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1、搅拌装置设计任务书一、 设计题目七水硫酸锌冷却搅拌结晶器设计。二、设计任务及操作条件(1)处理能力（1.9+0.01X）105m3a 均相ZnSO4液体。注：X 代表学号最后两位数(2)设备型式 机械搅拌蛇管冷却结晶装置。(3)操作条件饱和ZnSO4溶液温度80，密度 ：=1.52 g/cm3比热容，C = 0.842Kcal /(kg /)；溶液的初始浓度，0.876 kg （ZnSO4 ）/kg（H2O） ；冷却至25时放入离心过滤机分离晶体，25溶解度0.580 kg（ZnSO4）/kg（H2O）冷却时间4 小时。过程中有结晶析出, 结晶热 qc=14.94 Kcal / kg (ZnS
2、O4 .7H2O ) 采用蛇管冷却，冷却水进口温度20，出水口温度30。忽略污垢及间壁热阻。每年按300 天，每天24 小时连续搅拌。三、厂址：柳州地区。四、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。(2)搅拌器工艺设计计算：确定搅拌功率及蛇管传热面积。(3)搅拌器、搅拌器附件、搅拌槽、蛇管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（3图纸）。(6)对本设计评述。目录搅拌装置设计任务书I第一章设计方案简介第二章 工艺流程图及说明第三章工艺计算及主要设备的计算3.1确定数据3.2搅拌槽的计算3.3搅拌器的
3、选型：3.1.1 搅拌器的选型3.1.2.搅拌桨尺寸及安装位置3.1.3. 搅拌器的附件及功率计算3.1.4蛇管规格的选择3.2.1管外传热系数3.2.3总传热面积：3.3 泵的选型3.3.4支座的选择第四章 总热量的衡算第五章 物料衡算第六章 计算结果列表第七章 设计评论第八章 附图第九章 主要符号列表第十章参考文献 II第一章设计方案简介 搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产上应用范围很广，尤其在化工工业中，很多的化工生产或多或少的在应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程和化学过程，往往要采用搅拌操作才能达到好的效果，搅拌设备在许多场合是用作反应器，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，
4、有液-液、液-固、液-气等相反应。搅拌的目的：1.使互不相溶液体混合均匀 2.使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应3.制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或发生液-固反应4.强化传热，防止局部过热或过冷。不同的搅拌目的，搅拌 效果具有不同的表示方法。搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气体搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用。相对于机械搅拌作用相比，仅通过气泡对液体进行搅拌是比较弱的，所以在 工业生产中大多数的搅拌属于机械搅拌，本实验要求的就是机械搅拌设备的设计。蛇管冷却搅拌是运用搅拌器将搅拌槽中的反应物料搅拌均匀，同时可以将物料的热量均匀分布，并运用蛇管作为冷却装置，使搅拌槽
5、中的物料液保持在一定的温度下，保持一个良好的反应环境。此次设计中选用的搅拌器为涡轮平叶搅拌器，其特点是在物料黏度不大的物料中搅拌所消耗的功率较小，可以减小能量的损耗：而选用蛇管传热是因为蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好。排列密集的蛇管起到导流筒和挡板的作用。冷凝剂选用冷却水，是由于其传热效率好而且易于得到，传热后冷却水可直接排放而不会对环境造成污染，总体操作也较为简便。1.1搅拌器的选型搅拌器主要类型有：桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、推进式、框式、螺带式、三叶后掠式等，搅拌器的选用应满足以下要求：保证物料的混合均匀，功率消耗最少，所需费用最低，操作方便，易于制造和维修。 由于此搅拌槽中
6、所搅拌的溶液为低粘度均相流体，搅拌时，由于其循环容易，消耗功率小，因此采用涡轮平叶搅拌器。1.2搅拌器的安装及组成选择搅拌器的上方可用机械密封，易维护、检修、寿命长。搅拌器的安装高度应有利于底部出料，使搅拌器的出料口出的物料得到充分的搅拌，使输料管路通畅。搅拌罐由搅拌罐体、搅拌罐盖、搅拌器、支撑、传动装置、轴封装置等组成，还可根据工艺要求配置加热装置或冷却装置。搅拌罐体、搅拌罐盖、搅拌器、轴封等选用材料可根据工艺要求选用碳钢或不锈钢等材料来制作。搅拌罐盖上部配备的传动装置（电机或减速器），有传动轴驱动搅拌罐内的搅拌器。轴封装置可采用机械或填料等多种形式1.3电动机的选型电机功率选用应满足搅拌器
7、运动转功率与转动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌过程中会出现不利的条件导致功率过大。1.4密封装置的选择用垂直于轴的密封转轴的机械密封装置。与填料密封相比，机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封形式。1.5选择冷凝类型 在工业生产过程中，当需要的传热面积较大，而夹套传热在允许的反应时间内尚不能满足要求时，或是壳体内衬有橡胶、耐火砖等隔热材料而不能采用夹套传热时，可采用蛇管传热。蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好。排列密集的蛇管起到导流筒和挡板的作用。蛇管中对流传热系数较直管大，但蛇管过长时，管内流体阻力较大，能量消耗多，因此，蛇管不宜过长。1
8、.6泵的选择泵的选型的重要依据是：工艺装置生产中，要求泵输送介质的额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量的1.1-1.5倍；进口压力和出口压力：进口介质温度；操作状态为连续操作或间歇操作；装置气蚀余量。根据本设计的均相料液和冷却用水的粘度，要求的流量和估算的扬程，我们选用的离心泵为：料液泵型号选IS80-50-200型离心泵 ,冷水泵型号选IS80-50-200离心泵1.7支座的选择立式安装的反应釜最常用的支座为耳式支座，标准耳式支座（JB/T4725-92），分为A和B型两种。当设备需要保温或直接支承载在楼板上时选用B型，否则选择A型。本次设计选用B型耳式支座。由于每台反应釜常用4个支座
9、，所以再根据所要支撑的重量选择合适的允许载荷。1.8管子的选择化工厂中介质的流体流动，大多数为湍流。当输送的流体流量一定时，管径的大小直接影响经济效果，管径小，流体流速大，管径压降大，从而增加流体输送机械的动力操作费用；反之，管径大，虽然动力操作费用减少，但管路的建造维修费用则增加。管径的大小，依据化工生产中可能出现的最大流量、介质的推荐流速和压力降来确定。1.9封头的选择封头是压力容器必不可少的重要组成部分，封头分为半圆形封头、标准椭圆形封头、蝶形封头、球冠形封头4种，以内径和外径为基准来确定封头的高度。封头的选取主要看是否符合生产的需求。第二章 工艺流程图及说明流程说明： 饱和硫酸锌原料液
10、经过泵的输送到达搅拌釜，进行搅拌；水经过离心泵有储水池到搅拌釜周围，对正在搅拌的原料液进行冷却处理。经过搅拌冷却后的物料，从出料口出来，然后对其进行结晶，得到七水硫酸锌晶体。第三章工艺计算及主要设备的计算3.1确定数据饱和硫酸锌溶液定性温度选进出口的平均温度（80+25）/2=55比热容：C=962J /(kg /)导热系数：=0.61 W(m)平均密度：958.5 gcm3粘度3.12 X10-2Pas冷却水定性温度选进出口的平均温度(20+30)/2=25查物性手册【化工原理】上册 物性参数如下： 比热容：Cp=4.17910 KJ(kg)导热系数：=0.608 W(m)平均密度：997.
11、03kgm3粘度0.902910-3 Pas3.2搅拌槽的计算罐体的尺寸包括内径Di、高度H、容积V及壁厚n罐体的长径比大小对搅拌功率产生影响。由于搅拌器桨叶直径与搅拌罐内径通常有一定比例范围，如果长径比减小，即高度减小而直径增大，搅拌桨叶直径也增大，在固定的搅拌轴转速下，搅拌器功率与桨叶直径的5次方成正比，故罐体长径比减小时，搅拌器功率增加。因此，为减小搅拌器功率，长径比可取大一些。罐体的长径比还对夹套传热产生影响。当容积一定时，长径比越大，则罐体盛料部分表面积越大，传热表面距罐体中心越近，无聊温度梯度越小越有利于提高传热效果。因此从传热角度考虑长径比可取大一些。此外，某些物料的搅拌反应过程
12、对罐体长径比有特殊要求。例如发酵罐，为了使通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液位高度，一般希望长径比取得大一些。根据实际经验，几种搅拌反应器罐体的长径比如下表种类设备内物料类型H/Di一般搅拌器液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5罐体全容积V与操作时物料容积的关系为： 式中为装料系数，通常取=0.60.85。如果物料易气泡或呈沸腾状态，应取低值，如果反应平稳，则取高值。 取 则 罐体直径和高度在确定了罐体的、之后，先忽略罐底封头容积，则可以认为 故 算出圆整成标准直径，并按下式得罐体的高度取为1.3则圆整后的 式中：为封头容积。计算出圆整，然后校
13、核、 大致符合要求即可选用标准封头：圆整后得： 基本符合要求，故罐体的尺寸为： 设计要求：工作压力为常压，选取16低合金钢制成的罐体。取设计压力根据化工设备机械基础（ 化学工业出版社）表9-4碳素钢、普通低合金钢钢板的许用应力，得5516的许用应力为 采用单面焊接局部探伤，搅拌反应器厚度计算：取钢板和厚度偏差 腐蚀裕量故名义厚度3.3搅拌器的选型：3.1.1 搅拌器的选型选用涡轮式搅拌，取 所以d=D/3=5/3=1.67m b=d*0.2=0.334m 取 则转速 静液面高度：静液面高度与罐内径之比：故只需安装一个搅拌器加上安全系数15% 转速取由公式： 流体属于湍流，符合传热要求当时与雷诺
14、数无关 3.1.2.搅拌桨尺寸及安装位置搅拌器为六片平直叶圆盘涡轮式。由化工手册计算的：（1） 叶轮为透平式，有六个平叶，安装在直径s=0.5m的中心圆片上（2） 叶轮直径D=1/3=（3） 叶轮距槽底的高度 （4） 叶片宽度（5） 叶片长度（6） 液体深度（7） 挡板数=6，垂直安装在槽壁上并从槽底延伸到液面上（8） 挡板宽度3.1.3. 搅拌器的附件及功率计算 为了消除可能的打旋现象，强化传热，安装6块宽度为，即0.5m的挡板。全挡板条件判断如下：因0.3790.35 因此符合全挡板条件。由于雷诺数值很大，处于湍流区， 蛇管虽成盘管状，但它对液体的控制作用较小，因此，安装挡板，以消除打旋现
15、象。功率计算需要知道临界雷诺数查资料的=14六片平直叶涡轮桨叶的宽度b=0.334m，桨叶数z=6 轴功率：4/电机功率：同轴： 三角皮带： 安全系数取23这里取=2同轴传动故所需电机理论功率所以根据国家标准电机选用电机功率为：335KW（以上公式出处混合设备设计）3.1.4蛇管规格的选择蛇管内径：蛇管内体积流量 为蛇管内体流速 已知体积流量：蛇管一般的流速范围是1.53m/s，当=1.5m/s时, ;当=3.0m/s时; ,所以根据管子规格选:762.5mm的蛇管。总传热的校正 实际传热面积与理论传热面积存在偏差，只要由于蛇管内外传热系数及蛇管材料不同引起的，所以要对其校正。蛇管内外侧换热系
16、数的计算 蛇管内侧换热系数:管内换热系数, W/(m)；管内流体的导热系数，； 普朗特数，管内经，m；蛇管圈直径，m；管内流体雷诺数。3.2总传热面积的计算3.2.1管外传热系数料液的传热系数，W/(m)；槽内径，m；Pr普兰特数，；料液导热系数，；Cp料液比热容，；计算时，由于壁温通常较难测定，在未知壁温的情况下可采用下列近似值计算：当液体被冷却时=0.95；当液体被加热时=1.05 3.2.2总传热系数3.2.3总传热面积：蛇管中心圆的直径;由于单层蛇管的螺距不小于2.5倍管外径。所以根据具体情况取螺距s=6.25d0 =6.250.071=0.444m 每圈蛇管长度（以斜面长度表示）：蛇
17、管数：蛇管长度：蛇管的圈数：；每组蛇管高度：需要移走的热量为：Q=252.397+335=587.397KW3.3 泵的选型 输料泵的选型计算：由则取d=65mm，管路702.5mm；取=0.2全管路设计中有3个90弯头，=0.75;一个全开阀，=0.17；管长L=5+3=8（m）m罐内压强计算：P1罐内压强，Pa；H液静液面高度，mr重度，kg/（m2s2），（m是均相液体密度，kg/m3）。由机械能守恒得：根据GB/T中有，标准椭圆形封头中，当以搅拌槽内径为基准时，则按公式：则z2取1.2m，he=9.13（m）Q=0.00498m3/s=4.98L/s选择IS80-50-200型离心泵较
18、合适,he=12.5m，Q=6.94L/s n=1450r/min 冷水泵的选型计算：流体流经螺旋管的摩擦压力降计算：Pf螺旋管摩擦压力降，kPa；fC,C_螺旋管摩擦系数；k0螺旋管出口连接管口的阻力系数，如果出口管口直接与螺旋管相切连接，则滞流时k=0.5，湍流时k=0.1；u流体平均流速，m/s；流体密度，kg/m3；LC螺旋管长度，m；d1蛇管内径，m；DC蛇管圈直径（以管中心为准），m；S螺距（以管中心为准），m；n螺旋管圈数。管内静压力降计算：Ps静压力降，kPa；z1，z2管道出口端，进口端的标高，m；流体密度，kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2；速度压力降 速度压力降，
19、kpa；u1，u2出口端，进口端的流体流速，m/s；根据有关内体积流量Vs=6.058L/s，管路所需的压头He总=9.13+1=10.13m，选择IS80-50-200离心泵（流量为6.94L/s，扬程H为12.5m ,n=1450r/min）（以上公式出自化工原理上册和混合设备设计）3.3.4支座的选择蛇管内的总体积：蛇管内总体积：蛇管内水的质量：m=V=997.036.058X10-3=6.04Kg蛇管内液体的载荷Q1：Q1=gm=9.816.04=59.25N罐内的质量流速ms:ms=958.5129000/（300243600）=4.77Kg/s则罐内液体的质量m2:m2=mst1=
20、4.7743600=68688Kg则罐内液体的载荷Q2：Q2=gm2=9.8168688 N=673.829KN经估算蛇管和反应釜内材料及仪器的质量大约为50KN，立式安装的反应釜最常用的支座为耳式支座。每台反应釜用4个支座。所以选择JB/T4725-95，耳座B7，每个支座允许载荷200KN，所以查化工设备机械基础课程设计指导附表4-9。第四章 总热量的衡算 已知（公式出处化工原理上册）需要移走的热量为：传热面积的衡算总传热系数 总传热面积： 需要移走的热量为：（以上公式出自化工原理上册）第五章 物料衡算 对于形成溶剂化合物的结晶过程，由于溶剂化合物带出的溶剂不再存在于母液中，而该溶剂中原来
21、溶有的溶质也必然全部结晶出来。（公式出处化工原理下册） 此时，溶质的衡算式为： 溶液的初始组成：C1=0.876kg(ZnSO4)/kg(H2O) 母液在25时的浓度：C2=0.580kg（ZnSO4)/kg(H2O) 原料液中的含水量:=0.53317.92=9.55kg/h 摩尔质量比 结晶热qc=14.94Kcal/kg=6.251104J/kg=62.51KJ/kg 溶液Cp=962J/(kg.)=0.962KJ/(kg.) 常压下水的汽化热：rs=2435.0KJ/kg 所以： 第六章 计算结果列表项目符号单位设计计算结果搅拌罐物料容积V0m371.67罐体全容积Vm395.56圆整
22、后标准直径Dim5搅拌罐的高度Hm5筒体的体积V筒体m98.13实际装填系数0.73搅拌器直径dm1.67bm0.334静液面高度Hm3.58转速nr/s 80雷诺数Re181362.8搅拌器的附件挡板的宽度Wm0.5涡轮桨叶宽度bm0.334桨叶长度Lm0.418液体深度H1m5叶轮距槽底的高度Hm1.67涡轮桨叶数z个6系数A29.57系数B1.48P1.30Np3.57轴功率Nkw167.07电机功率Pmkw335蛇管规格体积流量Vsm3/s6.05810-3最小流速的直径d1m0.0717最大流速的直径d2m0.0507蛇管规格mm762.5管内普朗特数Pr6.204管内流速V1m/s
23、1.53蛇管圈直径Dcm4管雷诺数R119961.6内传热系数1W/(m*C)5261.88管外普朗特数Pr181.106外传热系数2W/(m*C)1245.25蛇管数m1蛇管长度Lm47.52蛇管圈数n0圈4每组蛇管高度Hm1.776泵的选型输料泵的流速V0m3/s0.00498泵的直径dm0.065雷诺数Re4755.33管路型号mm702.5扬程hem9.13流量QL/s4.98离心泵IS80-50-200冷水泵螺旋管长度Lcm25.15内体积流量VsL/s1.53压头扬程Hem10.13离心泵型号IS80-50-200热量衡算质量流量WKg/s17.92传递热量Qkw587.397总传
24、热系数Kw/m3/k1006.95算术平均温差tmC54.85总传热面积Am210.6质量衡算溶剂蒸发量V0.0693结晶产量GKg10.607第七章 设计评论 通过这次课程设计，让我们学到了化工设计的基础知识、设计方法和基本流程，同时也加强了我们的动手、思考和解决问题的能力。两周的课程设计，我们经历了一开始的茫然、毫无头绪到疯狂的查阅资料到大致的设计思路的形成再到真正的设计计算最后检查整理排版的艰辛历程。在课程设计的过程中既加强了对课本知识的巩固和运用，又学会了利用查询各种手册的方法及技巧，掌握了各种计算结果的校核，能画出基本的工艺流程图、主要设备结构等图形，提高了我们利用计算机画图的能力。
25、在设计的过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。设计的各个环节都是本组同学讨论而确定的，所以很好地锻炼了我们自主解决问题的能力。同时，通过课程设计还使我们树立了正确的设计思想，培养严肃认真、高度负责的态度，也让我重新的认识化工原理这门课程，认识到它在工业生产中的重要应用。 这两周的课程设计非常感谢罗老师的指导和帮助，没有她的指导根本无法完成这次设计，初次接触这种设计，所以有很多地方存在不足，希望老师多多见谅！我会在日后的学习中加强我的理论知识的学习，希望以后再遇到设计的时候能从容不乱，做的更完美！第八章 附图第九章 主要符号列表表示符号表示意义单位表示符号表示意义单
26、位V0物料容积m31内传热系数W/(m*C)H搅拌罐的高度mn0蛇管圈数圈d直径mhe扬程mn转速r/sQ流量L/sN轴功率kwLc冷水泵螺旋管长度mPm电机功率kwQ传递热量kwVs体积流量m3/sK总传热系数w/m3/kC比热容J/(kg/)tm算术平均温差C导热系数W(m)A总传热面积m2平均密度gcm3G结晶产量Kgz涡轮桨叶数个第十章参考文献1 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，20002 王凯，冯连芳。混合设备设计北京：机械工业出版社，20003贾绍义，柴诚敬。化工原理课程设计，天津：天津大学出版社，2002.84 王凯，虞军。搅拌设备，北京：化学工业出版社，2003.85 夏青，贾绍义。化工原理，天津：天津大学出版社，2012.16赵军，段成红。 化工设备机械基础化学工业出版社7夏清 贾绍义 。化工原理（上、下） 天津大学出版社