱系數(shù)， △tm——算術(shù)平均溫差，℃</p><p>　　λ——導(dǎo)熱系數(shù)， Pc——壓力，Pa</p><p>　　υ——黏度，Pa/s υ——黏度，

51、Pa/s</p><p>　　ρ——密度， Re——雷諾數(shù)</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　1．柴誠敬，張國亮等．化工流體流動與傳熱．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000</p><p>　　2．化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會．?dāng)嚢柙O(shè)備設(shè)計．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，198

52、5</p><p>　　3．王凱，馮連芳．混合設(shè)備設(shè)計．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　4.賈紹義，柴誠敬。化工原理課程設(shè)計。天津：天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　5. 賀匡國主編《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊》</p><p>　　6. 茅曉東，李建偉編《典型化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)》</p>&l