蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計化工原理課程設(shè)計

蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計化工原理課程設(shè)計化工原理課程設(shè)計化工原理課程設(shè)計10化工原理課程設(shè)計蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計攪拌裝置設(shè)計任務(wù)書〔蛇管冷卻機(jī)械攪拌裝置設(shè)計〕(一)設(shè)計題目均相液體機(jī)械攪拌蛇管冷卻反響器設(shè)計。(二)設(shè)計任務(wù)及操作條件(1)處理力量175200m3／aX代表學(xué)號最終兩位數(shù)〗(2)設(shè)備型式機(jī)械攪拌蛇管冷卻裝置。(3)操作條件60℃。20min。135kW。④承受蛇管冷卻，冷卻水進(jìn)口溫度1828℃。⑤60Cp=912J／(kg·℃)λ=0.591W／(m·℃)，平均密度ρ＝987kg／m3，粘度＝3.5X10-2Pa·s。⑥無視污垢及間壁熱阻。30024小時連續(xù)攪拌。(三)廠址：柳州地區(qū)。(四)設(shè)計工程(1)設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及設(shè)備進(jìn)展簡要論述。(2)攪拌器工藝設(shè)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、蛇管等主要構(gòu)造尺寸設(shè)計計算。(4)主要關(guān)心設(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)計條件圖。(6)對本設(shè)計評述。名目設(shè) 計 方 案 介………………….4工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計……………………4— 、 確 定 設(shè) 計 案……………4、 選 擇 蒸 發(fā) 器 的 型………………………4、 流 程 排……………………4、冷卻水泵、攪拌電機(jī)的選型………………4二 、 確 定 性 據(jù)………………..5三 、 設(shè) 備 各 項 數(shù) 據(jù) 算……………………….5、 攪 拌 槽 的 算………………5、 攪 拌 器 的 型………………6、 攪 拌 器 的 功 率 算………………………7、 電 動 機(jī) 的 型………………8、 蛇 管 規(guī) 格 的 擇………….8、蛇管內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)的計算………………9算……………11、 泵 的 型……………………12四 、 計 算 結(jié) 果 表…………….15設(shè) 計 論…………………….15主 要 符 號 明……………….16參 考 料…………………….17帶掌握點的工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計條件圖(見附圖)設(shè)計方案簡介蛇管冷卻攪拌是運用攪拌器將攪拌槽中的反響環(huán)境。此次設(shè)計中選用的攪拌器為渦輪平葉攪拌管傳熱是由于蛇管沉醉在物料中，熱量損失小，會對環(huán)境造成污染，總體操作也較為簡便。一、確定設(shè)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)簡潔，消耗功率小，因此承受渦輪平葉攪拌器。2、選擇冷凝類型在工業(yè)生產(chǎn)過程中，當(dāng)需間內(nèi)尚不能滿足要求時，或是殼體內(nèi)襯有橡膠、蛇管傳熱。蛇管沉醉在物料中，熱量損失小，蛇管不宜過長。3、流程安排因進(jìn)料口、冷卻水入口和出料供給傳動力。4、冷凝攪拌的關(guān)心設(shè)備此過程所應(yīng)用的冷泵.由于物料為低粘度均相流體，攪拌所需的功動力。工藝計算及主要設(shè)備設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)：λ=0.591W／(m·℃)平均密度：ρ＝987kg／m3＝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【化工原理第三版】在23℃下水的物性參數(shù)如下：比熱容：Cp=4.180×10 3KJ／(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)：λ=0.605W／(m·℃)平均密度：ρ＝998kg／m3

-3Pa·s。1.攪拌罐的設(shè)計罐體的尺寸包括內(nèi)徑DiHV及壁厚δn于攪拌器槳葉直徑與攪拌罐內(nèi)徑通常有肯定比5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(dāng)容慮長徑比可取大一些。位高度，一般期望長徑比取得大一些。下表種類設(shè)備內(nèi)物料類H/Di一般攪拌器型液固相或液-1~1.3液相物料氣-液相物料1~2發(fā)酵罐類1.7~2.5罐體的裝料量VV與操作時物料容積的關(guān)系為V0VV0式中η為裝料系數(shù)，通常取=0.6~0.85。假設(shè)物料易氣泡或呈沸騰狀態(tài)，應(yīng)取低值，假設(shè)反響平穩(wěn)，則取高值。V 150000400630 3002460

208.11m3

取0.75 則0VV0

8.11

10.82m3 0.75罐體直徑和高度在確定了罐體的H 、之后先無視罐底封頭容Di積，則可以認(rèn)為V4

D2Hi

D3H 故 D4V03(H4V03(HD)i4Di算出D圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并按下式得罐體的高度i4V03(HD)i4V03(HD)i431.3 0.758.11D

2195.2mmii圓整后的Di

2200mmV 4 V

式中：

為封頭容積。HD24 i

Di

) D計算出H圓整然后校核H 大致符合要求即Di可。選用標(biāo)準(zhǔn)封頭：

4 4abb 11005505501.39m33 3VH

4 (V0

) 4 2.48mDD2 4 i

2.22 0.75圓整后得：H 2500mmHDi

2500

2200

1.14 V筒體

4 i

2.52.229.50m340 V0V

8.11

0.745筒體根本符合要求，故罐體的尺寸為：H 2500mmD2200mmi設(shè)計要求：工作壓力為常壓，選取16 低合金MnR鋼制成的罐體。取設(shè)計壓力p 2MPac〔第六版〕附表9鋼60℃16MnR承受單面焊接局部探0.8

PDC i

22200

17.0mm2tPc

21630.82取鋼板和厚度偏差C 01

腐蝕裕量

C 0.52故名義厚度n

CC1

18.0mm2、攪拌器的選型：選用渦輪式攪拌，取d 1D 3

b0.2d所以d=730mm b=150mm 取6m 則轉(zhuǎn)s速n速

6 2.6rd 0.73 srmin rmin 取n 2.6 (0.15 1) 60 179.4取rminnrmin靜液面高度：

HH封

V物料V封S

0.55

8.111.39

2.22.224罐截面積安裝一個攪拌器

H 2.321.051.3故只需D 2.2i雷諾數(shù)：

nd2Re

18060

0.732987

45083.34Re4000

3.5102流體屬于湍流，符合傳熱要求N當(dāng)Re1000時N

與雷諾數(shù)無關(guān)p3、攪拌器的附件為了消退可能的打旋現(xiàn)象，強(qiáng)化傳熱，安裝6塊寬度為W

1 D10

0.22m推斷如下：W(Di

)1.2nb

(0.222.2

)1.260.3780.378>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，但它對液體的掌握作用較小，因此，安裝雷諾數(shù)Re

查資料的Re

=14c c六片平直葉渦輪槳葉的寬度b=0.15m，槳葉數(shù)z=6bD 0.152.20.068i

dD 0.732.20.332iHD 2.322.21.05i sin A14(bD

)370(dD

0.6)2185

140.068670(0.3320.6)218529.85id id i b21.34 D b2

1.14 D

i

0.0680.521.140.332

1.50bDP1.1bD

)2.5(dDi

0.5)27(

)4140683322bDbDbDbD

70.06841.30A 1000 1.2Re0.66

p

N B

c H D

Isin1.2p Rec

1000 3.2Re

0.66 c i29.85

1000 1.2140.66

1.3 1.514 1000 3.2140.663.64

1.05

0.350.068

11軸功率： 1803 NNP

n3d5

3.64987 60

20.11KW4/電機(jī)功率： NaPm 1

三角皮帶：

安全系數(shù)a

2~3這里取=3 同軸傳動故所需電機(jī)理論功率a20.113P m 1

所以依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)選用電機(jī)功率為：63KW5、蛇管規(guī)格的選擇：4Vs4Vsd1蛇管內(nèi)體積流量Vs

為蛇管內(nèi)體流速 體積流量：

Q 135m3sVsCT 4.1802818m3sp W

997.5

3.237103蛇管一般的流速υ1.5~3m/s，當(dāng)υ=1.5m/s時,S43.237S43.2371031.5d 1S43.2371033.0

m,所以依據(jù)管子規(guī)格選:d 0.037m1蛇管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)d

0.4

1115d 12 1

0.061 1 1

R 6 1

1 41

e Dc

d 2.56R

1 eDc eD ——管內(nèi)換熱系數(shù),W/(m·℃)；1——管內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，Wm1K1；P——普朗特數(shù)，r

Cp

4.1801030.94331036.52，r 0.605 C、、kJkg1K1Ps、導(dǎo)熱系數(shù)Wm1K1；p ad——管內(nèi)經(jīng)，m；1mss 4V 43.237103mss1 1

0.042D——蛇管圈直徑，m；cD 0.8D0.82.21.76mC iR ——管內(nèi)流體雷諾數(shù)。edR 11

0.0402.576997.5

108960.46e 1d

0.4

0.9433103115d 12

0.061 1 1 r

R 6 1 e ce

1 1 d 2.561 R

1 eDc eD1 0.040

6.52

0.4

50.040 12

0.061 10.605

41 108960 .46

61.76

11

0.040 2.56 108960 .46 1.76 619.2

9365.8W1 m2.oC管外傳熱系數(shù)： d

2n

0.62 0.14 0.83 2 j m2 D

1r3 w1 m wP ——料液的傳熱系數(shù)，W/(m·℃)P 2D——槽內(nèi)徑，m；iC

9123.5102PP

p 54.01；r r

0.591——料液導(dǎo)熱系數(shù)，Wm1K1；2C——料液比熱容， ；p計算W

kJkg1K10.14時，由于壁溫通常較難測定，在未知壁溫的狀況下可采用以下近似值計算：當(dāng)液體被冷卻時W

0.14=0.95；當(dāng)液體被加熱時0.14=1.05W d

2n

0.62

0.14 0.591 0.73239870.62 1 0.83 2 j

m P1

0.83

54.013

0.952 D

r3

2.2

3.5102 ww615.10W

1 m mC

6、總傳熱系數(shù)1 1 1 1 1K 1 1

9365.8

615.10

1.732103K1.732103

577.2Wm2K1總傳熱面積：t m

1ln

Tt212Tt2

60 18 36.770Cln6028Q 135103 A 6.36m2Ktm

577.236.77蛇管中心圓的直徑;Dn

D 20022002002023mm2.0mj由于單層蛇管的螺距不小于2.5倍管外徑。所以依據(jù)具體狀況取s=6.25d0=6.25×0.045=0.28m每圈蛇管長度〔以斜面長度表示：DD2s2n

6.29m3.237103.2371033.14243.142202.07840.04 2.58ms蛇管數(shù)：

m s

3.2371033.142

0.9981.00V4d1V

2 0.0422.584蛇管長度：L A

6.36

44.99mmd0 13.1420.045n

L

44.99

7.157；0 l 6.297泵的選型W

lu2f d 28.11V 0.00676m3S4S40.006763.1421.5由V 0

d2u4

d

0.0757mRe

d9871.50.0763214.8 3.5102d=76mm，管路φ83ⅹ3.5mm；取=0.20.012270.7543Re0.38

0.75433214.80.38

0.047390°彎頭，ξ=0.75;一個全開閥，ξ=0.17；L=5+3=8〔m〕W 0.047 8 10.530.750.171.52

f 0.076 2wh

9.98

1.02mf g 9,81P

H r1液1P1——罐內(nèi)壓強(qiáng)，Pa；H ——靜液面高度，m液mr——重度，kg〔2·s，rm

是均相液體密度，kg/3。PH1

r2.869672.627.7Kpa由機(jī)械能守恒得：u2 P u2 Ph z 1 1 h z 2 2f 1 2g g e 2 2g gz H1

H H1

0.51.761.13.36mz21.2m，27.71033.361.20 h 1.2009879.81 ehe=6.22〔m〕Q=0.00676m3/s=6.76L/sIS80-65-160型離心泵較適宜,he=7.2m，Q=8.33L/s流體流經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降計算：L

u2P f

c cd1

k02103ΔPf——螺旋管摩擦壓力降，kPa；fC,λC_螺旋管摩擦系數(shù)；k0k=0.5k=0.1；Cu——流體平均流速，m/s；ρ——流體密度，kg/m3；L——螺旋管長度，m；d1——蛇管內(nèi)徑，m；CCD——蛇管圈直徑〔以管中心為準(zhǔn)，；C0.2829.871.7620.2829.871.762S2S29.87DC2c

7

38.75mRedu

0.452.576998

11469004000 1.00870.0010.7543 0.01227 0.016c Re0.38L

u2 0.01638.75 2.5762998P

c c

k 210

0.45

210

4.89kPaf d1

0 3 3管內(nèi)靜壓力降計算：Psz2z1g1.89989.8110317.623KPaP z zg1.8996.959.8110317.604S 2 1sΔP——靜壓力降，kPa；s1 z，z——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/s21 P速度壓力降N

u22 12

103u2uP 2N

u212

103NP ——速度壓力降，kpa；N2u1，u——出口端，進(jìn)口端的流體流速，m/s；2四、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攪拌器功