乙酸乙酯反应釜设计说明书

1 乙酸乙酯反应釜设计说明书 一 设计题目 500t/a 安定车间反应器设计 二 设计任务及操作条件 理能力 500（吨 /年） 备形式 作条件 Lm o /90 7 乙醇和水的起始浓度 Lm o / / 将速率方程变换成转化率的函数 )1(0 0 0 2 021 )( 其中： 000 Kc 111 2 22 A AA 201 1 )4(2)4(m i (4 300 60188( r 反应器的实际体积 4 r 3 第 3 章 热量核算 反应釜的简单工艺流程图 根据乙酸的每小时进料量为 2 3 5 /h，在根据它的转化率和反应物的初始质量比算出各种物质的进料和出料量，具体结果如下表： 物质 进料 /h 出料 /h 乙酸 醇 酸乙酯 0 量衡算总式 1 2 3 4Q Q Q Q 式中：1 4 2Q：化学反应热， 3Q：供给或移走的热量， 有外界向系统供热为正，有系统向外界移去热量为负， 4Q：离开反应器物料的热量， 摩尔各种物值在不同条件下的 , 对于气象物质，它的气相热容与温度的函数由下面这个公式计算： 23, B T C T D T 2 各 种液相物质的热容参数如下表 3： 液相物质的热容参数 物质 A B 103 C 103 D 103 乙醇 酸 乙酸乙酯 于乙醇和乙酸乙酯的沸点为 ，所以： (1) 乙醇的, 23, , 3 5 1 . 5p m l B T C T D T 1 3 2 5 36 7 . 4 4 4 2 1 8 . 4 2 5 2 1 0 3 5 1 . 5 7 . 2 9 7 2 6 1 0 3 5 1 . 5 1 . 0 5 2 2 4 1 0 3 5 1 . 5 6 7 . 4 4 4 2 6 4 7 . 6 4 5 7 8 9 0 1 . 5 9 2 9 4 5 6 . 9 7 3 3 111 3 5 . 5 8 2 0 J m o l K 同理： (2) 乙酸乙酯的, 23, , 3 5 0 . 2p m l B T C T D T 1 3 2 5 31 5 5 . 9 4 2 . 3 6 9 7 1 0 3 5 0 . 2 1 . 9 9 7 6 1 0 3 5 0 . 2 0 . 4 5 9 2 1 0 3 5 0 . 2 1 5 5 . 9 4 8 2 . 9 3 9 5 2 4 4 . 9 8 5 7 1 9 7 . 2 1 9 7 111 9 1 . 1 1 3 5 J m o l K (3) 水的, 2 23, , , 3 7 3p m H O l B T C T D T 5 1 3 2 5 35 0 . 8 1 1 1 2 . 1 2 9 3 8 1 0 3 7 3 0 . 6 3 0 9 7 4 1 0 3 7 3 0 . 0 6 4 8 3 1 1 1 0 3 7 3 5 0 . 8 1 1 1 7 9 . 4 4 2 6 5 9 8 7 . 7 8 6 7 8 3 3 . 6 4 4 1 8 117 6 . 1 1 1 J m o l K (3) 乙酸的, 23, , 3 7 3p m l B T C T D T 1 3 2 36 5 . 9 8 1 . 4 6 9 1 0 3 7 5 0 . 1 5 1 0 3 7 5 0 3 7 5 6 5 . 9 8 5 5 . 0 8 7 5 2 1 . 0 9 3 8 0 119 9 . 9 7 3 7 J m o l K 种气象物质的参数如下表 气相物质的热容参数 4 物质 A B 103 C 103 D 103 乙醇 酸乙酯 1) 乙醇的, 23, , g , 3 7 3p m B T C T D T 1 5 2 8 36 . 7 3 1 8 4 2 2 . 3 1 5 2 8 6 1 0 3 7 3 1 2 . 1 1 6 2 6 1 0 3 7 3 2 . 4 9 3 4 8 2 1 0 3 7 3 6 . 7 3 1 8 4 2 8 6 . 3 6 0 2 1 6 . 8 5 7 2 1 . 2 9 4 0 117 7 . 5 2 8 8 J m o l K (2) 乙酸乙酯的, 23, g , 3 7 3p m B T C T D T 1 5 2 8 32 4 . 5 4 2 7 5 3 . 2 8 8 1 7 3 1 0 3 7 3 9 . 9 2 6 3 0 2 1 0 3 7 3 1 . 9 9 8 9 9 7 1 0 3 7 3 2 4 . 5 4 2 7 5 1 2 3 . 3 0 6 5 1 3 . 8 1 3 4 1 . 0 3 7 4 111 3 5 . 0 7 3 3 J m o l K 摩尔物质在 100下的焓值 (1) 每摩尔水的焓值 6 2373 3r 2 , , , 3 7 32987 6 . 1 1 1 1 0 3 7 3 2 9 8 4 0 . 6 8 8v a p O p m H O l KH c d T H 14 0 . 3 9 6 3 K J m o l 同理： (3) 每摩尔的乙醇的焓值 3 5 1 . 5 3 7 3r 32 , 3 2 , , 3 5 1 . 5 , 3 2 , , 3 7 32 9 8 3 5 1 . 5v a p H C H O H p m C H C H O H l C p m C H C H O H l CH c d T H c d T 331 3 5 . 5 8 2 0 1 0 3 5 1 . 5 2 9 8 3 8 . 7 4 4 7 7 . 5 2 8 8 1 0 3 7 3 3 5 1 . 5 7 . 2 5 3 6 3 8 . 7 4 4 1 . 6 6 6 9 14 7 . 6 6 4 5 K J m o l (4) 每摩尔乙酸的焓值 373 3r 3 , 3 , , 3 7 32989 9 . 9 7 3 7 1 0 3 7 3 2 9 8m C H C O O H p m C H C O O H l CH c d T 17 . 4 9 8 0 K J m o l (5) 每摩尔乙酸乙酯的焓值 3 5 0 . 2 3 7 3r 3 2 3 , 3 2 3 , , 3 5 0 . 2 , 3 2 3 , , 3 7 32 9 8 3 5 0 . 2v a p H C O O O C H C H p m C H C O O O C H C H l C p m C H C O O O C H C H l CH c d T H c d T 331 9 1 . 1 1 3 5 1 0 3 5 0 . 2 2 9 8 3 0 . 5 3 9 1 3 5 . 0 7 3 3 1 0 3 7 3 3 5 0 9 . 9 7 6 1 3 0 . 5 3 9 3 . 0 7 9 7 14 3 . 5 9 4 8 K J m o l 能量衡算 （ 1）1物质 进料 /h 出料 /h 乙酸 醇 酸乙酯 0 1 3 r 2 0 r 3 2 r 2 3 3 2n n n C O O H H C H C H O H C H E C O O C H C H H C O O H m H O m C H C H O H H H 3 3 3 32 3 . 6 7 5 1 0 7 . 4 9 8 0 8 1 . 6 8 1 0 4 0 . 3 9 6 3 3 6 . 3 1 0 4 7 . 6 6 4 5 0 1 0 4 3 . 5 9 4 8 7 1 7 7 5 1 5 . 1 5 3 2 9 9 5 6 9 . 8 1 7 3 0 2 2 1 . 3 5 0 5207306. 3 / （ 2）23 2 5 3 2 5 2C H C O O H C H O H C H C O O C H H O 32 r r r 2 0 0 3 3 2 3 29 . 4 7 1 0 m H O m C H C H C C H m C H C H O H m C H C H O H H H 39 . 4 7 1 0 ( 4 0 . 3 9 6 3 4 3 . 5 9 4 8 7 . 4 9 8 0 4 7 . 6 6 4 5 ) 2 7 3 0 0 6 2 /K J h （ 3）4 1 1 1 11 2 0 r 2 r 3 2 r 3 2 3 2 3 2 3 2 3n n n O C H C H O H C H C H O O C C m H O m C H C H O H m C H C H O O C C H H H 3 3 3 31 4 . 2 1 1 0 7 . 4 9 8 0 9 0 . 1 5 1 0 4 0 . 3 9 6 3 2 8 . 6 3 1 0 4 7 . 6 6 4 5 9 . 4 7 1 0 4 3 . 5 9 4 8 1 0 6 5 4 6 . 5 8 3 6 4 1 7 2 6 . 4 4 5 1 3 6 4 6 3 4 . 6 3 5 4 1 2 8 4 2 . 7 5 6 5525750. 416 / 因为： 1 2 3 4Q Q Q Q 即： 3Q= 求得：3Q=3Q0，故应是外界向系统供热。 换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由 130降到 110，温差为 20。 蒸气的用量 忽略热损失，则水的用量为 12o p oQ m c T T 2a bT 5 112 9 . 1 6a J m o l K 3 1 21 4 . 4 9 1 0b J m o l K 8 6 1 32 . 0 2 2 1 0c J m o l K 12 4 0 3 3 8 3 39322 3 6 22 9 . 1 6 1 4 . 4 9 1 0 3 9 3 2 . 0 2 2 1 0 3 9 3 2 9 . 1 6 5 . 6 9 4 6 0 . 3 1 2 3 113 4 . 5 4 2 3 J m o l K 111 . 9 2 K J K g K 312 4 5 4 3 7 . 2 7 4 1 1 8 3 . 2 2 k g /1 . 9 2 4 0 3 3 9 3o T 9 第 4 章 反应釜釜体设计 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的高径比（ H/以确定罐体的直径和高度。选择罐体高径比主要考虑以下两方面因数： 1、 高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下， 3其中 D 搅拌器直径， P搅拌功率）， P 随釜体直径的增大，而增加很多，减小高径比只能无谓地消耗一些搅拌功率。因此一般情况下，高径比应选择大一些。 2、 高径比对传热的影响：当容积一定时， H/高，越有利于传热。 3 1 高径比的确定通常才用经 验值表 6 种类 罐体物料类型 H/般搅拌釜 液 固或液 液相物料 1 液相物料 12 发酵罐类 气 液相物料 定高径比为 H/忽略罐底容积 44 7 取标准 表 3 2 用标准椭球型封头参数见表 8 公称直径（ 曲面高度（ 直边高度（ 内表面积（ 容积（ 3200 800 40 体的高度 2 釜体高径比的复核 0 03 3 6 02 满足要求 10 计参数的确定 表 3 3 反应器内各物质的饱和蒸汽压 9 物质 水 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 饱和蒸汽压（ 反应釜的操作压力必须满足乙醇的饱和蒸汽压所以去操作压力 P=反应器的设计压力 反 应釜的操作温度为 100，设计温度为 120。 由此选用 16制 16料在 120是的许用应力 t=170缝系数的确定 取焊缝系数 =面对接焊， 100无损探伤） 腐蚀裕量 筒体的壁厚 计算厚度 ct 10 钢板负偏差 设计厚度 4 6 6 名义厚度 6 圆整按钢制容器的制造取壁厚 计算厚度 ct 钢板负偏差 设计厚度 名义厚度 圆整 11 按钢制容器的制造取壁厚 12 第 5 章 反应釜夹套的设计 N、 套的 夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知： 4 0 02003 2 0 0200 套的 设备设计条件可知，夹套内介质的工作压力为常压，取 于压力不高所以夹套的材料选用 B 卷制 B 材料在 120是的许用应力 t=113缝系数的确定 取焊缝系数 =面对接焊， 100无损探伤） 腐蚀裕量 计算厚度 ct 钢板负偏差 设计厚度 名义厚度 圆整按钢制容中 400壁厚最小不的小于 8以取 13 头的厚度 夹套的下封头选标准椭球封头，内径与筒体（ 400）相同。夹套的上封头选带折边形的封头，且半锥角 45 。 计算厚度 ct 钢板负偏差 设计厚度 名义厚度 圆整按钢制容中 400壁厚最小不的小于 8以取 带折边锥形封头的壁厚 考虑到风头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体壁厚一致，即 由于反应釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不短进行，且会引起反应釜内的温度升高。为防止反应釜内温度过高，在反应釜的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果反应釜内进行的是吸热反应，则需进行传热面积的校核。 14 第 6 章 反应釜釜体及夹套的压力试验 压试验压力的确定 M P 压试验的强度校核 M P 7 0) ) 0 0(2 )( 16屈服极限 45M P 由 M P 0 所以水压强度足够 力表的量程、水温 压力表的 最大 量程： P 表 =2或 P 表 4 P 表 水温 5 压试验的操作过程 操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用 水 将釜体内的空气排空，再将 水 的压力缓慢升至 保压不低于 30然后将压力缓慢降至 保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留 变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的 水 排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 水 压试验合格 后再做 气压试验 。 15 压试验压力的确定 M P 1 2 且不的小于（ p+=以取 压试验的强度校核 M P 1 5) ) 0 0(2 )( B 的屈服极限 35M P 由 M P 5 所以水压强度足够 力表的量程、水温 压力表的 最大 量程： P 表 =2或 P 表 4 P 表 水温 5 压试验的操作过程 操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用 水 将釜体内的空气排空，再将 水 的压力缓慢升至 保压不低于 30然后将压力缓慢降至 保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的 水 排净，用压缩空 气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 水 压试验合格 后再做 气压试验 。 16 第 7 章 搅拌器的选型 搅拌设备规模、操作条件及液体性质覆盖面非常广泛，选型时考虑的因素很多，但主要考虑的因素是介质的黏度、搅拌过程的目的和搅拌器能造成的流动形态。 同一搅拌操作可以用多种不同构型的搅拌设备来完成，但不同的实施方案所需的设备投资和功率消耗是不同的，甚至会由成倍的差别。为了经济高效地达到搅拌的目的，必须对搅拌设备作合理的选择。根据介质黏度由小到大，各种搅拌器的选用顺序是推进式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式。 根 据搅拌目的选择搅拌器的类型：均相液体的混合宜选推进式，器循环量大、耗能低。制乳浊液、悬浮液或固体溶解宜选涡轮式，其循环量大和剪切强。气体吸收用圆盘涡轮式最适宜，其流量大、剪切强、气体平稳分散。对结晶过程，小晶粒选涡轮式，大晶粒选桨叶式为宜。根据以上本反应釜选用圆盘式搅拌器。 叶轮直径与反应釜的直径比一般为 2，一般取 以叶轮的直径 0 . 3 3 0 . 3 3 3 2 0 0 1 0 5 6 m m ，取 1000d ； 叶轮据 槽底的安装高度1 1 . 0 1 . 0 1 0 0 0 1 0 0 0H d m m ； 叶轮的叶片宽度 0 . 2 0 . 2 1 0 0 0 2 0 0W d m m ，取 200W ； 叶轮的叶长度 0 . 2 5 0 . 2 5 1 0 0 0 2 2 5l d m m ，取 250l ； 液体的深度1 1 . 0 3 2 0 0 m； 挡 板 的 数 目 为 4 ， 垂 直 安 装 在 槽 壁 上 并 从 槽 壁 地 延 伸 液 面 上 ， 挡 板 宽 度0 . 1 0 . 1 3 2 0 0 3 2 0 m 桨叶数为 6，根据放大规则，叶端速度设为 s,则搅拌转速为： 4 . 3 4 . 3 1 . 5 2 /3 . 1 4 1 . 0n r ， 取 n r s 采用永田进治公式进行计算： 42 . 1 5 7 1 0 /P a s 22 641 . 0 1 . 5 1 0 2 0 7 . 0 9 1 0 3 0 02 . 1 5 7 1 0 17 221 . 5 1 . 0 0 . 2 2 99 . 8 1 13 由于于湍流区，因此，应该安装挡板，一小车打旋现象。功率计算需要 知到临界雷诺数8 上湍流一层流大的转折点得出。查表知： 所以功率： 3 5 3 50 . 6 8 1 0 2 0 1 . 5 1 . 0 2 . 3 4P n d K W ，取 3P 拌轴直径的设计 （ 1）电机的功率 P 3 ，搅拌轴的转速 n 90 /根据 文献 1 取用 材料为1 40剪切弹性模量 G 04 许用单位扭转角 1/m。 由 69 3 1 0 得： m = 66149 . 5 5 3 1 0 1 . 4 8 6 1 0 / 1 4 8 6 /90 N m m N m 利用截面法得： 6 149 3 1 090（ 由m a x 得：69 . 5 5 3 1 0 PW n = 6 149 . 5 5 3 1 09 0 4 0 搅拌 轴为实心轴，则： = 6 149 . 5 5 3 1 09 0 4 0 d 取 d 60 2）搅拌轴刚度的校核：由 3m a xm a 0 刚度校核必须满足： ，即： 6 3 6 34441 8 0 1 4 1 8 09 . 5 3 3 1 0 1 0 9 . 5 3 3 1 0 1 090 5 7 . 21 8 . 1 1 03 2 3 2m 18 所以搅拌轴的直径取 d 60足条件。 拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速 n =90 / 200 r ，故不作临界转速校核计算。 式及 尺寸的设计 由于选用摆线针齿行星减速机，所以 联轴器的 型式选用立式夹壳联轴节（ D 型）。标记为：0 1570 95。 结论 依据 50制压力容器尺寸为反应器体积为 反应釜高为 3320径 3200成设计任务，达到实际要求。 19 参考书目 1 谭蔚主编，化工设备设计基础 M，天津：天津大学出版社， 2 柴诚敬主编，化工原理上册 M，北京：高等教育出版社， 3李少芬主编，反应工程 M，北京：化学工业出版社， 4王志魁编 . 化工原理 M. 北京 : 化学工业出版社， 2006. 5陈志平 , 曹志锡编 . 过程设备设计与选型基础 M. 浙江 : 浙江大学出版社 . 2007. 6金克新 , 马沛生编 . 化工热力学 M, 北京 : 化学工业出版社 . 2003 7涂伟萍 , 陈佩珍 , 程达芳编 . 化工过程及设备设计 M. 北京 : 化学工业出版社 , 2000. 8匡国柱 , 史启才编 . 化工单元过程及设备课程设计 M. 北京 : 化学工业出版社 , 2005. 9柴诚敬编 . 化工原理 M. 北京 : 高等教育 出版社 , 2000. 10管国锋 ,赵汝编 .化工原理 M. 北京 : 化学工业出版社 , 2008. 11朱有庭 , 曲文海编 . 化工设备设计手册 M. 化学工业出版社 , 2004. 12丁伯民 , 黄正林编 . 化工容器 M. 化学工业出版社 . 2003. 13王凯 , 虞军编 . 搅拌设备 M. 北京 : 化学工业出版社 . 2003. 20 总结 在为期 两 周的设计里，在此课程设计过程中首先要感 谢 老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做 反应工程 课程设计，所以，再设 计整个过程中难免遇到这样那样的难题不