乙酸乙酯反应釜设计书

1、乙酸乙酯反应釜设计书 XXX大学 XXX专业 姓名 XXX 主要符号一览表 Q乙酸的用量 Q0单位时间的处理量 V反应釜的体积 t 反应时间 cA0 反应物 A 的起始浓度 cB0 反应物的 B 起始浓度 Cso 反应物S的起始浓度 f 反应器的填充系数 Di 反应釜的内径 H反应器筒体的高度 h2 封头的高度 P操作压力 Pc 设计压力 0 取焊缝系数 d t 钢板的许用应力 C钢板的负偏差 C2钢板的腐蚀裕量 S筒壁的计算厚度 sd 筒壁的设计厚度 Sn 筒壁的名义厚度 Hj 反应器夹套筒体的高度 v封头的体积 PT 水压试验压力 Dj 夹套的内径 第 1 章设计题目 . 错误 ! 未定义

2、书签。 第 2 章设计任务及操作条件 . 错误 ! 未定义书签。 处理能力 . 错误 !未定义书签。 设备形式 . 错误 !未定义书签。 操作条件 . 错误!未定义书签。 第 3 章 热量核算 . 错误 ! 未定义书签。 工艺流程 . 错误 !未定义书签。 物料衡算 . 错误 !未定义书签。 能量衡算 . 错误!未定义书签。 热量衡算总式 . 错误 !未定义书签。 每摩尔各种物值在不同条件下的 Cp，m值 错误！未定义书签。 各种气象物质的参数如下表 . 错误 !未定义书签。 每摩尔物质在100 C下的焓值 错误！未定义书签。 总能量衡算 . 错误！未定义书签。 换热设计 . 错误 ！ 未定义

3、书签。 水蒸气的用量 . 错误！未定义书签。 第 4 章 反应釜釜体设计 . 错误 ！ 未定义书签。 反应器的直径和高度. 错误！未定义书签。 筒体壁厚的设计 . 错误！未定义书签。 设计参数的确定. 错误！未定义书签。 筒体的壁厚 . 错误！未定义书签。 釜体封头厚 . 错误 ！ 未定义书签。 第 5 章 反应釜夹套的设计 . 错误 ！ 未定义书签。 夹套DN PN的确定 错误!未定义书签。 夹套的 DN 错误 ! 未定义书签。 夹套的 PN 错误!未定义书签。 夹套筒体的壁厚 . 错误!未定义书签。 夹套筒体的高度 . 错误!未定义书签。 夹套的封头 . 错误!未定义书签。 封头的厚度 .

4、 错误!未定义书签。 传热面积校核 . 错误 ! 未定义书签。 第 6 章 反应釜釜体及夹套的压力试验 . 错误!未定义书签。 釜体的水压试验 . 错误 ! 未定义书签。 水压试验压力的确定. 错误!未定义书签。 水压试验的强度校核. 错误!未定义书签。 压力表的量程、水温. 错误!未定义书签。 水压试验的操作过程. 错误!未定义书签。 夹套的液压试验 . 错误!未定义书签。 水压试验压力的确定. 错误!未定义书签。 水压试验的强度校核. 错误!未定义书签。 压力表的量程、水温. 错误!未定义书签。 水压试验的操作过程. 错误!未定义书签。 第 7 章 搅拌器的选型 . 错误 ! 未定义书签。

5、 搅拌桨的尺寸及安装位置. 错误!未定义书签。 搅拌功率的计算 . 错误!未定义书签。 搅拌轴的的初步计算 . 错误!未定义书签。 搅拌轴直径的设计 . 错误 !未定义书签。 搅拌抽临界转速校核计算 . 错误 !未定义书签。 联轴器的型式及尺寸的设计 . 错误 !未定义书签。 结论错 误!未定义书签。 参考书目错 误!未定义书签。 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 处理能力 500 （吨/年） 设备形式 操作条件 原料液起始浓度 23.675 CA0 3.908mol /L 6.06 乙醇和水的起始浓度 (1 CB0 3.908 60 210.2mol/L CS0

6、 46 3.908 60 1.35 18 17.59mol / L 将速率方程变换成转化率的函数 其中: Ca Cr CA0 (1 X a) CA0X A ki(a Cao CB0 CBCB0 csCS0 CA0X A CA0X A bXA cxA)cA。 2.61 3.908 CB0CS0 (1 ) Ca0Ca0 .K 10.2 17.59 3.9083.908 2.92) 5.15 1 1 2.92 0.6575 4.434 b2 4ac , ( 5.15)2 4 2.61 0.6575 反应时间 1 k1 CA0 XAf dXA bXA cXA 1(bb2 4ac)XAf2a In k1

7、CAb2 4ac (b b2 4ac)XAf 2a 4.76 10 1 3.908 4.434 ln (5.15 4.434) 0.4 (5.15 4.434) 0.4 22.61 22.61 188min 反应体积 3 25.048m 188 Q(t t。)6.06 (1) 60 反应器的实际体积 VL 25.048 0.8 31.31m3 第3章热量核算 工艺流程 反应釜的简单工艺流程图 物料衡算 根据乙酸的每小时进料量为23.675kmol / 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kmol / h 出料kmol /h 乙酸 乙

8、醇 乙酸乙酯 0 水 能量衡算 3.3.1热量衡算总式 Qi Q2 Q3 Q4 式中：Qi进入反应器无聊的能量，KJ Q2:化学反应热，KJ Q3 :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，KJ Q4 :离开反应器物料的热量，KJ 3.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的cp，m值 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: Cp,m A BT CT2 DT32 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 3 BX 10 3 CX 10 3 DX 10 乙醇 乙酸 一 乙酸乙酯 水 由于乙醇和乙酸乙酯的沸点为C和C,所以: 乙醇的C

9、p,m值 Cp,ml,351.5K A BT CT2 DT3 13253 67.444218.4252 10351.5 7.29726 10351.51.05224 10351.5 67.4442 647.64578 901.5929 456.9733 135.5820J?mol 1?K 同理： 乙酸乙酯的Cp,m值 Cp,m l,350.2K A BT CT2 DT3 13253 155.942.3697 10350.2 1.9976 10350.20.4592 10350.2 155.94 82.9395 244.9857 197.2197 1 1 191.1135J ?mol ?K 水的

10、Cp,m值 Cp,m H2O,l ,373K A BT CT2 DT3 50.81112.12938 10 1 373 0.630974 10 3 37320.0648311 10 5 3733 50.8111 79.442659 87.78678 33.64418 76.111J ?mol 1 ?K 1 乙酸的Cp,m值 Cp,m l,373K A BT CT DT 1323 65.98 1.469 10375 0.15 103750 375 65.98 55.0875 21.0938 0 1 1 99.9737 J ?mol ?K 3.3.3各种气象物质的参数如下表 气相物质的热容参数4

11、物质 A 3 BX 10 3 CX 10 3 DX 10 乙醇 乙酸乙酯 (1)乙醇的Cp,m值 cp,m ,g,373KA BT CT2 DT3 1 5 2 8 3 6.731842 2.315286 10 1 373 12.11626 10 5 3732 2.493482 10 8 3733 6.731842 86.3602 16.8572 1.2940 77.5288 J ? mol 1?K 1 (2) 乙酸乙酯的 cp,m 值 cp,m g,373K 23 A BT CT 2 DT 3 298 1 1.998997 10 8 3733 1 5 2 24.54275 3.288173 1

12、0 1 373 9.926302 10 5 3732 24.54275 123.3065 13.8134 1.0374 11 135.0733J ?mol 1 ?K 1 334每摩尔物质在100 C下的焓值 (1) 每摩尔水的焓值 373 rHm H 2Ocp,m H2O,l ,373KdT vapHm 76.111 10 373 298 40.688 298 40.3963KJ ?mol 同理： (3) 每摩尔的乙醇的焓值 351.5 373 r Hm CH3CH 2OH cp,m CH3CH 2OH ,l,351.5 C dT 298 Hc vap m p,m CH 3CH 2OH , l

13、 ,373 C 351.5 dT 135.5820 10 351.5 298 38.744 77.5288 10 3 373 351.5 7.2536 38.744 1.6669 1 47.6645 KJ ?mol 1 (4) 每摩尔乙酸的焓值 373 r Hm CH 3COOHcp,m CH3COOH ,l,373 C dT 99.9737 10373 298 7.4980KJ ?mol (5)每摩尔乙酸乙酯的焓值 350.2 373 rH m CH 3COOOCH 2CH 3 c p,m CH 3COOOCH 2CH 3,1,350.2 C 298 dT H c vap m p,m CH

14、3COOOCH 2CH 3,1,373 C 350.2 dT 191.1135 10 350.2 29830.539 135.0733 10 3373 350.2 9.9761 30.539 3.0797 43.5948KJ ?mol 3.3.5总能量衡算 (1) Q1的计算 物质 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 水 进料kmol / h 出料kmol /h Q1 nCH 3COOH r Hm CH 3COOH nH20 rH m H 2OnCH 3CH 2OH rH m CH 3CH 2OHnCHECOO( 0 103 43.5948 23.675 1 03 7.4980 81.68 1 03 40.

15、3963 36.3 1 03 47.6645 177515.15 3299569.8 1730221.35 0 5207306.3KJ / h (2)Q2的计算 Q29.47 103 rH CH 3COOH C2H5OH CH3COOC2H5 h2o 9.47 3 10(40.3963 43.5948 7.4980 47.6645) 273006.842KJ /h (3)Q4 的计算 nH20 r H m H 20n H2C H r m H2O 1 nCH 3CH 2OH H r m CH 3CH 2OH 1 nCH 3CH 2OOCCH 3 H r m CH 3CH 2OOCCH 3 14.

16、21 3 107.4980 3 90.15 10 40.3963 3 28.63 10 47.6645 9.47 3 1043.5948 m H 2O r H m CH 3CH 200CCH 3 rH m CH 3CH 2OH rH m CH 3CH 2OH 106546.58 3641726.445 1364634.635 412842.756 5525750.416KJ /h 因为：Q1 Q2 Q3 Q4 即：5207306.3+ 273006.842+Q3 = 5525750.416 求得：Q3=KJ /h Q3 0,故应是外界向系统供热。 换热设计 换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸

17、气由 130 C降到110 C,温差为20C。 3.4.1水蒸气的用量 忽略热损失，则水的用量为 mocpo T；T2 Cpo 1p 2 5 a bT cT 29.16J ?mol 1?K 1 14.49 10 3J ?mol 1 ?K 2 6 2.022 10 J ?mol 1?K 3 T2403 383 393K Cpo 29.16 14.49 10 3 393 2.022 106 3932 29.16 5.6946 0.3123 1 1 34.5423J ?mol ?K 1 1 1.92KJ ?Kg ?K Q3 m。 Cpo T1T2 45437.274 1.92 403 3931183

18、2 kg / h 第4章反应釜釜体设计 反应器的直径和高度 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/D ）,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，p d3 （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/D越高，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/Di 一般搅拌釜 液一固或液一液相物料 1 气一液相物料 12 发酵罐类 气

19、一液相物料 假定高径比为H/Di=，先忽略罐底容积 V -DiH-Di37 44 Di Di 3.21m 取标准 Di 3.2m3200mm 表32用标准椭球型封头参数见表8 公称直径（mr）i 曲面咼度（mn） 直边高度（mr） 内表面积（卅） 容积（m5） 3200 800 40 筒体的高度 431.314.61 4 3.32m3320mm 计算厚度 0.44 3200 2 170 1 0.44 4.1465mm10 Di3.22 釜体高径比的复核 H H h23360, “ 21.05 Di Di 3200 满足要求 筒体壁厚的设计 4.2.1设计参数的确定 表33反应器内各物质的饱和蒸

20、汽压 9 物质 水 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 饱和蒸汽压（MPa 该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=,该反应器的设计 压力 P：= x = 该反应釜的操作温度为 100 C,设计温度为120 Co 由此选用16M nR卷制 16MnR材料在120C是的许用应力t=170MPa 焊缝系数的确定 取焊缝系数0 =（双面对接焊，100 %无损探伤） 腐蚀裕量Ca=2mm 4.2.2筒体的壁厚 钢板负偏差C1 0.8mm 设计厚度SdS C2 4.1465 2 6.1465mm 名义厚度SnSd C1圆整 6.1465 0.8 7mm 按钢制容器的制造取壁厚Sn 8mm 釜体封头

21、厚 计算厚度 S PcDi 0.44 3200 2 t 0.5Pc 2 170 1 0.5 0.44 钢板负偏差 C1 0.6mm 设计厚度 Sd S C2 4.15 26.15mm 名义厚度 Sn Sd C1 员整 6.15 0.8 7mm 4.15mm 按钢制容器的制造取壁厚Sn 8mm 第5章反应釜夹套的设计 夹套DN PN的确定 5.1.1夹套的DN 由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知： Dj Di 20032002003400mm 5.1.2夹套的PN PN=由于压力不高所以夹套 由设备设计条件可知，夹套内介质的工作压力为常压，取 的材料选用Q235 B卷制 Q235-B材

22、料在120C是的许用应力 取 d = 60mm (2 )搅拌轴刚度的校核：由 T max 180 max GJ p 10 Jp d4 32 刚度校核必须满足：max，即: 9.533 10 n G32 6 14 1803 9.533 10 10 90 1 8.1 104 32 4 6 p 180 io3 57.2mm 所以搅拌轴的直径取 d = 60mm满足条件。 7.3.2搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速n =90 r / min 200 r/ min，故不作临界转速校核计算。 联轴器的型式及尺寸的设计 D型）。标记为: 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

23、联轴节（ DN 40 HG 21570 95。 结论 依据GB150-1988钢制压力容器尺寸为反应器体积为31.31m3，反应釜高为3320mm直 径3200mm完成设计任务，达到实际要求。 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

24、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. 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知该如何处理，幸好有尚书勇耐心教诲，给予我们及时必要的指 导，在此向尚老师表最诚挚的感谢！ 从尚老师开始说要在做课程设计开始，我就一直担心我到最后交不了稿，因为这 都到期末了，有很多门专业课要考试，必