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均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计工艺计算书工艺部分上海工程技术高校化学工程与工艺系均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计工艺部分
一、设计任务.处理力量140000m3/a均相液体;.设施型式机械搅拌夹套冷却器
二、操作条件.均相液温度保持50℃;.平均停留时间18min;.需移走热量105kW;.采纳夹套冷却,冷却水进口温度2℃出口温度3℃;.5OC下均相液的物性参数比热容金=1012J/kg-oC导热系数7=
0.622W/m・℃平均密度p=930kg/m3粘度m=
2.733xlO_2PaSo.忽视污垢热阻及间壁热阻;.每年按300天,每天按24小时连续运行
三、设计内容.设计方案简介对确定的工艺流程及设施进行简要论述;.搅拌器工艺设计计算确定搅拌功率及夹套传热面积;.搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、夹套等主要结构尺寸的设计计算;.主要帮助设施选型冷却水泵、搅拌电机等;.绘制搅拌器工艺流程图及设施设计条件图;.对本设计的评述附均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计——工艺计算书均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计——工艺计算书
一、选定搅拌器的类型由于该设计所用搅拌器主要是为了实现物料的均相混合,故推动式、桨式、涡轮式、三叶后掠式等均可选择,本设计选用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器
二、搅拌设施的设计计算确定搅拌槽的结构及尺寸,搅拌桨及其附件的几何尺寸及安装位置,计算搅拌转速及功率,计算传热面积等,最终为机械设计供应条件-搅拌槽的结构设计.搅拌槽的容积、类型、高径比1容积与槽径对于连续操作,搅拌槽的有效体积为搅拌槽的有效体积二流入搅拌槽的液体流量X物料的平均停留时间依据搅拌槽内液体最佳充填高度等于槽内径,即〃=现以搅拌槽为平底近似估算槽直径,则有:本设计取
1.95m2类型槽体由于没有特别要求,一般选用常用的直立圆筒型容器依据传热要求,槽体带夹套,夹套选用螺旋板夹套,内设导流板,螺距尸=50mm夹套环隙石=50mm3高径比一般实际搅拌槽的高径比为
1.1〜
1.5本设计取
1.2故搅拌槽筒体的实际高度为.搅拌桨的尺寸、安装位置及转速1搅拌桨的尺寸依据搅拌器直径的标准值等于1/3槽体内径,即查常用标准搅拌器的规格,选用涡轮式搅拌器的型号为搅拌器700-80HG5-221-65o其主要尺寸如下叶轮直径d=700mm叶轮宽度b=140mm叶片厚度5=10mm搅拌轴径80mm2搅拌桨的安装位置2依据阅历,叶轮浸入搅拌槽内液面下方的最佳深度为S=W〃,因此,可确定叶轮距槽底的高3度为=
1.95/3=
0.65m3搅拌桨的转速对于混合操作,要求搅拌器在湍流区操作,即搅拌雷诺数ReAl*4于是有即转速不能低于36r/min现依公式〃=生巴计算,得7id本设计依据阅历并考虑肯定余量,选取〃=
2.0i7s=120r/min该转速处在该类型搅拌器常用转速〃=10〜300r/min的范围之内.搅拌槽附件为了消退打旋现象,强化传热和传质,安装6块宽度为1/10〜1/12D取W=
0.2m的挡板,以满意全挡板条件全挡板条件推断如下w\202Y2—/7=--x6=
0.
390.35符合全挡板条件\D
11.95;-搅拌槽的工艺计算.搅拌功率的计算采纳永田进治公式计算亦可用Rushton关联图计算由于He值很大,处于湍流区,因此,应当安装挡板,以消退打旋现象从RushtonG-Re关联图中读取临界雷诺数湍流区全挡板曲线与层流区全挡板曲线延长线的交点所对应的雷诺数)Re^=
14.0o六片平直叶涡轮搅拌器的参数功率N亦可依据He=33348查Rushton图读取
⑦=Np=
5.8这比用永田进治公式计算的结果要大这不难理解,由于阅历公式和查图都存在肯定的误差.夹套换热面积的计算
(1)槽内液体对槽壁的对流给热系数%采纳左野雄二推举的桨式和涡轮式搅拌器的传热关联式计算单位质量被搅拌液体所消耗的功率£被搅拌液体的运动粘度
(2)夹套内冷却水对槽壁的对流给热系数采纳蛇管中流体对管壁的对流传热系数公式计算冷却水的定性温度为(20+30)/2=25℃在此温度下水的物性如下C/=4179J/kg-℃2=
0.608W/m-℃p=997kg/m3//=
9.03xlO^Pa-s需移走的热量冷却水的质量流率加夹套中水的流速〃当量直径De=4E=4x
0.05=
0.2m蛇管轮的平均轮径.=
1.850m()
(3)总传热系数K依题意,忽视污垢及间壁热阻,有
(4)夹套的传热面积需要核算以下夹套可能供应的传热面积是否能满意换热耍求计算时应按搅拌槽内表面所能供应的有效换热表面积即该面积大于所需换热面积,因此,该设计满意工艺设计要求主要设计计算结果汇总均相液体机械搅拌蛇管冷却反应器设计工艺部分
一、设计任务.处理力量150000m3/a均相液体;.设施型式机械搅拌蛇管冷却器
二、操作条件.均相液温度保持6℃;.平均停留时间20min;.需移走热量135kW;.采纳蛇管冷却,冷却水进口温度18℃出口温度28℃;.60C下均相液的物性参数比热容=912J/kgCC导热系数2=
0.591W/m・℃平均密度〃=987kg/m3粘度〃=
3.5xl2pa.s.忽视污垢热阻及间壁热阻;.每年按300天,每天按24小时连续运行
三、设计内容.设计方案简介对确定的工艺流程及设施进行简要论述;.搅拌器工艺设计计算确定搅拌功率及夹套传热面积;.搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、蛇管等主要结构尺寸的设计计算;.主要帮助设施选型冷却水泵、搅拌电机等;.绘制搅拌器工艺流程图及设施设计条件图;.对本设计的评述附均相液体机械搅拌蛇管冷却反应器设计——工艺计算书均相液体机械搅拌蛇管冷却反应器设计——工艺计算书
一、选定搅拌器的类型由于该设计所用搅拌器主要是为了实现物料的均相混合,故推动式、桨式、涡轮式、三叶后掠式等均可选择,本设计选用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器
二、搅拌槽的结构设计确定搅拌槽的结构及尺寸,搅拌桨及其附件的几何尺寸及安装位置,计算搅拌转速及功率,计算传热面积等,最终为机械设计供应条件-搅拌槽的容积、类型、高径比.容积与槽径对于连续操作,搅拌槽的有效体积为搅拌槽的有效体积二流入搅拌槽的液体流量X物料的平均停留时间依据搅拌槽内液体最佳充填高度等于槽内径,即”现以搅拌槽为平底近似估算槽宜径,则有本设计取=
2.0m则H=
2.211m.类型槽体由于没有特别要求,一般选用常用的直立圆筒型容器依据传热要求,槽内装
⑦57x
3.5mm蛇管,由无缝钢管弯制而成蛇管除了能起到冷却作用外,还能起到导流筒和挡板的作用.高径比一般实际搅拌槽的高径比为
1.1〜15本设计取
1.2搅拌槽筒体总高(-)搅拌桨的尺寸、安装位置及转速
1.搅拌桨的尺寸依据搅拌器直径的标准值等于1/3槽体内径,即查常用标准搅拌器的规格,选用涡轮式搅拌器的型号为搅拌器700-80HG5-221-65o其主要尺寸如下叶轮直径d=700mm叶轮宽度6=140mm叶轮厚度5=10mm搅拌轴径80mm
2.搅拌桨的安装位置2依据阅历,叶轮浸入搅拌槽内液面下的最佳深度为S=*4,因此,可确定叶轮距槽底的高度3为C=
2.211/3=
0.74m
3.搅拌桨的转速对于混合操作,要求搅拌器在湍流区操作,即搅拌雷诺数ReIO于是有Re=丝土=987x
0.7;〃=13818〃=104=〃=
0.72r/s=43r/min搅拌器雷诺准数公式〃
3.510一2即转速不能低于43r/min现依公式〃二也计算,得7cd474474n=-^―==
2.16r/s=129r/min7td
3.14x
0.7依据阅历并考虑肯定的余量,本设计取〃=
2.0r/s=120r/min该值处在该类型搅拌器常用转速〃=10〜300r/min的范围之内
(三)搅拌槽附件为了消退打旋现象,强化传热和传质,安装6块宽度为(1/10〜1/12)D取W=
0.2m的挡板,以满意全挡板条件全挡板条件推断如下x6=
0.
380.35(符合全挡板条件)
三、搅拌装置的工艺计算(-)搅拌功率的计算采纳永田进治公式计算(亦可采纳Rushton
①-Re关联图计算)由于He值很大,处于湍流区,因此,应当安装挡板,以消退打旋现象从RushtonG-Ae关联图中读取临界雷诺数(湍流区全挡板曲线与层流区全挡板曲线延长线的交点所对应的雷诺数)Rec=
14.00六片平直叶涡轮搅拌器的参数功率N亦可依据Re=27636查Rushton图读取
⑦=Np=
5.6这比用永田进治公式计算的结果要大这不难理解,由于阅历公式和查图都存在肯定的误差二搅拌装置换热面积的计算.蛇管内冷却水对管内壁的对流给热系数采纳蛇管中流体对管壁的对流传热系数公式计算冷却水的定性温度为18+28/2=23°C在此温度下水的物性如下Cp=4180J/kg-℃A=
0.605W/m-℃p=
997.5kg/m3//=
9.44x10-4Pa•s需移走的热量冷却水的质量流率加蛇管中水的流速〃蛇管直径De=
0.05m螺距P=150mm蛇管轮的平均轮径2=
1.850m.被搅拌液体对内冷蛇管外壁的对流给热系数外采纳左野雄二推举的桨式和涡轮式搅拌器的传热关联式计算单位质量被搅拌液体所消耗的功率£被搅拌液体的运动粘度.总传热系数K依题意,忽视污垢及间壁热阻,有.夹套的传热面积
2.
523.14x
0.057=
14.08m蛇管螺旋排列直径取
1.3m螺距150mm环绕
3.5圈即可,由于圈数近似为主要设计计算结果汇总20000m3/a高志宏牛慧芳210000m3/a杨正明张景慧220000m3/a张园蔡鹤嘉均相液体机械搅拌夹套及蛇管冷却反应器设计23000m3/a吴楠阿卜来提・艾尼240000m3/a王亚飞邢鸿宝25000m3/a马国强曾继云26000m3/a周冲项目符号单位设计计算结果搅拌器搅拌器型式六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器叶轮直径dm
0.7叶轮宽度bm
0.14叶轮距槽底高度Cm
0.65搅拌转速nr/min120桨叶数z6搅拌功率NW5547搅拌槽附件挡板数nb6挡板宽度Wm
0.2搅拌槽搅拌槽有效体积Vm
35.833搅拌液体深度Hm
1.95搅拌槽内径Dm
1.95搅拌槽筒体实际高度Hom
2.34夹套夹套型式螺旋板夹套,内设导流板螺旋板螺距Pm
0.05夹套环隙Em
0.05夹套内冷却水流速Um/s
1.06冷却水移出热量QW110547被搅拌侧对流给热系数QjW/m2℃
636.3夹套侧对流给热系数aW/m2℃4082搅拌槽总传热系数KW/m2℃
550.5所需夹套面积Am
28.14项目符号单位设计计算结果搅拌器搅拌器型式六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器叶轮直径dm
0.7叶轮宽度bm
0.14叶轮距槽底高度Cm
0.74搅拌转速nr/min120桨叶数z6搅拌功率NW5871搅拌槽附件挡板数nb6挡板宽度Wm
0.2搅拌槽搅拌槽有效体积Vm
36.944搅拌液体深度Hm
2.211搅拌槽内径Dm
2.0搅拌槽筒体实际高度Hom
2.4蛇管蛇管型式无缝钢管
⑦57x
3.5mm蛇管螺距Pm
0.15蛇管内冷却水流速Um/s
1.72冷却水移出热量QW140871被搅拌侧对流给热系数QcW/m2℃2202蛇管内对流给热系数aW/m2℃6154搅拌槽总传热系数KW/m2℃1522所需蛇管换热面积Am
22.52。