化学反应过程与设备课程设计任务书.doc

威海职业学院 化学反应过程与设备课程设计任务书 系别： 生物与化学工程系 专业： 应用化工技术指导教师： 张本杰 学生姓名： 三组所有成员 学生班级： 11化二 2013年6月课程设计任务书一、设计时间及地点1、设计时间：2013年5月24日 6月6日 2、设计地点：309教室，图书馆二、设计目的和要求通过课程设计，要求更加熟悉工程设计基本内容 ，掌握化学反应器设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力、独立工作和创新能力。三、设计题目和内容 设计题目,：年产量2600吨，乙酸乙酯的反应器的设计 1. 设计条件生产规模：2600吨/年生产时间：连续生产8000小时/年,间歇生产6000小时/年物料消耗：按5%计算乙酸的转变化率：54%2. 反应条件反应温度在等温下进行，反应温度为800c，以少量的浓硫酸为催化剂，硫酸量为总物料量的1%，当乙醇过量时，其动力学方程为：ra=kca2.。a为乙酸，建议采用配比为乙酸：丁醇=1:5（摩尔比）。反应物料密度为0.85kg/l，反应的速率常数k为15.00l/（kmol*min）。四、设计方法和步骤1、设计方案简介 根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，初步确定工艺流程。对选定的工艺流程、主要设备的型式以及数值积分计算等进行简要的论述。2、主要设备的工艺设计计算反应的物料衡算、热量衡算、动量衡算催化剂床层高度计算出口转化率计算3、典型辅助设备的选型和计算:包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定5、编写设计说明书目 录 绪论1第1章设计方案2第二章 物料计算及方案选择22.1间歇进料的计算22.2连续性进料的计算42.3方案选择5总结 22致谢 23参考书目 23 绪论反应工程课程设计是化工设备机械基础和反应工程课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试反应釜机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。反应工程是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的：1、 熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。2、 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。3、 准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。4、 用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。摘要：本选题为年产量为年产2600吨的间歇釜式反应器的设计。通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为、换热量为。设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高1930mm，直径1600mm； 还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。搅拌器的形式为圆盘式搅拌器，搅拌轴直径60mm。在此基础上绘制了设备条件图。本设计为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。关键字：间歇釜式反应器; 物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计;第1章 设计方案对于乙酸乙酯的生产既可以采用间歇式生产，也可以采用连续式生产。本次设计将根据自己的生产规模计算，对设计方案进行比较，得出合理的工艺设计流程。第2章 物料计算及方案选择2.1 间歇进料的计算2.1.1 流量的计算乙酸乙酯的产量化学反应方程式：乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为f酯=乙酸的流量乙酸采用工业二级品（含量98%），乙酸与乙酸乙酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率x=0.54,物料损失以5%计， 则乙酸的进料量 fa0= 乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则乙醇的进料量为f乙醇=59.8=49kmol/h 总物料量流量：f= fa0+f乙醇=9.8+49=58.8 kmol/h 硫酸的流量：总物料的质量流量如下计算，w总=因硫酸为总流量的1%，则w硫酸=2870.70.01=28.7，即可算其物质的量流量f硫酸=28.7/98=0.293表1 物料进料量表 .名称乙酸乙醇浓硫酸流量kmol/h9.8490.2932.1.2 反应体积及反应时间计算当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反应，其反应速率方程（a为乙酸）当反应温度为80，催化剂为硫酸时，反应速率常数k=15.00=0.9m3/(kmol.h)因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于0.85kg/l,则乙酸的初始浓度为： 当乙酸转化率x=0.54，由间歇釜反应有： 根据经验取非生产时间，则反应体积 因装料系数为0.75，故实际体积 要求每釜体积小于5m3 则间歇釜需1个，每釜体积v=4.28 m3圆整，取实际体积。 2.2 连续性进料的计算2.2.1 流量的计算 乙酸乙酯的产量化学反应方程式：乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为f酯= 乙酸的流量乙酸采用工业二级品（含量98%），乙酸与乙酸丁酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率x=0.54,物料损失以5%计， 则乙酸的进料量 fa0 = 乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则丁醇的进料量为 总物料量流量：f= 硫酸的流量：总物料的质量流量如下计算， w总=因硫酸为总流量的1%，则w硫酸=2128.60.01=21.29，即可算其物质的量流量f硫酸=21.29/98=0.22表2 物料进料量表 .名称乙酸乙醇浓硫酸流量kmol/h7.3436.70.222.2.2 反应体积及反应时间计算当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反应，其反应速率方程（a为乙酸）当反应温度为80，催化剂为硫酸时，反应速率常数k=15因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于0.85。因硫酸少量，忽略其影响， 对于连续式生产，若采用两釜串联，系统为定态流动，且对恒容系统，不变，不变 若采用两釜等温操作，则代数解得 所以 装料系数为0.75，故实际体积v=0.640.75=0.85。故采用一条的生产线生产即可， 反应器的体积v5，取v=1m32.2.3 反应时间：连续性反应时间 2.3 设计方案的选择 经上述计算可知,间歇釜进料需要4.5m3反应釜1个,而连续性进料需1个1m3反应釜。根据间歇性和连续性反应特征比较，间歇进料需2条生产线，连续性需1条生产线。虽然，间歇生产的检测控制等装备就比连续性生产成本高，所耗费的人力物力大于连续生产，但连续性反应器年产量少，因而选择间歇生产比连续生产要优越许多。故而，本次设计将根据两釜串联的的间歇性生产线进行，并以此设计其设备和工艺流程图。附：表3. 物料物性参数1名称密度（80oc）熔点/oc沸点/oc黏度/mpa.s百分含量乙酸1.04516.71180.4598%乙醇0.810-114.178.30.5298%乙酸乙酯0.894-83.677.20.2598%表4.乙酸规格质量1：gb1628-79 一级二级外观 铂钴30号，透明液体无悬浮物kmno4试验/min 5.0乙酸含量/%99.098.0甲酸含量/%0.150.35乙醛含量/%0.050.10蒸发残渣/%0.020.03重金属(以pb计)/%0.00020.0005铁含量/%0.00020.0005 总结课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。这次的课程设计让我对某些反应工程的理论有了更加深入的了解，同时在具体的设计过程中我发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次设计使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。 由于首次做反应釜设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。 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，2008.42 柴诚敬主编，化工原理上册m，北京：高等教育出版社，2008.93李少芬主编，反应工程m，北京：化学工业出版社，2010.24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. 20037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