化工原理课程设计说明书

广西工学院

《化工原理》课程设计

说明书

设计题目：均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计

一、设计任务：设计任务及操作条件

(1)处理能力（140000+400X）m3／a均相液体。〖注：X代表学号最后两位数〗 (2)设备型式 机械搅拌夹套冷却装置。 (3)操作条件

①均相液温度保持50℃。 ②平均停留时间18min。 ③需要移走热量105kW。

④采用夹套冷却，冷却水进口温度20℃，冷却水出口温度30℃。

⑤50℃下均相液物性参数：比热容Cp=1 012J／(kg·℃)，导热系数λ=0.622W／(m·℃)，

平均密度ρ=930kg／m3，粘度μ＝2.733×10-2Pa·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。

(一) 厂址：柳州地区。 (二) 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。

1

(2)搅拌器工艺设计计算：确定搅拌功率及夹套传热面积。 (3)搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、夹套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。 (三) 参考文献 [1] [2]

柴诚敬，张国亮等．化工流体流动与传热．北京：化学工业出版社，2000 化工设备设计全书编辑委员会．搅拌设备设计．上海：上海科学技术出版社，1985 [3]

王凯，冯连芳．混合设备设计．北京：机械工业出版社，2000

二、目录

第一章：文献综述-----------------------------------------------------------4

第一节：慨述

一、搅拌装置的基本结构 二、搅拌器的类型与选择

第二节：搅拌装置的设计

一、搅拌功率的计算 二、搅拌器的放大 三、搅拌器中的传热 四、搅拌器的附件

第二章：夹套搅拌冷却器设计计算---------------------------------------4

第一节：搅拌槽的计算-----------------------------------------------------------------------4

一、搅拌槽的结构设计-----------------------------------------------------------------4 二、搅拌桨尺寸及其安装位置--------------------------------------------------------4 三、搅拌槽的附件-----------------------------------------------------------------------5

第二节：搅拌器的计算--------------------------------------------------------------------------5

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一、搅拌功率计算-----------------------------------------------------------------------5 二、夹套传热面积的计算--------------------------------------------------------------7

第三节：设计结果一览表------------------------------------------------------------------------8 第四节：设计总结及感想 参考文献

三、设计方案简介

（1）确定的工艺流程是夹套搅拌器用水冷却均相液体。需要的设备：冷却水泵、搅拌电机、夹套搅拌器。

(2)搅拌器工艺设计计算：确定搅拌功率、搅拌槽、搅拌桨、进料位置、封头厚度、减速机及夹套传热面积。

(3)搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、夹套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。

四、工艺流程草图及说明

工艺流程说明：

物料由流量计控制其流速，从上管口进入搅拌罐内，经过搅拌搅桨拌均匀并冷却后，由下管口排出。20度的冷水由离心泵经过夹套管的下管口输送进入夹套内，通过夹套与物料进行热量交换后，从夹套的上端管口排出,冷水由下而上进入夹套,其冷却效果比较好.

温度计流量计物料冷水出口物料出口离心泵

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五、工艺计算及主要设备设计

第一章：文献综述（略） 第二章：设计计算 一、搅拌器选型

因为该搅拌器只要是为了实现物料的均相混合，所以，推进式、桨式、涡轮式、三叶后掠式等都可以选择，此处选择六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器。 二、搅拌器设备设计计算 确定搅拌槽的结构与尺寸，明确搅拌桨及其附件的几何尺寸和安装位置，计算搅拌转速和功率，传热计算等，最终为机械色好几提供条件。 （一）搅拌槽的结构设计

1、搅拌器的容积、类型、高径比 对于连续操作，搅拌槽的有效体积为

搅拌槽的有效体积=流入搅拌槽的液体处理量×物料平均停留时间 流入搅拌槽的液体处理量=（140000+400×59）=163600m3/a 所以，搅拌槽的有效体积

V=1636000/(300×24) ×(18/60)=6.817m3

一般取搅拌液体深度与搅拌槽内径相等以搅拌槽为平底近似估算直径。由搅拌槽的有效体积可计算出搅拌槽内径：

V=

?4T2H 带入数据后得到：6.817=（3.14/4）×T2×H T=H=2.06m

由于没有特殊要求，一般选取最常用的立式圆筒型容器，根据传热要求，罐体带夹套，胶套选用螺旋板夹套，夹套内设导流板，螺距P=0.05m,夹套环隙E=0.05m

一般十佳搅拌槽的高径比为1.1—1.5,，现取1.2. 搅拌槽筒体总高 H0=1.2×2.06=2.47m 2、搅拌桨尺寸及其安装位置

搅拌器为六片平直叶圆盘涡轮式。由化工原理上册计算得：

（1） 叶轮为透平式，有6个平片，安装在直径S=0.5m的中心圆片上 （2） 叶轮直径D=1/3搅拌槽直径T=（1/3）×2.06=0.69m （3） 叶轮距槽底的高度Hi=1.0D=0.69m （4） 叶片宽度W=D/5=0.69/5=0.14m （5） 叶片长度L=D/4=0.69/4=0.17m

（6） 液体深度H=1.0 T=1.0×2.06=2.06m

（7） 挡板数=6，垂直安装在槽壁上并从槽底延伸到液面之上 （8） 挡板宽度Wb=T/10=2.06/10=0.206m=0.21m

搅拌器的转速： Ut=?Dn

Ut----------------------------叶片末梢速度，在此处取值为5.2 m·s-1（依据下表） n------------------------------搅拌器转速

透平式叶轮的末梢速度范围 搅拌强度 低度搅拌

Ut/m·s-1 2.5～3.3 4

中度搅拌 高度搅拌 所以n=

3.3～4.1 4.1～5.6 Ut=5.2/(3.14×0.69)=2.40r/s.取2.5r/s ?D3、搅拌槽的附件

为了消除可能的打旋现象，强化传热和传质，安装6片宽度为0.21m的挡板。全挡板的条件判断如下：

?Wb?1.2

（按照参考书要求要达到最高的搅拌器的功率必须要??nb=(0.21/2.06)×6=0.387

?T?达到全挡板的条件。）

由于0.387>0.35，因此，符合全挡板条件。 （二）、搅拌槽的设计计算 1搅拌功率计算

采用永田进治公式法计算 Re=

1.2D2n??=0.692×2.5×930÷2.733×100=4.05×104>300

n2DFr==(2.5)2×0.69/9.81=0.44

g由于Re数值很大，处于湍流区，因此，应该安装挡板，以消除打旋现象。功率计算需要知道临界雷诺数Rec，用Rec代替Re进行搅拌功率计算。Rec可以从图上湍流和层流的转折点得出，根据已知条件，从图上读出Rec=12.4

六片平直叶涡轮桨叶的宽度W=0.14m,桨叶数z=6 W/T=0.14/2.06=0.068 D/T=0.69/2.06=0.335 H/T=1.0 sin?=1.0

A=14+( W/T)［670(D/T-0.6)2+185］=14+0.068×［670×(0.335-0.6)2+185］=29.78

?1.3?4(W/T?0.5)?1.14D/T?=1.48 B=102

P=1.1+4(W/T)-2.5(D/T-0.5)2-7(W/T)4=1.1+4×0.068-2.5×(0.335-0.5)2-7×0.0684=1.20

NpA103?1.2Rec0.66=?B?3Rec10?3.2Rec0.66?P?H????T?(0.35?W/T)sin?=29.78/12.4+1.48[(103+1.2×

12.40.66)/(103+3.2×12.40.66)]1.201×1=3.86 N= Np?·n

3

·D5=3.86×930×2.53×0.695=8772.7W

在查图中档流动变为充分湍流时，即Re>10000以后，功率曲线变成水平线，此时流动与雷

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