均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计.成版.

化工原理课程设计
设计题目：均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计
设计者班级：树达学院化学工程与工艺1班
设计者姓名：陈儒涛、李菁文、潘慧
设计者学号：201321370101、201321370106、201321370110设计日期：2015-11-22
指导老师：兰支利
《化工原理》课程设计成绩评定栏。

设计任务书
一、设计题目：均相液体机械搅拌夹套冷却反应器设计
带搅拌装置的夹套式反应器是有机化工的最常见反应器，是精细化工生产中常采用的间歇式反应釜，对其的设计具有重要的应用背景。

二、设计任务及操作条件
1. 处理能力120000m3／a均相液体
2. 设备型式机械搅拌夹套冷却装置
三、操作条件
①均相液体温度保持60℃
②平均停留时间20min
③需要移走热量120kW
④采用夹套冷却，冷却水进口温度20℃，冷却水出口温度32℃
⑤60℃下均相液体物性参数：比热容Cp=1 050J／(kg·)℃，导热系数
λ=0.65W／(m·)℃，平均密度ρ=950kg／m3，粘度μ＝2.735x10-2Pa·s。

⑥忽略污垢及间壁热阻
⑦年按300天，每天24小时连续搅拌
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：确定搅拌功率及夹套传热面积。

3、搅拌器、搅拌器附件、搅拌釜、夹套等主要结构尺寸的工艺设计计算，
完成结构设计。

4、主要辅助设备计算与选型：冷却水泵、搅拌电机及接管等。

5、设计结果汇总。

6、工艺流程图（PFD）及主体设备工艺条件图
7、设计评述
五、设计要求
1、设备的工艺设计计算
过程中所出现的各种设备（包括管线）均采用手工进行工艺设计计算，不得使用各种模拟软件（如Aspen等）获得结果，并编制详细的计算说明书；
2、工艺流程草图一张，用于设计说明书中工艺流程说明；
3、附图两张，物料流程图（PFD）一张，要求对管道进行标注；主体设
备工艺条件图一张。

4、设计说明书要求用MS-Word编辑，保存为DOC格式；所有的图纸均用
AutoCAD绘制（A3）。

目录
第一章设计方案简介 (1)
1.1搅拌器的选型 (1)
1.2搅拌器的安装选择 (2)
1.3电动机的选型 (3)
1.4减速机的选型 (3)
1.5密封装置的选择 (4)
1.6物料进口出口安置 (3)
1.7夹套进出口安置 (4)
1.8泵的选择 (4)
1.9支座的选择 (5)
1.10人孔和手孔的选择 (5)
1.11管子的选择 (5)
1.12封头的选择 (5)
第二章工艺流程图及说明 (7)
第三章工艺计算及主要设备的计算 (8)
3.1均相液体和冷却水的物性数据 (8)
3.2搅拌槽的计算 (8)
3.3搅拌器的功率计算 (12)
3.4总传热面积 (13)
3.4.1被搅拌液体侧的对流传热系数.. (11)
3.4.2夹套测冷却水对流传热系数 (11)
3.4.3总传热系数 (13)
3.4.4夹套传热面积 (13)
第四章设备的选型 (16)
4.1电动机的选型 (16)
4.2支座的选择 (16)
4.3泵的选型 (17)
4.3.1 输料泵的选型计算 (17)
4.3.2 冷水泵的选型计算 (18)
第五章设计结果一览表 (20)
第六章附图（另附搅拌器工艺流程图及设备设计条件图） (22)
第七章设计心得 (22)
第八章主要符号说明 (23)
第九章参考文献 (24)
第一章设计方案简介
搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程与化学过程，往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。

搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，有液-液、液-固、液-气等相反应。

搅拌的目的是：1、使互不相溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液、强化传质过程；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-固化学反应；4、强化传热，防止局部过热或过冷。

所以根据搅拌的不同目的，搅拌效果有不同的表示方法，
搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。

气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。

与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，所以在工业生产，大多数的搅拌操作均是机械搅拌。

本设计实验要求的就是机械搅拌搅拌器设备的设计遵循以下三个过程：○1根据搅拌目的和物理性质进行搅拌设备的选型，○2在选型的基础进行工艺设计与计算，○3进行搅拌设备的机械设计与费用评价。

在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。

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下列要求：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。

由于本设计是低黏度的液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，主要目的是在给定的时间内达到或接近均相混合的要求。

其主要控制因素是容积循环速率。

由于三叶推荐式的循环强且消耗动力少，循环容易，所以是最适用的。

而涡轮式虽有高的剪切力，但对于这种混合过程并没太大的必要，所以若用在大容量液体混合时就不合理。

桨式的因其结构简单，在小量液体混合中广泛的应用，但用在大量液体混合时，其循环能力就不足。

透平式是化工厂中运用最为广泛的搅拌器,能有效的完成几乎所有的搅拌操作并能处理粘度范围较广的液体,他们在差生径向液流时特别有效,但亦同时引起轴向液流,尤其在槽壁上有挡板之时.对混合密度大致相同的液体,他们的效力极为显著,此外,它们的造价也比多数其他形式的搅拌器低.
结合这次设计的各种条件选择是的六个平片的透平式搅拌器.
1.2搅拌器的安装及组成选择
1.2.1搅拌器上端可用机械密封，易维护、检修、寿命长。

搅拌器的安装高度要有利于底部出料，使出料口处得到充分的搅动，使输料管路畅通。

1.2.2组成
搅拌罐由搅拌罐体、搅拌罐盖、搅拌器、支承、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不同的工艺要求选用碳钢或不锈钢等材料来制作。

搅拌罐体与搅拌罐盖可采用法兰密封联结或焊接联结。

搅拌罐体与搅拌罐盖可根据工艺要求开进料、出料、观察、测温、测压、蒸汽分馏、安全放
空等工艺管孔。

搅拌罐盖上部配置有传动装置（电机或减速器），由传动轴驱动搅拌罐内的搅拌器.
轴封装置可采用机封或填料、迷宫密封等多种形式(根据用户需要确定)。

1.3电动机的选型
电机功率选用应满足搅拌器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操作中会出现不利的条件导致功率过大。

搅拌转动装置常配用4极或6极电动机,8极电动机比较少用,2极电动机几乎不用。

通常，减速机有多种减速比可选择，配用4极或6极电动机有可能获得相近的搅拌转速。

当电动机功率相同时，4极电动机比6极电动机便宜，质量轻，但所要求的减速机的减速比较大，减速机可能比较贵。

所以我们选用6极的电动机。

1.4减速机的选型
减速机的选择是根据反应釜搅拌传动所需的电机功率，搅拌轴转速（即减速机输出轴转速），然后再根据其他具体条件综合考虑，确定适用的减速机。

其中反应釜为立式安装，采用耳式反应。

由于设备需要保温，反应釜直接支撑在楼板上，所以选B型，选四个支座。

由于反应釜的直径为1900mm，大于900mm所以需要开设入人孔。

便于安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。

选用圆形入孔的机器制造方便。

圆孔的大小及位置以进出设备方便；搅拌器的尺寸，以方便搅拌器轴及搅拌器能通过的入孔放入罐体内。

1.5 密封装置的选择
用垂直于轴的平面来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。

机械密封装置主要由动环、静环、弹簧加荷装置和辅助密封圈等四部分组成。

1.6 物料进口安置
出料管的结构设计主要考虑物料是否易于放出且能放尽，阻力小，不易赌塞，温应力等因素。

我们设计的出料口在反应釜的下端，便于物料排净，不用设置出料泵。

另外，出料口设置温度测量点，以便控制物料的冷却温度。

1.7夹套进出口安置
冷却液进口管安置在反应釜两侧，使液体从底部进入，高端流出，从而避免气泡的产生，使传热介质能充满整个夹套空间。

1.8 泵的选择
泵的选型的重要依据是：工艺装置生产中，要求泵输送的介质流量Q；要求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；装置汽蚀余量。

根据本设计的均相料液和冷却用水的粘度、要求的流量、估算的扬程
和连续操作的要求，我们选用离心泵，料液泵型号选IS80-65-125，冷却水型号选IS-65-50-160。

由于预防操作过程中出现意外，所以，离心泵应一开一备。

1.9 支座的选择
立式安装的反应釜最常用的支座为耳式支座。

标准耳式支座为
（JB/T4725-92）。

分为A型和B型两种。

当设备需要保温或直接支承载楼板上时选B型，否则选择A型。

所以本次设计所用B型耳式支座。

由于每台反应釜常用4个支座。

所以再根据所要支撑的重量来选择合适的允许载荷。

1.10 人孔、法兰、螺母、螺栓、垫片的选择
孔盖需经常开闭时，宜选用快开式人、手孔。

常压人、手孔只适用于无毒和非易然介质，其允许工作压力(包括蒸汽压力和液柱压力)按标准规定。

容器公称直径为1900mm，一般选用DN 500mm人孔;手孔直径一般不小于DN150mm，检查孔直径一般不小于DN80mm.
1.11 管子的选择
化工厂中介质的流体运动，绝大多数是湍流。

当输送流体的流量一定时，管径的大小直接影响经济效果。

管径小，介质流速大，管路压力降大，从而增加了流体输送机械（泵或压缩机）的动力操作费用;反之，增大管径，虽然动力费用减少，但管路建造费用却增加。

管径的大小，依据化工运行中介质可能出现的最大流量，介质的推荐流速和允许的压力降来确定。

1.12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、球冠形封头四种，其中分别以外径和内经为基准取封头的高度，然而封头的选取根据其搅拌槽的内压力又有所不同，主要是看是否能符合生产的需要等因素。

第二章工艺流程图及说明
流程的说明
首先，将冷水放入冷水储罐，在里面停留一定的时间，达到要求温度之后，通过离心泵将加热后的水抽入夹套，通过调节阀控制水的流量，流出的水进入流出水储罐。

其次，均相料液由料液泵抽入搅拌槽，开动并调节搅拌器转速，通过料液进口的调节阀，控制料液进料的流量，使得料液在搅拌槽中停留一定时间，最后，流出的均相液体进入储罐。

第三章工艺计算及主要设备的计算
3.1均相液体和冷却水的物性数据
均相液体60℃下的物性参数
比热容1050J/(kg. ℃)；
导热系数0.65w/(m. ℃)
平均密度950kg/m3
粘度2
⨯ Pa·s；
2-
.
10
735
冷却水定性温度选进出口的平均温度(20+32)/2=26℃；
查物性手册【化工原理第二版】在26℃下水的物性参数如下：
比热容4178J/(kg·℃)
导热系数0.610w/(m·℃)
密度996.7kg/m3
粘度3
.
⨯Pa·s
0-
8825
10
查物性手册【化工原理第二版】在20℃下水的物性参数如下：
密度998.2kg/m3
粘度3
⨯Pa·s
1-
.
004
10
查物性手册【化工原理第二版】在32℃下水的物性参数如下：
密度955.0kg/m3
粘度3
.
⨯Pa·s
0-
10
7719
3.2搅拌槽的计算
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，搅拌槽的有效体积有如下公式：
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=120000m 3/a 所以，搅拌槽的有效体积
V=120000/(300×24) ×(20/60)=5.556m 3
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为1.9m ，搅拌液体深度为1.9m ，即
D ＝H ＝3
4π
V
＝
3
14
.3556
.54⨯＝1.9m 由于罐体没有特殊要求，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
一般实际搅拌槽的高径比为1.1—1.5，现取1.2. 搅拌槽筒体总高
H 0=1.2×1.9＝2.28m
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 ＝0.33D ＝0.33×1.9＝0.63m (3)叶轮距槽底的高度C=1.0d ＝0.63m
(4)叶片宽度b=d/5=0.63/5=0.13m (5)叶片长度L=d/4=0.63/4=0.16m (6)液体深度H=1.0D=1.0×1.9=1.9m
(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W b =D/10=1.9/10=0.19m (9)搅拌器的转速： U t =πdn
U t ----------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
表一、透平式叶轮的末梢速度范围
3、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(1/10)D 即0.19m 的挡板。

全挡板的条件判断如下：
n b =(
D
W b )2
.1n b =(0.19/1.9)1.2×6=0.379 由于0.379＞0.35，因此，符合全挡板条件。

根据GB/T 规定，材料选择是Q235-B,根据《化工设备机械基础》第六版选材的一般原则：（1）压力容器用钢材应符合GB150—1998《钢制压力容器》的要求，材料适用于设计压力不大于35Mpa 的压力容器，选材应接受国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》的减速。

压力容器受压元件用钢应是由平炉、电炉或氧气顶吹转炉冶炼的镇静钢，钢材（板材、带材、管材、型材、锻件等）的质量与规格应符合现行国家标准、行业标准或者有关技术规定。

压力容器承压构件使用普通低碳钢的适用范围见表，当操作温度在-20～3500C ，壁厚不大，且无频繁温、压波动是，可采用半镇静钢代替镇静钢。

表二、压力容器用碳素钢镇静钢版的适用范围
搅拌槽的壁厚计算：
[]c
t
c P D
-=φσδ2P =1.0×1900/(2×113×0.8-1.0)=10.57mm δn =δ+C+圆整=10.57+0.63+圆整=12mm 式中
δ——圆筒的技术厚度，mm ；
P C =P=1.0Mpa ——圆筒的计算压力，Mpa ； D ——搅拌槽的内径，mm ；
φ——圆筒的焊接接头系数，设圆筒局部无损伤，取φ=0.80；
[]t σ——圆筒材料在设计温度下的许用应力，Mpa ，查《化工设备机械基础》
附九图得：[]t σ=113Mpa 整合后取搅拌槽壁厚为12mm 。

3.3搅拌器的功率计算
（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=
μ
ρ
n d 2=0.632×2.7×950÷2.735×100=37222.98>300
Fr=g
d n 2=(2.7)2×0.63/9.81=0.468
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Re c ，用Re c 代替Re 进行搅拌功率计算。

Re c 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Re c =14.0 六片平直叶涡轮桨叶的宽b=0.13m,桨叶数z=6 b/D=0.13/1.9=0.068 d/D ＝0.63/1.9=0.332 H/D=1.0 sin θ=1.0
A=14+( b/D)［670(d/D-0.6)2+185］=14+0.068×［670×(0.332-0.6)2+185］=29.85
496.110
14.1)5.0(43.12
==⎥⎦
⎤⎢⎣⎡---D d D b B
P=1.1+4(b/D)-2.5(d/D-0.5)2-7(b/D)4=1.1+4⨯0.068-2.5×(0.332-0.5)2-7×
0.0684=1.301
N p =[]
2.1)35.0(0.66
30.66
3sin )(Rec 2.310Rec 2.110Rec θD b
P
D
H B A ++++=29.85/14+1.496⨯[(103
+1.2×140.66)/(103+3.2×140.66)]1.301×1×1=2.132+1.496×0.985=3.61 N= N p ρ·n 3·d 5=3.61×950×2.73×0.635=6699W
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，此时流动与雷诺数和佛劳德数都无关，应读图得到φ=N p =6.1，所以对于有挡板的典型构型搅拌器，Re>10000时
N=6.1ρ·n 3·d 5=6.1×950×2.73×0.635=11320.03W
如果采用查Rushton 算图计算，当Re=6.62×104时，查得φ=N p =6.1,与用永田进治公式计算所得结果有一定的差距，这也不难理解，因为查图本身就有一定的误差，同时，经验公式也有一定误差。

3.4总传热面积
1、被搅拌液体侧的对流传热系数αj 采用佐野雄二推荐的关联式计
算
Nu j =08
.052
.03/1227.034Pr )(512.0⎪⎭
⎫
⎝⎛⎪
⎭
⎫ ⎝⎛D b D d D νε
ε=N/m=N/ρν=4N/ρπD 2H
=6699×4/（950×3.14×1.92×1.9）=1.31W/Kg ν=μ/ρ=2.735×10-2/950=2.879×10-5
227.034
)(νεD =()
227
.03
5410
879.29.131.1⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢
⎣⎡⨯⨯-=2354.97
Pr=C p μ/λ=1050×2.735×10-2/0.65=44.18
Nu j =αj D/λ=08
.052
.03/1277.034Pr )(512.0⎪⎭
⎫
⎝⎛⎪
⎭
⎫
⎝⎛D b D d D νε
1.9αj /0.65=0.512×2354.97×44.181/3×0.3320.52×0.0680.08
∴αj =662.85w/(m 2·0C)
2、夹套侧冷却水对流传热系数α，计算时可忽略V is 项
Nu=αD e /λ=0.027Re 0.8Pr 0.33V is 0.14 下面计算水的流速u
查物性手册定性温度（20+32）/2=260C.冷却水的物理参数如下： 比热容：C p =4178J/(Kg ·0C) 导热系数λ=0.610 w/(m 2·0C) 密度ρ=996.7Kg/m 3 粘度μ=8.825×10-4pa ·s 需要移走的热量为：
Q=120000+N=120000+6699=126699W 冷却水的质量流率：
Q=mC p (t 2-t 1) m=Q/ C p (t 2-t 1)= 126699/［4178⨯（32-20）］=2.53Kg/s 夹套中水的流速： u=
E
P m ∙ρ
/=（2.53/996.7）/（0.05×0.05）=1.02m/s D e =4E=4×0.05=0.2m D C =1.850m
Re.=D e u ρ/μ=(0.2×1.02×996.7)/(8.825×10-4)=230398.64 Pr= C p μ/λ=4178×8.825×10-4/0.610=6.04
0.2α/λ=0.027×230398.640.8×6.040.33[1+3.5×(0.2/1.85)]
α=4006.44w/(m 2·0
C)
3、求总传热系数K,忽略污垢热阻和搅拌槽壁热阻
K=1/(1/αj +1/α)=1/(1/662.85+1/4006.44)=568.75w/(m 2·0C)
4、求夹套传热面积
由Q=KF m t ∆
m t ∆=
2121ln t t t t ∆∆∆-∆=20
32ln )
3260()2060(---=33.640C F=m
t K Q
∆=126699/（568.75×33.64）=6.62m ²
需要可算一下夹套可能提供的传热面积是否能满足传热要求，计算是可考虑搅拌槽内表面能提供的传热面积，如果该面积能满足要求，即可认为将夹套设计符合要求。

搅拌槽内表面能提供的传热面积（按最小面积计算）： πDH=3.14×1.9×1.9=11.34m ²
该面积大于计算所需要的传热面积F=6.62m ²,因此，夹套设计符合要求。

第四章 设备的计算和选型
4.1电动机的选型
电动机的功率：()W 33.744390
.06699===
ηP P m ≈7.44(KW) 式中P m ——所需要的电机功率，KW ；
η——总传动效率。

（一般取0.85~0.95，机械密封结构时，可以取值较高；填料密封结构时，取值较低）
取系列值后圆整后功率为7.5KW,选取型号为Y-160M1-6的电动机，功率7kW ，额定电流17A ，额定转速970/min 。

表四、Y-160M1-6三相电动机的相关参数
4.2支座的选择
在立式容器中，对于支座的选择主要有耳式支座、腿式支座、支承式支座和裙式支座这四种，中、小型直立容器一般都是采用前三种支座，只有较为高大的塔型设备才广泛使用裙式支座。

在我们的这个设计中，我们选用的是耳式支座。

耳式支座又被分为A 型（短臂）和B 型（长臂）两类，其中，B 型耳式支座有较宽的安装尺寸，当设备外面有保温层，或者将设备直接放在楼板上的，应该尽量选用B 型耳式支
座，否则选用A 型耳式支座。

查《化工设备机械基础》附表17可知：
JB/T4725-95，支座个数为四个，支座允许的载荷100KN ，适用容器的公称直径DN1300～2600mm 。

支座高度320，支座质量28.7Kg.地脚螺旋规格
M24，d=30.底板l¬1=250,b1=180,σ=16,s1=90,筋板l2=330，b2=200，σ=12，垫板l3=400，b3=320，σ=10，e=48。

4.3泵的选型
4.3.1 输料泵的选型计算：
2W 2
u d l f ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ξλ [8]
取管内u=1.5m/s
V s =Q/C p t ρ=126699/(1050×60×950)=0.002117 (m 3/s) 由)(0424.05.114.3002117
.044
42m u V d u
d V S S =⨯⨯==⇒=ππ
则取d=43mm ，管路φ45ⅹ2.0mm ；取ξ=0.15（新的无缝钢管）
Re=d ρυ/μ=0.04×1.5×950/(210735.2-⨯)=2.084×103(2100<Re<105)
取用光滑管经验公式λ=0.3164/Re 0.25=0.3164/(2.084×103)0.25=0.047
全管路设计中有3个90°弯头，ξ=0.75;一个全开阀，ξ=0.17；
管长L=5+3=8（m ）
()kg /J 985.1425
.117.075.035.0104.08
047.0W 2
f =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛
+⨯+++⨯=
()m g W f
f 528.181.9985
.14h ===
罐内压强计算：r P 液H 1=
式中P 1——罐内压强，Pa ；
H 液——静液面高度，m ；
r ——重度，kg/（m 2·s 2），g r m ρ=（ρm 是均相液体密度，kg/m 3）。

H 底——反应罐到地面的高度，m
取H 底=0.5 m, H 液=1.9m
()()kpa 71.17Pa 05.1770781.99509.1H 液1==⨯⨯==r P
由机械能守恒得：
g P
g u h g P g u h e f ρρ2
2
2
21
2112z 2z +++=+++
根据GB/T 中有，标准椭圆形封头中，当以搅拌槽内经为基准时，则按公式：Di/2(H-h)=2计算的封头的高度
经过计算查《化工设备设计基础》附表8，封头高度H 封应为0.5 m
9.25.09.15.09.1封底1=++=++=H H z （m ）
z 2取1.2m ，
002.1h 81.99501071.17528.109.2e 3
+++=⨯⨯+++
h e =5.128（m ）
h=1.1×5.128=5.641m
V s =0.002117m 3/s=2.117L/s
选择IS65-40-200B 型离心泵较合适 ，n=1450r/min
4.3.2 冷水泵的选型计算
由搅拌槽的计算中可知：m s =2.53kg/s ，u=1.02m 2/s
V s =m s /ρ= 42u
d π=2.53/996.7=0.002538（m 3/s ）==⇒u V d S
π4
0563.002.114.3002538
.04=⨯⨯（m ）
冷水进口直管选热轧无缝钢管φ62ⅹ2.5mm ；取ε=0.16mm ，冷水进口直管管路设计三个90度弯头，一个标准阀（全开），一个摇板止逆阀。

直管总长L=6.0米，流体输送高度△h=1.0m ，查表得三个90度弯头的阻力系数l e /d=38，标准阀全开的阻力系数 l 2/d=322,管口突然扩大ε=1.0 突然缩小ε=0.5，摇板止逆阀l 3/d=107. 管内流动总阻力损失由公式2
2
u d l l w e f ⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+=∑∑λ
式中λ——摩擦阻力系数；
L ——总管长度，m ；
ξ——阻力系数；
u ——流体流速，m/s ；
由Re=ρud/μ=996.7×1.02×0.0563／8.825×10-4=6.49×104
查摩擦系数λ与Re 及ε/d 的关系图得λ=0.028
122.32
02.15.010*******.09.2028.02
前=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛
+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∑f w J/kg
g
w f 7.068J /
K
201.11.03222380.05632.90.0282
后=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+=∑ 后前∑∑∑+=f f f w w W =3.122+7.068=10.19 J/kg
水槽液面与夹套进口建立机械能守衡方程有：
f e w p
u gZ w P u gZ ∑+++=+++ρρ2
2
2212
1.122
其中Z 1=0, Z 2=1 , u 1=0 , u 2=1.01假设p 1 =p 2 所以kg J w u gz w f e /52.2019.10202.181.9122
2
2
2=++⨯=∑++=
直管输送需要泵提供的压头he 2=e w /g=20.52/9.81=2.09m
故所选泵需要提供的总压头he 总= 1.1×he 2=1.1×2.09=2.299（m ）
根据管内体积流量V S =2.538L/S 管路所需压头he 总=2.299m
选择IS65-50-160B 离心泵，n=1450r/min
第五章设计结果一览表
第六章附图
（另附搅拌器工艺流程图及设备设计条件图）
第七章设计心得
在我们组三名成员的精诚合作下，我们本学期的化工原理课程设计得到了圆满的完成。

这里首先要感谢我们的指导老师兰支利老师，是他在整个设计过程中持续不断地对我们展开指导，帮助我们解决了大量学术上的问题，并且给予了我们许多的鼓励。

化工原理这一门课程是培养我们化工设计能力的重要教学环节，通过本次课程设计，我们初步地了解了化工原理设计的基础知识、设计原则及其重要的设计方法；我们学会了利用各种化工手册的查询方法，对于各种计算结果的校核也有了一定的认识；我们更加进一步地掌握了用制图软件CAD对于工艺流程图、主体设备结构图等图形的绘制。

在整个课程设计的设计过程中，我们不但要计算化工设备及其工艺流程在技术理论上的可行性，而且还不得不充分考虑实际投入生产中的安全性、效率性和经济合理性。

自本次设计开始起，一直到设计最终完成的每一个环节，都是我们同组的组员经过共同商讨然后再加以确定的。

比如要从各种理论上的可行性中最终选出最优化的合理方案，以及分工翻阅各种化工设计书的资料等等，这些都必须要大家充分配合，而这也在一定程度上强化培养了我们同学之间的合作精神与团队意识。

总而言之，本次化工原理课程设计使我们站在了一个全新的角度上去认识化工原理这门课程，与此同时我们也更详细地了解到了这门课程在化工工业生产上的重要性与不可替代性。

除此之外，作为修习化学工程与工艺专业的我们，更要树立正确的化工设计思想，努力培养实事求是、严肃认真的工作作风，增强自我责任感，加强工程设计能力的训练和培养，尤其还要强化严谨求实的科学作风。

最后，我们本次完成的设计内容还存在着许多不完善的地方，希望老师可以多多批评指正，谢谢！
第八章 主要符号说明
P 1—罐内压强，Pa ； H 液—静液面高度，m ； D 1—槽内径，m ； P m —所需要的电机功率，KW ； η—总传动效率。

1α—管内换热系数, W/(m ·℃)； C p —料液比热容，()11--∙∙K kg kJ e R —管内流体雷诺数 。

W —挡板的宽度，m ； Z —挡板数；b —叶片宽，m ； ρm —均相液体密度，kg/m 3； μm —均相液体粘度，Pa ·s 。

ΔPs —静压力降，kPa ； n —搅拌器的转速,r/s; k —常数,可取k=0.092; d j —搅拌器的直径,mm; D 1—搅拌槽内径,mm; L —总管长度，m ； φ—圆筒的焊接接头系数；
ξ—阻力系数；
u —物料流体流速，m/s ；
g —重力加速度，9.81m/s2；
S —螺距（以管中心为准），m P r — 普兰特数； ρ—冷水流体密度，kg/m 3； δ—圆筒的技术厚度，mm ；
P C —圆筒的计算压力，MP ； H 底：反应罐到地面的高度，m 2α—料液的传热系数，W/(m ·℃)；
2λ—料液导热系数，11
--∙∙K m W ；
λ—管内流体的导热系数，1
1--∙∙K m W ；
[]t σ—圆筒材料在设计温度下的许用应力，MP ；
z 1，z 2—管道进出口端的标高，m ； r —重度，kg/（m 2·s 2），g r m ρ=（ρm 是均相液体密度，kg/m 3）。

z 1，z 2—管道进出口端的标高，m ；()()()；、导热系数、粘度容分别是管内流体的比热、、1111----∙∙∙∙∙K m W s P K kg kJ C a p λμ
第九章参考文献
[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，2000.
[2]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
[4]国家医药管理局上海医药设计院编：化工工艺设计手册，第二版
[5]郑津洋，董其伍，桑芝富主编：过程设备设计（第二版），化学工业出版社。

[6]蔡纪宁张秋翔编：化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社。

[7]王明辉，主编：化工单元过程课程设计，化学工业出版社。

[8]谭天恩，窦梅，周明华等编著，化工原理（第三版），化学工业出版社。

[9]魏崇光，郑晓梅，主编：化工工程制图，化学工业出版社。

[10]化工手册，上卷，山东科学技术出版社。