毕业设计（论文）-釜式反应器设计说明书

宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书1一概述11醋酸乙酯生产工艺的现状和特点醋酸乙酯分子式C4H8O2，又名乙酸乙酯，英文名称ACETICESTER；ETHYLACETATE，简称EA。醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料油漆和瓷漆、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。当前全球醋酸乙酯的市场状况是欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。“八五”期间，产量年均增长率为130；19952000年，年均增长率达到205；20002002年，年均增长率高达305。目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为572万吨。其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书2中英合资BP扬子江乙酰化工有限公司8万吨/年醋酸乙酯装置投产，采用BP切换式醋酸乙酯技术生产醋酸乙酯和醋酸丁酯，工艺技术国内领先；2001年，江西南昌赣江溶剂厂将醋酸乙酯年产能力从2万吨扩至8万吨；2003年，江门谦信化工发展有限公司将产能从15万吨/年扩至35万吨/年。近23年内，国内新增醋酸乙酯年产能力达31万吨。虽然我国醋酸乙酯市场仍有潜力，但由于扩能速度太快，近两年已出现开工率不足的现象。据了解，2002年国内装置平均开工率约77，预计2003年平均开工率将为66。目前市场已经饱和，产品价格呈走软趋势，利润已渐微薄。而在建和拟建醋酸乙酯项目尚有20万吨/年产能。如果这些项目到2005年如期投产，我国醋酸乙酯供应将平衡有余。随着国内新增能力陆续投产，近两年我国醋酸乙酯进口量有所下降。2001年进口535万吨，2002年进口48万吨，2003年上半年进口245万吨。醋酸乙酯制备方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙烯加成法。用醋酸和乙醇酯化制醋酸乙酯是开发较早，工艺成熟，且为目前主要采用的方法。反应在酸催化剂（如硫酸）存在下进行液相酯化，分为间歇法和连续法。间歇法使用釜式反应器，连续法则用塔式反应器。因酯化是可逆反应，为提高酯的产率，要采用过量的乙醇，使醋酸完全反应。粗醋酸乙酯经中和、蒸馏后，可得纯度98以上的产品，收率按醋酸计为99。近年来，随着我国化学工业的发展和国民经济的迅速增长，醋酸乙酯的发展也较为迅速。12设备介绍釜式反应器釜式反应器是化工生产中常用的典型设备之一，其用途是实现化学反应过程。在釜式反应器中物质发生了质的变化，生成新的物质而得到需要的中间产物或最终产品。它可用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程。广泛应用于医药、农药、染料、油漆、橡胶等生产行业。这种设备主要是供液体和液体原料、液体和固体原料以及液体和气体原料之间进行化学反应。一般来说，釜式反应器在化工生产中具有较大的灵活性、操作弹性大，在相同的设备中能进行多品种的生产，故常用于产量较少，品种较多的产品生产。在化工生产中，釜式反应器因原料的物态（气体、液体、固体）、反应条件（温度、压力、浓度以及物质是静止的还是流动的）和反应的热效应（吸热反应、放热反应）的不同，则有多种多样的类型及结构，但它们都具有以下几点共同特点宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书3（1）在釜式反应器内完成化学反应过程，并伴有搅拌、换热、传动装置，从而使原料在最佳反应条件下进行反应。（2）高温、高压操作。由于化学反应均需在一定压力、温度下进行，对温度和压力均有一定的要求，所以釜式反应器的操作压力和温度变化范围都很大。（3）间歇操作。大多数釜式反应器都需进行装料、取样、卸料、清洗等操作。在化工生产中对产品的质量、种类的要求不断提高，釜式反应器也需不断改进和发展。大容积化可减少批次之间的质量误差，从而提高产品的质量标准；开发新型的搅拌器，以复合型的搅拌器代替老式的单一型搅拌器；向自动化、连续化方向发展，目前用计算机控制生产，提高产品质量、提高效率、改变生产环境，以及消除环境污染已成为时代发展的趋势和目标。为完成各种各样的化学反应过程，根据需要釜式反应器的材质及结构虽有所不同，但其基本结构却是相同的。主要包括釜体、传动、传热、搅拌装置、工艺接管及密封装置等几个部分。121釜体结构釜体部分是化工原料反应的空间，是釜式反应器的主要部分。由筒体及上、下封头组成。上、下封头常用的有三种基本形状图11搅拌反应器典型结构1电动机；2减速机；3机架；4人孔；5密封装置；6进料口；7上封头；8筒体；9联轴器；10搅拌器；11夹套；12载热介质出口；13挡板；14螺旋导流板；15轴向流搅拌器；16径向流搅拌器；17气体分布器；18下封头；19出料口；20载热介质进口；21气体出口宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书4椭圆形、锥形、平板形。根据化学反应的不同釜体需要适用于不同的压力情况。而大多数化学反应都需要一定的压力，椭圆形封头较其他两种封头更耐压，所以椭圆形封头在釜式反应器中应用得最广泛。上封头与筒体联接有两种方法一种是上封头与筒体直接焊死结成一个整体；另一种形式是考虑拆卸方便用法兰联接以便于维护检修。在上封头开有各种工艺接管孔、人孔、手孔、试镜及支座等部分。釜式反应器的结构见图11。筒体规格与化工工艺要求有关，筒体的高度与筒体直径有一定的比例。这主要是受到搅拌器大小的影响。釜式反应器筒体的直径增加将使搅拌器的直径也随之增大，而搅拌器的功率与搅拌器直径的五次方成正比，因此对于同容积的釜式反应器其直径不宜太大，但对于某些特定的化学反应，如在发酵釜式反应器中则需保持一定的液体高度，从而使通入的空气能与发酵液体充分接触，故筒体高度又不宜过矮。釜式反应器的H筒/D内值如表11所示，筒体直径及高度见图12。表11釜式反应器的H筒/D内值种类釜内物料类型H筒/D内液固相或液液相物料113一般釜式反应器气液相物料12发酵反应器1725釜体一般由钢板焊成，也有用铸铁制造的，或是采用合金钢或复合钢板。为解决生产中的腐蚀问题，常选用各种耐腐蚀材料，例如搪瓷、玻璃、橡胶等耐腐蚀材料作防腐衬里，而以价格较为低廉的钢材作为外层。对于有一定卫生要求的产品采用全搪或玻璃制作釜体及搅拌、传热装置，这类设备多用于不需较高压力条件的反应，如在医药品、食品添加剂的生产上广泛使用，从而避免铁离子对产品的污染，保护了产品质量。反应釜大多数是密封的，因为其中的化学反应物料可能是易燃、易爆或有毒，也可能要保持一定的操作温度、压力（或真空）等。有时由于反应过程的允许，它也可设计图12筒体直径及高度宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书5成敞开的。122换热装置化学反应过程常伴有放热和吸热反应，而且常常需要先加热促使反应的进行，一旦反应开始往往又需要冷却，并不断调节温度维持反应条件，直到反应完毕后，又需散热。因此釜式反应器常备有加热或冷却装置，以维持最佳的工艺条件，取得最好的反应效果。对于有热效应的反应，在容器的内部或外部装有加热或冷却装置，例如电热器，列管、蛇管换热器、夹套等。最常用的是夹套及蛇管换热装置。釜式反应器的加热或冷却有多种方式（1）夹套换热器（2）蛇管换热器（3）夹套内加传热挡板（4）回流冷凝法（5）料浆循环法123搅拌装置化学反应过程的种种化学变化，是以参加反应的物质是否充分混合为前提的。搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散、从而达到均匀混合，也可以加速传热和传质过程。搅拌装置分机械搅拌和气流搅拌两种。绝大多数釜式反应器采用机械搅拌。搅拌器一般有以下几种形式（1）浆式搅拌器浆式搅拌器结构较简单如图13所示，其浆叶一般以扁钢制造，铸造浆叶很少用，小型浆叶常将其焊在轮廓上，形成一个整体，然后用键止动螺钉将轮廓连接在搅拌轴上。图13桨式搅拌器宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书6浆式搅拌器在釜式反应器的搅拌装置中广泛用在促进传热、可溶性固体的混合与溶解以及需在慢速搅拌的情况下，如搅拌被混合的液体及带有固体颗粒的液体都有较好的效果。在釜体内的料液比较高的情况下，为了将物料搅拌均匀，常装有几层浆叶，相邻二层搅拌叶常交叉成90安装。（2）框式及锚式搅拌器框式搅拌器可视为浆式的变形。框式、锚式与搅拌轴的连接方式也与浆式类似，即浆叶与搅拌轴连接的一端制成半圆状的轴环，然后两侧浆叶的两个半圆环用螺栓栓在搅拌轴上夹紧，同时用穿轴螺栓固定浆叶与搅拌轴。（3）涡轮式搅拌器涡轮式与浆式相比，浆叶数量较多，浆叶种类亦较多，浆的转速高，结构也复杂。浆都是用毂键与止动螺钉连接于搅拌轴上，同时在搅拌轴的底部用拧入轴端的螺栓或轴端螺母挡住轮毂。（4）推进式搅拌器推进式搅拌器常为整体铸造，加工方便，搅拌器采用轴套以平键和紧定螺钉与轴连接。推进式搅拌器搅拌时能使物料在釜式反应器内循环流动，剪切作用小，上下翻腾效果好。有的反应需要有更大的液流速度和液体循环时间，应安装导流筒。（5）其他搅拌器除前面介绍的几种最常见的搅拌器外，尚有许多结构不同的特殊搅拌器，如螺带式、圆筒式及行星式等。124传动装置为了使搅拌装置转动，需要有动力和传动装置。电动机和减速机支承在机架上，机架下面是固定在封头上的底座。125轴封结构由于搅拌轴是转动的，而反应釜的封头是静止的，在搅拌轴伸出封头处必须进行密封，以阻止釜内介质向外泄漏，或阻止空气漏入真空釜内，这种密封称为动密封。反应釜上的动密封通常有填料密封和机械密封两种。除了上述五部分主要结构外，还有各种接管、人孔、手孔及支座等附件。13设计的意义和目的131设计的意义宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书7醋酸乙酯是一种重要的绿色有机溶剂，广泛应用于做涂料油漆和瓷漆、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂。尤其是在现代社会，随着经济、文化的发展和人们生活水平的提高，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，为满足人们对醋酸乙酯的需要量，提高醋酸乙酯生产的生产能力，这主要要从酯化反应器上着手。本设计主要就是针对用于生产醋酸乙酯的酯化反应器的设计，设计酯化器的主体结构及其附件。132设计的目的1、培养对本学科知识的系统化理解和综合应用能力。2、培养理论联系实际的设计思路，训练用设备设计的有关理论分析和解决工程实际问题的能力。3、学习通过制定设计方案，合理选择设备的材料，正确计算设备的尺寸，确保设备的工作能力和承受外压及外界因素的影响的能力。4、培养使用设计资料的能力，以及使用经验数据进行经验估算和处理数据的能力。宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书8二物料衡算21物料衡算的意义依据质量守恒定律，将设备或生产过程作为研究系统，对其进出口处进行定量计算，称之为物料衡算。物料衡算可分为操作型及设计型计算。操作型计算是指对已建立的工厂、车间或单元操作及设备等进行计算，可得到转化率、收率、原材料消耗定额等重要生产指标，以便判断控制日常生产正常化及为改进生产提供优化方向，另一方面可以算出三废生成量，对实行三废治理提供可靠依据。在对原有车间进行扩大生产时，进行物料衡算，可判断生产能力平衡状况，找出薄弱环节加以研究改进。而设计型计算是指对建立一个新的工厂、车间或单元操作及设备进行物料衡算，这是设计计算的第一步，也是整个设计的基础，在此基础上进行能量横算、设备工艺计算，则可确定设备选型、工艺尺寸、台数以及公用工程所需水、电、汽、冷冻、真空及压缩空气等需要量。22初步的物料衡算221确定生产任务年产1500吨醋酸乙酯。取年工作日为320天，则昼夜（24小时）的生产能力为1500000/32046875/KGDAY则每小时的生产能力为46875/241953/H222酯化反应器（1）进入酯化器的物料衡算CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O60468818XY1953ZH2SO4宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书9原料规格醋酸质量浓度为100，乙醇质量浓度为95，浓H2SO4质量浓度为93。反应前A、100的醋酸量HKGXX/21395860B、100的乙醇量YY/8574则95的乙醇量HKG/21039587其中水含量45C、浓H2SO4的量HKG/8其中H2SO4的量有K/9305H2O量有HG47反应后取XA64A、醋酸乙酯生产量HKG/01256840213B、醋酸剩余量/97C、乙醇剩余量K88597D、反应生产水量HGZZ/6251总水量K/03462进出酯化器的物料衡算汇总表表21进出酯化器的物料衡算表加入流出序号物料名称组分数量KG/H合计KG/H序号物料名称组分数量KG/H合计KG/H1醋酸10013221醋酸乙酯507125103252水126310乙醇3乙醇1493682乙醇水9554246654醋酸194479524665宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书103浓H2SO493585浓硫酸2458（2）塔I、塔II、沉降器和塔III的物料衡算因酯化反应在酯化器中的转化率为64，剩余部分在塔I中反应完全，生成醋酸乙酯总量为HKG/3195生成水的量为K/48浓硫酸H2SO4的量为K/工艺计算原料乙酸乙酯乙醇纯组分的乙酸95工艺流程图系统II系统I系统III塔I100塔II混合器沉降水塔IIIXY1953E94A2W4U水浓硫酸RRW水RAETOHA、对系统I的物料衡算ZUW6524即（21）Z反应器100ACOH1322KG/H95ETOH10325KG/H浓硫酸58KG/H24665KG/HE507W126A149VA70E20W10ZE83A9W8XYZX三组分E83W8A9Y双组分E94W6成品1953KG/HWE8W88A4宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书11B、系统I的ETOAC衡算Z830W80652407即22193ZC、系统I的ETOH衡算3680468即（23）09WZD、系统II的总物料衡算3195YXYX即（24）31952ZE、系统II的ETOAC衡算WYXZYX08948094830即（25）618331W解上列五元一次联立方程式由式，得（26）4将（26）式代入22式，得95080HKGW/764将代入（26）式，得HKGW/7864HKGZ/31将Z、W代入（21）式，得7864301524652WU/将Z、W代入（24）式，得30129319ZYX（27）HKG/4827将Z、W代入（25）式，得686080X/3516将X代入（27）式，得HKGY7又V中含有20，而ETOACHKGTC/9KV/59762031F、系统III的总物料衡算UVR4宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书126524UVR13097HKG/98135G、系统IIIH2O的衡算0031VUW即62456RHKG/87H、系统III的衡算ETOH83036VAR7596HKG/83计算结果汇总表22进出塔I的物料衡算表加入支出序号物料名称组分数量KG/H序号物料名称组分数量KG/H1来自酯化反应器246651塔I塔顶馏出液9765CH3COOC2H55071250CH3COOC2H5201953H2O126310H2O109765C2H5OH149368C2H5OH7068355CH3COOH1944795浓H2SO424582来自塔II的塔底残液1359982塔I塔底残液63013H2O67718H2O62433宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书13C2H5OH68355浓H2SO458合计160663合计160663三酯化反应器的设备设计31搅拌容器的容积计算在确定搅拌容器的容积时，应考虑物料在容器内充装的比例即装料系数，其值通常可取06085。如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取0607；如果物料在反应中比较平稳，可取08085。工艺设计给定的容积，对立式搅拌器通常是指筒体和下封头两部分之和；对卧式搅拌器则指筒体和左右两封头之和。根据使用经验，搅拌容器中筒体的高经比可按表11选取。查文献1，得，3/1049MKG醋酸3/789MKG乙醇342/18MKGSOH浓由前面物料衡算可知，酯化反应器内总体积流量为3210Q1835792104061260H/3取反应的操作空时为，由文献2得公式H0QVR则00VRQ326412M取装料系数为，则7FF3732反应器总体结构尺寸的确定321选择筒体和封头的形式选用圆形筒体和标准椭圆形封头。322确定筒体和封头的直径因反应物料为液液相物料类型，由表11知，H/DI113,考虑到容器不是很大，取。由式估算DI,，即21IDH34IIHV34IIDHV32164M97宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书14取，标准椭圆形封头与筒体相同内径，封头直边高度及相关尺寸由文MDN170献3附表查得3542,730,34,42,45121MVMFHHH容积内表面积323筒体高度的确定由以上计算知，由下式可计算HDN17036V34HHIH917422取。20MI0H2D324选取夹套直径由文献3查得表31表31夹套直径与筒体直径的关系ID500600700180020003000J50I100ID200ID按表31取107018JIM夹套封头也采用标准椭圆形封头，并与夹套筒体取相同直径。325确定夹套高度设夹套高度HJ等于料液高度一般不应低于料液高度，则2230741954JIVRHMD圆整后，得16J326传热面积A的计算由以上计算及查表得34,HFM2131476934IDM2690H33内筒体及夹套的壁厚计算331材料选择、设计压力及计算压力的确定宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书15（1）选材分析工艺要求和腐蚀因素，按钢制压力容器（GB15089）规定，内筒体决定选用16MR热轧正火钢板，在100以下的许用应力为【】T，常温屈服限170MPA。夹套材料选用Q235B热轧钢板,在100以下的许用应力为【】T345SMPA,常温屈服限。1235SMPA（2）计算压力及设计压力的确定计算压力是指在相关设计温度下，用以确定受压元件最危险截面厚度的压力。一般情况下，计算压力PC等于设计压力加上液柱静压力。当元件所受的静压力小于5设计压力时，可忽略不计。液柱静压力223908147GH031MPA夹套为一内压容器，取设计压力等于夹套内最高工作压力，即。01PA内筒体和底封头既受内压又受外压的作用。按内外压取设计压力（考虑操作过程可能出现的最大压力差）。50105PMPA即P2P5CPA由文献5知对于无安全泄放装置的容器，。10WPPP106PW0106MPA332夹套筒体和夹套封头壁厚计算夹套筒体计算壁厚JJJTJPD2夹套采用双面焊，局部探伤检查，由文献4查得表32，取。085表32钢制压力容器的焊接接头系数焊接接头形式无损检测比例值100100双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头局部085宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书16100100单面焊对接接头沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板局部080则J0168094M235取钢板厚度负偏差,腐蚀余量,故厚度负偏差,1CM2C12C6M根据钢板规定,取夹套筒体名义厚度。NJ6夹套封头计算厚度为KJJKJTJPD018012350625937取厚度附加量，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。C6M333内筒体壁厚计算（1）按承受0106MPA内压计算焊缝系数同夹套，取，则内筒计算壁厚为085ITPD10670685M2852（2）按承受0106MPA外压计算假设内筒体名义厚度取，则N6M,12C0,C28,，E83内筒体外径OIND2170内筒体计算长度211LH5H02542567M33则67O1253OED由文献5图154查得，。0A由文献5图155查得,，则此时的许用外压为B2530471EOPMPAD016A宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书17故取内筒体壁厚不能满足内筒体稳定性要求。6NM再假设，则，8825EM17028176ODM。则，。165L109476OLD63E由文献5图154查得，由文献5图155查得，此时【P】为A5B3520176EOBPMPA06A故取内筒体壁厚可以满足设计要求。8NM334内筒封头壁厚计算考虑到加工制造的方便，取封头与筒体等厚，即取封头名义厚度。按内压8NKM计算（）肯定是满足要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。205ITPD封头有效厚度，椭圆形封头的当量球壳内半径82EM（标准椭圆形封头）。则用式计算系10971530IIRK109K0125EIAR数A52243EIR由文献5图155得，由式求60BEIBP52013EIMPAR06A故封头壁厚取8MM可以满足稳定性要求。335压力试验及校核（1）试验压力容器按强度或刚度要求确定了壁厚，容器制造时钢板经弯卷、焊接、拼装等工序以后，能否承受规定的压力，是否会发生过大的变形，在规定的工作压力下，焊缝等处又会不会发生局部渗漏因此必须经过压力试验予以校核。最常用的压力试验是液压试验（其中绝大部分是水压试验）。对于极少数不宜采用液压试验的容器（如容器内不允许有微量残留液体、或由于结构原因不能充满液体的容宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书18器）可以改用气压试验，但试验之前必须对容器主要焊缝进行100无损探伤，并应增加试验场所的安全措施和在有关安全部门的监督下进行。液压试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压1030分钟，然后降至设计压力至少再保持30分钟，以检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。气压试验时则缓慢升压至规定试验压力的10，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至规定试验压力的50，其后按每级为规定试验压力的10的级差，逐级升至试验压力，保持1030分钟，然后再降至设计压力，至少保持30分钟，同时进行检查。内压容器的规定试验压力见表33。表33内压容器的试验压力液压试验压力125,P01TTPP且不小于气压试验压力,TT且不小于其中【】试验温度下容器材料许用应力；【】T在设计温度下容器材料许用应力。当18时，取18。T由以上可知，内筒体试验压力取P01602MPATP夹套试验压力取P0162PATP（2）内压试验校核由于压力试验时容器承受的压力PT高于设计压力P，故在必要时需进行强度校核，要求在PT的作用下，容器器壁产生的最大薄壁应力不超过器壁材料在试验温度时的09（对于水压试验，且应计入该点的液柱静压力）或08（对于气压试验），并且要考SS虑焊缝系数的影响，即液压试验强度条件TIESPD092又内筒筒体应力为TIEIP261705231MP8宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书19夹套筒体应力为TJEJJPD026185239MPA而,故内筒和夹套均满足水压试验时的要求。S0934510MPA（3）外压试验校核由前计算知，当内筒筒体取8MM厚时，它的许用外压为，大于P021PA的水压试验压力，故满足要求。026PA34支座的选择化工设备的支座是支承设备重量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件。在某些场合下，支座还可能承受设备操作时的振动、地震载荷、风雪载荷等。支座的结构形式和尺寸往往决定于设备的型式、载荷情况及构造材料。最常用的有悬挂式支座、支承式支座和鞍式支座。悬挂式支座又称耳式支座，广泛应用于中小型的直立设备中。它通常由两块肋板及一块底板焊接而成。肋板（或再通过一块垫板）与设备筒体（或夹套）焊接在一起。底板上开有通孔，可供安装定位用。肋板是增加支座刚性的，轻型设备可以只用一块，重型设备有多至三块者。每个设备可用24个耳座（DG700MM时允许采用2个），必要时可用得更多些，但个数一多往往不能保证全部耳座都装在同一水平面上，因而也就不能保证每个耳座受力均匀。耳座可以搁在钢架上，或砖砌的、混泥土的基础上，也可支承在钢管柱子上。支座材料一般采用Q235A。悬挂式支座已由有关部门制定了系列标准，分A型（图31左）和B型两种（图31右）。A型用于一般立式钢制焊接容器；B型适用于带保温层的立式焊接容器，因其L较图31耳式支座结构尺寸宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书20长，保温层的厚度将不影响底板上通孔的定位作用。悬挂式支座选用说明1、本支座标准分A型和B型，A型适用于一般立式钢制焊接容器；B型适用于带保温层的立式焊接容器。2、悬挂式支座在下列情况下应设置加强板（1）设备壳体的计算厚度小于或等于3MM；（2）设备壳体的计算壁厚虽大于3MM，但小于（DI为设备内经，MM）；I50（3）设备壳体与支座之间的温差大于200时；（4）由设备内部压力产生的应力和支座产生的局部应力叠加后的合成应力，大于或等于规定的应力强度许用值时；（5）设备壳体采用高合金钢制造，配以碳钢支座时，加强垫板的材料应与设备壳体材料相同；（6）设备壳体需要焊后热处理时，应在热处理前就焊上加强垫板。3、加强垫板的材料应与设备壳体材料相同。由前所述，选择B型悬挂式支座。由表34（文献5第十六章）和表35（文献5第十六章）选择标准B型悬挂式支座及其加强垫板。表34B型悬挂式支座尺寸地脚螺栓尺寸支座的允许负荷，KN支座的支承面积,MM2LHBSACFS1孔径D直径每个支座重量，KG4955101601408066010030625M201798951018016010088012540825M2030147160902051801258105160501030M24421962729029025516010140200701030M24902944429033029020010180250901230M241284971430380330250122303151151636M30223宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书219891280410360280142603551302036M30324147116980445390315162954001452436M30460查文献3知，在，厚度为8MM时的筒体重量为317KG，封头重量为DN170M181KG，再根据液体总重及其它设备的重量可从表34中选取支座为尺寸地脚螺栓尺寸支座的允许负荷，KN支座的支承面积,MM2LHBSACFS1孔径D直径每个支座重量，KG4971430380330250122303151151636M30223表35加强垫板加强垫板尺寸（B型支座）支座的允许负荷，KN宽长厚度重量KGB型支座4916020061598180220825147205240831196240315105929428035010774933040012124983604201416614740045016226垫板选用如上表中黑色字体所示。35搅拌器的设计351搅拌的作用（1）使不互溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液，使传质过程强化。（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、浸取或液图32搅拌器使用的液体黏度范围宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书22固化学反应。（4）强化传热，防止局部过热或过冷。352搅拌器的类型搅拌器分为桨式、涡轮式、螺旋式和螺带式、锚式等。其中平桨式搅拌器应用较多，可搅拌黏度大液层深的液体，并能在一条轴上同时安装多个平浆叶片。353搅拌器的选用选用搅拌器时，应借鉴同类工艺使用的搅拌器类型，还应考虑一下几点（1）根据被搅拌液体的黏度大小选用，具体可参看图32，由文献6查得此图。（2）根据被搅拌液体的容积大小选用搅拌器的类型，具体参看图33，由文献6查得此图。（3）根据工艺要求的搅拌速度选用。快速搅拌实现液体混合或形成较稳定固体颗粒悬浮液时，应选用涡轮式或螺旋桨式为宜。（4）容积大于500M3时，采用侧入式，叶轮以螺旋桨式为佳。表36各类叶轮构形的使用范围叶轮构形搅拌容量液体黏度PAS叶轮转数R/MIN流型搅拌的目的螺旋桨（直入式）1400101001750轴向流混合、液相反应、固体悬浮、晶析、传热、溶解螺旋桨（侧入式）5015000010250450轴向流混合、传热、防止沉积、均一化斜片桨01100501100轴向流混合、液相反应、固体悬浮、溶解、分散平桨01100501100径向流分散、溶解、混合、液相反应、体积L图33搅拌器容积与黏度的关系宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书23涡轮0150501200径向流分散、溶解、混合、液相反应、传热、气体吸收锚式0150150径向流混合、传热、溶解螺杆01505500150混合、传热、溶解螺带015010500150混合、传热、溶解根据以上文献，选平桨式搅拌器。354搅拌器的功率计算搅拌器功率消耗P与下列因素有关叶轮直径DA（M）和转速N（1/S）；液体密度（/M3）；黏度（PAS）；重力加速度G（M/S2）。此外还和叶轮形式、槽的结构尺寸、形状因素等有关。若在搅拌过程中黏度变化，则以过程最大的来计算。又123AID取057085AIM又，从表36中选取叶轮转速。339/,1KG160/MINRS搅拌的雷诺准数2209RE8675AND查文献4第8章图827得搅拌的功率准数为1NP根据公式计算搅拌器的功率P35APNPN353518908AD072KW355搅拌轴的计算此计算主要是确定轴的最小截面（轴径）。轴材料选用45钢，查文献3得；取。30MPA05/M（1）轴的强度计算搅拌轴的特点是细长。搅拌器安装在轴的最远端，轴径常受到的载荷是扭转载荷、弯曲载荷和轴向载荷等组合的合成载荷。轴向载荷由容器内压力和搅拌器轴向推力引起，相对较小，往往可以忽略不计。弯曲载荷很难计算。因此，在工程应用中常用近似的方宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书24法进行强度计算。假设轴只承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料的许用剪应力，弥补由于忽略弯曲载荷引起的误差。从强度考虑，由公式计算轴径36509PDN330726M（2）轴的刚度计算搅拌轴进行刚度计算是为了防止转轴产生过大的扭转变形，从而在运转中引起振动，造成动密封失效。为此应该把轴的扭转变形限制在一个允许的范围里，这就是设计中的扭转刚度条件。从刚度考虑，由公式计算轴径41537PDGN444021537865PDN3M其中480GMPA参考公称轴径系列，取，且桨式搅拌器的尺寸如表37所示5DM表37桨式搅拌器的尺寸螺栓螺钉销DDDO数量D1数量D2数量HH1CMFE质量KGP/N不大于85050M124M12116901401104551211007536搅拌附件361挡板平桨式搅拌器在转速低时以切线流为主，即使是推进式或涡轮式搅拌器也会产生一定的切线流，当切线流严重时，会产生“打漩”现象，致使不互溶的液体分层，固体颗粒沉降。当漩涡达到叶轮以后，叶轮会吸入大量气体，使搅拌物料密度下降，还会加剧搅拌器的振动，严重时搅拌器无法正常运行。因此，一般情况下都必须制止切线流和“打漩”现象。消除切线流和“打漩”现象的最有效、也是最简单的方法就是在釜内安装挡板。宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书25挡板一般是竖向固定在釜内壁上的长条形板，沿釜壁周向均匀分布。挡板宽度。作圆周运动的液体碰到挡板后改变90方向，或顺着挡板作轴向运动102IWD为或垂直于挡板作径向运动，因此，挡板可把切线流转变为轴向流和径向流，提高了宏观混合速度和剪切性能，从而改善了搅拌效率。挡板的数量视釜径而定，一般为24块。实验表明，具有一定数目挡板的搅拌釜，当再增加挡板也不会进一步改善搅拌效果时，此一定数目的挡板称作“全挡板条件”。除非特别说明，“全挡板条件”一般是4块。应该指出的是，在层流状态，挡板不起作用。因为层流下挡板并不影响流体的流动。所以对于低速搅拌高黏度液体的锚式和框式搅拌器来说，安装挡板是毫无意义的。362导流筒搅拌操作中有时需要控制流体的流型，这时，就要用到导流筒。导流筒除了能控制流型以外，还能使釜内液体均通过导流筒内的强烈混合区，提高混合效率。37工艺接管、开孔及其补强371允许不另行补强的最大开孔直径GB150规定，当在设计压力小于或等于25MPA的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89MM时，只要接管最小厚度满足表38要求，就可不另行补强。表38不另行补强的接管最小厚度接管公称外径253238454857657689最小厚度35405060372允许开孔的范围、在壳体上开孔的最大直径不得超过以下数据、圆筒当其内径，开孔最大直径且；150IDM1,2IDD50M当其内径，开孔最大直径，且。I3、凸形封头或球壳的开孔最大直径。I、锥形封头的开孔最大直径，为开孔中心处的锥体内直径。I1DD3I宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书26、在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，椭圆形或碟形封头上开孔的孔边、或外加补强元件的边缘与封头边缘间的投影距离不小于I01D由以上可确定允许的开孔范围为ID785M2边缘距离为I01D701M73人孔的补强计算人孔最大，由文献7查取人孔，在常压取的全平面人孔，型号为DN50。JB5791、所需最小补强面积A取。RF1,D2C652METRD215047802、有效补强范围、有效宽度，BMNTD25028652M取。10、内外有效高度NTH2M、补强范围内补强金属面积EA、21EETRABD1F0526498M、CITTP7238221ETRETRHFHCF250632710568M212A9854，需要另行补强。E由文献3根据人孔，选取补强圈尺寸如下DN0补强圈内径D534MM，补强圈外径D750MM。宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书2774其他接管及其法兰的选择由文献3选择其它接管，得、出料口896,PN16MAD20M,C其法兰采用，、醋酸进料口50N16520其法兰采用，、乙醇进料口,A,其法兰采用，、浓硫酸进料口384PD4C18其法兰采用，、载热介质出口,N16MA0M,其法兰采用，、载热介质入口其法兰采用，38酯化反应器的设计尺寸汇总根据以上计算可得表39表39酯化反应器设备的设计尺寸表名称反应釜总体积3M内筒体内径MM内筒体高度MM内筒体壁厚MM外筒体内径MM外筒体高度MM外筒体壁厚MM封头壁厚MM封头公称直径MM搅拌器叶轮直径MM搅拌轴直径MM挡板宽度MM符号VDIHNIDJHJNJNKDKDADW尺寸461700200081800130088170085050150根据以上数据绘制设备简图，如图34所示宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书2820008508180081700850四反应釜的传动装置及密封装置的设计41传动装置带搅拌器的反应釜，需要电动机和传动装置来带动搅拌器转动。传动装置通常设置在反应釜的顶部，一般采用立式布置，如图41所示。电动机经减速装置将转速减至工艺要求的搅拌转速，再通过联轴器带动搅拌轴旋转。减速机下设置一个机座，以便安装在反应釜的封头上。由于考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及装卸检修方便，常在封头上焊一底座，整个传动装置连机座及轴封装置都一起安装在这底座上。因此，反应釜传动装置的设计内容一般应包括选用电动机、减速机和联轴器、选用或设计机座和设计底座等。图34设备结构简图宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书29411电动机的选用反应釜的电动机绝大部分与减速机配套使用，只在搅拌转速很高时，才见到电动机不经减速机而直接驱动搅拌轴。因此电动机的选用一般应与减速机的选用互相配合考虑。反应釜传动装置上的电动机选用问题，主要是确定系列、功率、转速以及安装型式和防爆要求等几项内容。反应釜常用的电动机系列有Y、YB、YF、YXJ等几种，其特点和使用范围可见表41。电动机的功率主要根据搅拌所需的功率及传动装置的传动效率而定。搅拌所需的功率一般由工艺要求提出，通常已考虑到物料搅拌启动时的需要，但根据化工计算所得的搅拌轴计算功率有时与实际情况出入较大，还需参考一下相近物料相近搅拌情况下所需的功率。因此反应釜搅拌所需电动机的功率P可由下式表示PP式中工艺要求的搅拌功率，；KW传动装置的总效率，包括减速装置传动效率、搅拌轴功率计算误差、轴封摩擦损耗和其他损耗。取总效率，由前面计算可知085072845PMPA表41反应釜常用电动机名称型号结构特征异步电动机Y铸铁外套，小机座上有散热筋，铸铝鼠轮转子，有防护式与封闭式之分隔爆型异步电动机YB防爆式，钢板外壳，铸铝转子，小机座上有散热筋化工防腐用异步电动机YF结构同Y型，采取密闭及防腐措施图41宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书30摆线针轮减速异步电动机YXJ由封闭式异步电动机与摆线针轮减速器直联由以上所述,电动机选型号YXJ型摆线针轮减速异步电动机。412减速机的选用搅拌反应器往往在载荷变化、有振动的环境下连续工作，选择减速机的形式时应考虑这些特点。常用的减速机有摆线针轮行星减速机、齿轮减速机、三角皮带减速机以及圆柱蜗杆减速机，其传动特点见表42。一般根据功率、转速来选择减速机。选用时应优先考虑传动效率高的齿轮减速机和摆线针轮行星减速机。表42几种釜式反应器用立式减速机的基本特征特征摆线针轮行星减速机两级齿轮减速机三角皮带减速机谐波减速机速比范围711511645336090输出轴转速范围（用四级电动机），R/MIN20100125250320500416功率，KW0630063006550613效率09095093091083根据以上介绍及文献7第九章常用减速机，釜式反应器用的减速机选择型号为XLD082型摆线针轮减速机。根据文献5联轴器选固定式凸缘联轴器。413机架的选用机架一般有无支点机架、单支点机架和双支点机架。无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。单支点机架适用于电动机或减速机可作为一个支点，或容器内可设置中间轴承和底轴承的情况。双支点机架适用于悬臂轴。搅拌轴的支承有悬臂式和单跨式。由于筒体内不设置中间轴承或底轴承，维护检修方便，特别对卫生要求高的生物反应器，减少了筒体内的构件，因此应优先采用悬臂轴。42密封装置用于机械搅拌反应器的轴封主要有两种填料密封和机械密封。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部杂质渗入搅拌容器内。宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书31421填料密封填料密封结果简单，制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的搅拌设备。422机械密封机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛地应用。所以，密封装置选用机械密封。五设计体会通过本次对醋酸乙酯酯化器的设计，培养了我以下几方面的能力1、培养了理论联系实际的设计思路，训练了综合运用设备设计和先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固加深和扩展了有关设备设计方面的知识。2、通过制定设计方案，合理选择设备所需材料及附件类型，确定设备尺寸及附件尺寸，达到了解和掌握设备总体结构及其零部件的设计思路。宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书323、提高了对设计技能的能力；提高了熟练运用设计资料、各种手册、图册、标注及规范的能力；以及提高了使用经验数据进行经验估算和处理数据的能力。本次设计使我学到了许多在书本上没有学到的知识，拓展了知识面，提高了自学能力，对本专业的知识有了新的认识。在设计过程中通过对各种事项的综合考虑，即要考虑设备的综合性能，能不能达到预期的要求，又要考虑它在实际生活中能不能有一定的使用价值，且不能使它的成本太高。因此，本设计不单单是应用课本上知识，还需要通过在实践中的调查之后，设计出人们所能接受的设备。符号说明符号名称单位壁厚M操作空时H焊缝系数密度3/KG黏度PAS宁夏大学机械学院过程装备与控制工程专业毕业设计说明书33效率应力MPAVR物料体积3M总体积F填装系数ER雷诺系数D直径MCP计算压力MPAP功率KWT温度KG重力加速度2/MSIQ体积流量3HID内径N转速1/SPN功率准数参考文献1天津大学物理化学教研室编物理化学高等教育出版社,2001年12月第4版2李绍芬主编反应工程化学工业出版社,教育出版中心,2000年6月第2版3中国化学工业协会编化工机械手册天津大学出版社,1991年5月第一版4郑津洋,董其伍,桑芝富主编过程设备设计化学工业出版社,精细化工出版中心,2005年7月第2版5朱思明,汤善甫等化工