蛇管轮的平均轮径Dc?1.850m（？）
Deuρ0.2?1.06?997??234069?4μ9.03?10
?4cpμ4179?9.03?10Pr???6.207λ0.608Re?α?0.027??Deλ0.14?Re0.8Pr0.33Vis1?3.5??DDe?c?????????0.608??0.2??
?0.8?6.207?0.33?1???0.027??1?3.5??234069????0.21.850???????0.027?3.04?19746?1.827?1.378?4082W/m2??Cα?4082W/m2??C（3）总传热系数K
依题意，忽略污垢及间壁热阻，有
αjα111636.3?4082???K???550.5W/m2??C Kαjααj?α636.3?4082（4）夹套的传热面积
Δtm?Δt1?Δt2?50?20???50?30??24.66?C
?lnΔt1/Δt2ln??50?20?/?50?30??A?Q110547??8.14m2 KΔtm550.5?24.66需要核算以下夹套可能提供的传热面积是否能满足换热要求。计算时应按搅拌槽内表面所能提供的有效换热表面积。即
πDH?3.14?1.95?1.95?11.94m2
该面积大于所需换热面积，因此，该设计满足工艺设计要求。
主要设计计算结果汇总
项 目 搅拌器型式 叶轮直径 叶轮宽度 叶轮距槽底高度 搅拌转速 桨叶数 搅拌功率 挡板数 挡板宽度 搅拌槽有效体积 符号 d b C n z N nb W V 单位 m m m r/min W m m3 设计计算结果 六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器 0.7 0.14 0.65 120 6 5547 6 0.2 5.833 搅拌器 搅拌槽附件 搅拌槽 - 6 -
夹套 搅拌液体深度 搅拌槽内径 搅拌槽筒体实际高度 夹套型式 螺旋板螺距 夹套环隙 夹套内冷却水流速 冷却水移出热量 被搅拌侧对流给热系数 夹套侧对流给热系数 搅拌槽总传热系数 所需夹套面积 H D H0 P E u Q αj α K A m m m m m m/s W W/m2℃ W/m2℃ W/m2℃ m2 1.95 1.95 2.34 螺旋板夹套，内设导流板 0.05 0.05 1.06 110547 636.3 4082 550.5 8.14
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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
1.处理能力：150000m3/a均相液体； 2.设备型式：机械搅拌蛇管冷却器。
二、操作条件
1.均相液温度保持60℃； 2.平均停留时间20min； 3.需移走热量135kW；
4.采用蛇管冷却，冷却水进口温度18℃，出口温度28℃；
5.60℃下均相液的物性参数：比热容cp?912J/kg??C，导热系数λ?0.591W/m??C，平均密度ρ?987kg/m3，粘度μ?3.5?10?2Pa?s。
6.忽略污垢热阻及间壁热阻；
7.每年按300天，每天按24小时连续运行。
三、设计内容
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、搅拌槽、蛇管等主要结构尺寸的设计计算； 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
因为该设计所用搅拌器主要是为了实现物料的均相混合，故推进式、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，最终为机械设计提供条件。
（一）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=流入搅拌槽的液体流量×物料的平均停留时间
V?15000020??6.944m3
300?2460根据搅拌槽内液体最佳充填高度等于槽内径，即H?D。现以搅拌槽为平底近似估算槽直径，则有：
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D?H?34V34?6.944??2.07m π3.14本设计取D?2.0m，则H?2.211m。
2.类型
槽体由于没有特殊要求，一般选用常用的直立圆筒型容器。根据传热要求，槽内装Φ57?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。
3.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。搅拌槽筒体总高
H0?1.2?2.0?2.4m
（二）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 d?D/3?2.0/3?0.67m 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—80，HG5-221-65。其主要尺寸如下：
叶轮直径d?700mm，叶轮宽度b?140mm，叶轮厚度δ?10mm，搅拌轴径80mm。
2.搅拌桨的安装位置
根据经验，叶轮浸入搅拌槽内液面下的最佳深度为S?底的高度为C?2.211/3?0.74m。
2H，因此，可确定叶轮距槽33.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Re?10，于是有
4ρnd2987?0.72nRe???13818n?104?n?0.72r/s?43r/min ?2μ3.5?10即转速不能低于43r/min。现依公式n?4.74计算，得 πd4.744.74??2.16r/s?129r/min πd3.14?0.7根据经验并考虑一定的余量，本设计取n?2.0r/s?120r/min，该值处在该类型搅拌器常用转速n?10~300r/min的范围之内。 （三）搅拌槽附件
n?为了消除打旋现象，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，以满足全挡板条件。全挡板条件判断如下：
?W??0.2???nb????6?0.38?0.35（符合全挡板条件） ?D??2.0?三、搅拌装置的工艺计算 （一）搅拌功率的计算
采用永田进治公式计算（亦可采用RushtonΦ?Re关联图计算）
1.21.2- 9 -
ρnd2987?2.0?0.72Re???27636?300μ3.5?10?2Fr?nd2.0?0.7??0.285g9.8122
由于Re值很大，处于湍流区，因此，应该安装挡板，以消除打旋现象。从Rushton
Φ?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）Rec?14.0。 六片平直叶涡轮搅拌器的参数
b/D?0.2/2.0?0.1d/D?0.7/2.0?0.35
H/D?1.1055sinθ?1.02??b???d?A?14????670??0.6??185??D??????D?
?14?0.1670?0.35?0.6??185?36.692??B?102??b??d???1.3?4??0.5??1.14????D??D??????10?1.3?4?0.1?0.5??1.14?0.35??100.261?1.824
2?b??d??b?p?1.1?4???2.5??0.5??7???D??D??D?224
?1.1?4?0.10?2.5?0.35?0.5??7?0.14?1.440.66?1000?1.2Rec??H?ANp??B??0.66??RecD1000?3.2Re??c??p?0.35?b/D??sinθ?1.2
?1000?1.2?14.00.66?36.69??1.824?0.66?14.0?1000?3.2?14.0??2.62?1.824?0.9888?1.0?4.424功率N
1.44?1.0?1.2N?Npρn3d5?4.424?987?23?0.75?5871W?6kW
亦可根据Re?27636查Rushton图读取Φ?Np?5.6，这比用永田进治公式计算的结果要大。这不难理解，因为经验公式和查图都存在一定的误差。 （二）搅拌装置换热面积的计算
1. 蛇管内冷却水对管内壁的对流给热系数α
采用蛇管中流体对管壁的对流传热系数公式计算
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