物料衡算三双号版.doc

物料恒算每天生产14吨乙酸丁酯（不计分离工程损失）；乙酸的转化率=50%，每批操作的辅助时间t为0.5小时；装料系数取0.7；已知反应速度常数为1.04m3kmol-1h-1；投料摩尔比乙酸：丁醇=1：4.97；反应前后物料密度为750kgm-3；乙酸、丁醇及乙酸乙酯的相对分子质量分别为60、74、116每天生产30吨乙酸丁酯（不计分离工程损失）；乙酸的转化率=50%，每批操作的辅助时间t为0.5小时；装料系数取0.8；已知反应速度常数为1.04m3kmol-1h-1；投料摩尔比乙酸：丁醇=1：4.97；反应前后物料密度为750kgm-3；乙酸、丁醇及乙酸乙酯的相对分子质量分别为60、74、1161、计算反应时间t 已知该反应为二级反应，其反应时间t=反应原料的平均相对分子质量为M=6074=71.7则=kmolm-3所以反应时间t=2、反应器有效容积V每天生产30吨乙酸丁酯，生产一批,则每小时乙酸的用量为:h每小时处理的总原料量为:m=603.45+h每小时处理的原料体积为: V=mh故反应器的有效容积为:V=V（t+t）=5.74(0.55+0.5)=6.03m3、反应器总容积V反应器总容积V为：V=m4、单釜设备容积（1）单釜设备容积反应釜的个数N=1；生产能力后备系数取1.12单釜设备容积V=m式中生产能力后备系数，的数值在1.11.15之间选取；本设计中取1.12。 N反应釜的个数V每小时处理的原料体积。釜体主要设计与选型夹套反应釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分为罐体和夹套两部分，主要由分头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为了带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。1、罐体和夹套的设计罐体一般是圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。（1） 罐体几何尺寸计算 一般情况下，釜式反应器的高度H为内径D的1.2倍左右，本处设计为1.2。釜盖和釜底均采用标准椭圆形封头，封头高度H1(不含直边)为内径D的0.25倍，则釜式反应器的圆筒体高度H2（含封头直边）。取封头直边H2=40mm则H2=H-2H1=1.2D-20.25D=0.7D 再由反应器的容积V=D2H2+0.131D3所以D=2.31m圆整为D=2.40m所以H=1.2D=2.88m校验当D=2.40m，H2=1.68m时，V=D2H2+0.131D3=2.421.54+0.1312.43=8.78mV= VN/=7.84m所以，装料系数=V/V=0.77在0.70.85之间，所以上述选择可行。4.1.2筒体的材料和厚度筒体材料选用Q235-A,筒所受的外压大，按外压对壁厚进行计算。初选筒体壁厚d1=15mm，壁厚附加量中的钢板厚度负偏差c1=0.8mm，单面腐蚀裕量c2=2mm。则筒体有效厚度de=d1-c2-c1=12.2mm，=198.4内筒受外压作用的计算长L为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高度的L=H2+=1.68+0.2=1.88mL/D0=1880/2420=0.78查教材查得系数A=6.810-4；查得系数B=88MPa。所以筒体的许用外压为 p=0.440.4所以选择合适，取筒体壁厚d1=15mm。（2） 夹套的几何尺寸夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径D1可根据筒体内径D按下表选取D1500-600700-18002000-3000D2D1+50D2+100D3+200前边算得塔体内径为2400mm，所以夹套直径D1=D+200=2600mm夹套高度可通过下式计算=1.05m式中 Vh为封头容积 V1为1m高筒体容积4.1.3 确定夹套的材料和壁厚选用Q235-A（即A3钢）为夹套材料，查典型化工设备机械指导3附表3对板厚为4.5-16mm时得Q235-A、（即A3）设计温度为200的许用应力=105Mpa,加套加热蒸汽系统有安全阀，选取加套设计压力，即P=0.44Mpa,夹套筒体与内筒的环焊缝因无法取双面焊合作相应的探伤栓查，从安全考虑，加套上所有焊缝均取焊缝系数，取壁厚附加量中的钢板厚度负偏差，单面腐蚀取腐蚀裕量。 夹套的壁厚计算如下： 凸形封头的壁厚附加量也只考虑和，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定，以保证壁厚符合图纸数值，设计计算时可不做考虑。取，标准圆形夹套封头的壁厚为 圆整至刚板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为。4.1.5选择釜体法兰根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查教材6表16-10初选乙型平焊法兰（JB1158-82），法兰材料为A3R。再查教材6表16-12，公称压力pg6的A3R乙型平焊法兰在操作温度150时的允许工作压力为0.48Mpa，大于通体设计压力，所选的乙型平焊法兰，合适。参考教材6表16-15，表16-14选择石棉橡胶垫片和光滑面密封。查附录10，选用乙型平焊法兰光滑密封面，pg6 Dg1200。标记为：法兰GI 6I-1200 JB1158-32 记下法兰尺寸供绘图时用。差附表16，选用垫片1240JB1161-82。4.1.6选择搅拌器、搅拌轴和联轴器根据工艺条件要求，由附表16，选取搅拌器外径700mm，搅拌轴直径d=50mm的平桨搅拌器700-50 HG5-220-65选择搅拌轴材料为45钢，查教材6表11-1，45钢的许用扭应力,计算系数A=-，则搅拌轴的直径为d=考虑键槽对轴的强度的削弱和物料对轴的腐蚀，并根据表4-3可取搅拌轴的直径d=50mm。查附表23，选择立式夹壳联轴器，公称轴径50mm的联轴器的最大许用扭矩MN530N.m。验算联轴器的扭矩，查教材【6】表11-5，选取载荷系数K=1.5，联轴器的计算扭矩MNj为MNj=KMN= = N.mMN壳壳联轴器的标记为联轴器Dg50 HG5-213-654.1.7选择搅拌传动装置和密封装置查教材【6】表18-8釜用立式减速机和附表21，按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机BLD1-5-2-29Q（Q表示夹壳型轴头）。查附表26，选电动机Y90L-4，额定功率1.5kW，转速1400r/min，取据线针齿行星减速机传动效率（参考表5-3），减速机输出功率为1.50.95=1.425kW符合搅拌要求。参考附表22，根据所选减速机设计减速机机座。根据操作条件选用带衬套及冷却水铸铣填料箱，查附表19，公称直径Dg50的填料箱标记为填料箱 pg6 Dg50 HG5-214-814.1.8校核和桨式搅拌器安装一层，根据安装要求和考虑衬套填料箱有支撑作用，得L11700mm，参考附表22机座J-A-50尺寸可得B460mm。=4；=；40，均符合要求。4.1.9容器支座的选用计算反应釜因需外加保湿，故选B型悬挂式支座。反应釜的总重量包括物料重量W1，釜体和夹套的重量W2，电动机、减速机、搅拌转置、法兰、保温层等附件重量W3。当釜内、夹套内部充满水时的重量比物料量，由此：W1= 釜体和夹套的重量可查附表5和附表7，由此，W2=电动机和减速机总量约100kg,搅拌装置约重40kg,简体法兰约重120kg,保温层约重100kg，手孔及其他接管附件约重50kg，由此，反应釜总重W= W1+W2+W3即总重力Q反应釜安装四个支座，但按两个支座承载计算，查教材6表16-19，选用承载能力为20kN，的支座B2 JB1165-81。4.1.10 选用手孔、透镜、温度计和工艺接管由附表13，选用光滑密封面的平盖手孔Apg10，Dg50 JB569-79由附表20，选用碳钢带颈视镜Ipg10，Dg80 HG进料管口c1-2采用 无缝钢管，法兰出料管口h采用无缝钢管，法兰加热蒸汽进口管g采用无缝钢管，法兰冷凝液出口管i和压力表接管e都选用无缝钢管，配法兰安全阀接管a采用无缝钢管，配法兰。（由附表25，选用弹簧式带扳手安全阀，型号）。反应釜上封头上的各个工艺接管都布置在的中心圆周上，因上封头壁厚裕量很大，故对手孔等均不作开孔补强验算。设计结果见书末所附的反应釜装配图。7.1热量衡算设计容器内温度为：190，夹套内温度为：230；醋酸的比热容c=123.1kJ/kmol；由投料质量比对氨基苯酚：冰醋酸=1:1得两者摩尔比为2.5则反应液的比热容C=2.5c。釜体内径D为：2400mm；夹套内径D为：2600mm。则加热反应物和溶剂所需热量Q为：4计-算传热面积A= =18.2式中 K传热系数。由化工原理4上册P知有机溶剂与有机溶剂之间传热，K值115340，本设计取135。已算的实际总传热面积F=22.46（根据设计夹套尺寸计算得到）A,可用。第三章 热量衡算1、反应物料所需热量（1）查化工原理第三版附录可得：本设计中取丁醇的比热容Cp12.88kJ/(kgk)；取乙