反应工程课程设计报告

1、-. z. . .可修编. .0课程设计(论文)题 目名称年产4500吨聚氯乙烯的反响器设计 课 程 名 称 化学反响工程课程设计 学生*李林*1340902005系 、专 业 生化系2013级化学工程与工艺 指导教师 戴云信 2016 年 6月20日-. z. . .可修编. .目 录TOC o 1-2 h u 化学反响工程 HYPERLINK l _Toc29858 课程设计任务书 PAGEREF _Toc29858 2 HYPERLINK l _Toc32461 概述 PAGEREF _Toc32461 4 HYPERLINK l _Toc2838 1.工艺设计计算 PAGEREF _T

2、oc2838 5 HYPERLINK l _Toc5577 1.1设计依据 PAGEREF _Toc5577 5 HYPERLINK l _Toc5941 1.2设计方案 PAGEREF _Toc5941 5 HYPERLINK l _Toc24018 1.3工艺计算 PAGEREF _Toc24018 5 HYPERLINK l _Toc23306 1.4设计方案的选择 PAGEREF _Toc23306 9 HYPERLINK l _Toc6952 1.5工艺流程图 PAGEREF _Toc6952 9 HYPERLINK l _Toc29358 2.热量衡算 PAGEREF _Toc29

3、358 10 HYPERLINK l _Toc9970 2.1热量衡算总式 PAGEREF _Toc9970 10 HYPERLINK l _Toc4690 2.2每摩尔各种物值在不同条件下的值 PAGEREF _Toc4690 10 HYPERLINK l _Toc19868 2.3各种气相物质的参数如下表 PAGEREF _Toc19868 11 HYPERLINK l _Toc8624 2.4每摩尔物质在80下的焓值 PAGEREF _Toc8624 11 HYPERLINK l _Toc22797 2.5总能量衡算 PAGEREF _Toc22797 12 HYPERLINK l _T

4、oc28068 2.6 换热设计 PAGEREF _Toc28068 13 HYPERLINK l _Toc21206 2.7 水蒸气的用量 PAGEREF _Toc21206 13 HYPERLINK l _Toc22565 3.设备设计与选型 PAGEREF _Toc22565 13 HYPERLINK l _Toc54 3.1 反响釜体及夹套的设计计算 PAGEREF _Toc54 13 HYPERLINK l _Toc7160 3.2 搅拌器设计 PAGEREF _Toc7160 17 HYPERLINK l _Toc6402 3.3 夹套式反响釜附属装置确实定 PAGEREF _To

5、c6402 18 HYPERLINK l _Toc19557 参考文献 PAGEREF _Toc19557 21 HYPERLINK l _Toc8300 总结 PAGEREF _Toc8300 22 HYPERLINK l _Toc20661 致 PAGEREF _Toc20661 232012级化学工程与工艺专业化学反响工程课程设计任务书一、设计工程年产4500吨聚氯乙烯的反响器的设计 二、设计条件生产规模4500 吨/年生产时间：连续生产8000小时/年，间隙生产6000小时/年物料损耗：按5%计算乙炔的转化率：98%，其中副反响占1%。三、反响条件反响在等温下进展，反响温度为180，以

6、活性炭为载体的氯化高汞为催化剂，进展气固相催化反响，催化剂的生产能力为70kg氯乙烯/M3.h, 催化剂使用寿命为一年。四、设计要求1、 反响器选型及方案设计对所有的设计方案进展比拟，最后确定本次设计的设计方案。 2、反响局部的流程设计画出反响局部的流程图3、反响器的工艺设计计算生产线数，反响器个数， 反响器体积。反响器的物料和热量衡算4、搅拌器的设计对搅拌器进展选型和设计计算。 5、画出反响器的装配图图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接收表,设备管口方位图。 6、设计计算说明书内容 设计任务书； 目录； 设计方案比拟； 工艺流程图设计； 反响器的设计搅拌器的设计； 设备装配图；设计总

7、结； 参考资料。7、绘制主要设备的装配图。 用A3图纸绘制主要设备装配图图面应包括设备主要视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术特性表、技术要求,设备管口方位图等，要求采用CAD制图。指导教师：戴云信2015年6月16日概述此次课程设计，是结合化学反响工程这门课程的内容及特点所进展的一次模拟设计。它结合实际进展计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案比拟等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计根底。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个

8、行业做好铺垫。本次课程设计为年产4500吨聚氯乙烯的反响器的设计，是结合化学反响工程这门课程的内容及特点所进展的一次模拟设计。它结合实际进展计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案比拟等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计根底。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个行业做好铺垫。通过此次课程设计，相信同学们在个方面都会有很大的提高。本设计包括：方案讨论、设备设计，工艺流程等内容，涵盖了化学反响工程的根本知识，对我们进一步掌握课本知识很有益处

9、。同时，对机械根底设计和CAD制图的掌握都有明显的帮助，因此，反响工程课程设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节聚氯乙烯的生产工艺是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺，但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。酯化反响器设计的根本要求是满足传质和传热要求。因此需要设计搅拌器。另外，反响器要有足够的机械强度，抗腐蚀能力；构造要合理，便于制造、安装和检修；经济上要合理，设备全寿命期的总投资要少。氯乙烯的主要生产方法乙烯直接氯化法(1)乙烯低温氯化：先向乙烯通氯，在三氯化铁存在下制取二氯乙烷，在碱的醇溶液中，二氯乙烷再脱氯化氢制取氯乙烯。此法是最古老的方法，其缺点

10、是：间歇生产，同时要消耗大量的碱和乙醇，副产氯化氢以氯化钠的形式消耗。(2)乙烯高温氯化法：此法为法国开发的Cldoe法，于1970工业化。此法以乙烯、氯气为原料经高温氯化生产氯乙烯，同时富产多种氯代烃溶剂。整个过程没有二氯乙烷裂解程序。据称，总收率按碳。计为945，辅助费用低，但耗氯量大。乙烯氧氯化法乙烯氧氯化法是目前世界上广泛采用生产氯乙烯的方法，是美国DoW化学公司于1958年实现工业化。该法以三氯化铁为催化剂，将乙烯直接液相氯化合成二氯乙烷，二氧乙烷经精制后再裂解制得氯乙烯，副产氯化氢再与乙烯和空气，通过载于氧化铝上的氧化铜催化剂进展氧氯化反响得l，2一二氯乙烷，此时，乙烯的化率达99

11、7，二氯乙烷的选择性为998；二氯乙烷经精制后在500、25MPa压力下，于管式炉内裂解生成氯乙烯和氯化氢；二氯乙烷的转化率达57，氯乙烯的选择性为99；再经精制得产品氯乙烯。乙烷直接氧氯化制氯乙烯随着石油资源的日益减少和石油价格的上升，由石油加工而来的乙烯原料价格将会不断攀升，传统的乙烯氧氯化生产氯乙烯的本钱也将不断升高。从氯乙烯合成工艺上来说，传统的方法首先是乙烯氯化合成二氯乙烷，再由二氯乙烷裂解才能得到氯乙烯，工艺路线较长，设备投资较多，因此，世界各大化学公司如BF洲ch公司、盂山都公司及比利时的EvC公司等，都一直在研究开发乙烷一步法制氯乙烯的技术，以此来降低生产本钱，但此技术的关键是

12、必须开发出高稳定性及高活性的催化剂。乙炔法制氯乙烯乙炔法是目前我国生产氯乙烯的主要方法，在我国聚氯乙烯的生产中占据主导地位。乙炔法氯乙烯工艺流程较短,技术较成熟。本设计中采用的是乙炔法。主反响：C2H2 + HCL CH2CHCl +124.8KJ/mol副反响：C2H2 + 2 HCL CH2ClCH2Cl +120.0 KJ/mol1.工艺设计计算1.1设计依据聚氯乙烯生产设计任务书1.2 设计方案对于聚氯乙烯的生产既可以采用流化床生产，也可以采用固定床生产。由于聚氯乙烯的生产温度不是很高，而催化剂寿命要求较长，综合考虑选择选择固定床反响器进展生产。1.3 工艺计算固定床进料(1) 流量的

13、计算表1.1 物料物性参数1名称密度100oC熔点/oC沸点/oC黏度/mPa.s百分含量乙炔0.6208-80.8-840.4598%氯化氢1639-114.2-84.80.5298%氯乙烯0.894-159.7-13.90.2598%化学反响方程式：氯乙烯的相对分子质量为62.5，所以要求的生产流量为F氯乙烯=乙炔的流量乙炔采用工业二级品含量98%，乙炔与氯乙烯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率为98%,物料损失以5%计， 则乙炔的进料量 F乙炔=氯化氢的流量氯化氢与乙炔的摩尔配比为1.1：1，则氯化氢的进料量为F氯化氢=1.19.817 = 10.7987 kmol/h总物料量流量：F=

14、 F氯化氢+F乙炔= 10.7987+9.817 = 20.6157 kmol/h则有原料气氯化氢含量： 原料气中乙炔含量 ：产物中各组分的含量：总物料的质量流量如下计算，W总=FAMA+F乙M乙=则有其体积流量为：表1.3物料进料量表 .名称乙炔氯化氢流量kmol/h9.81710.7987(2) 反响体积及反响时间计算乙炔与氯化氢反响制氯乙烯的动力学方程为程：又因为催化剂的生产能力为70kg氯乙烯/m3h，有，可有催化剂的用量为：解得：则催化剂用量为3.646m31.4 反响器根本尺寸及列管的根数列管根数得确定根据工程经历管长一般选择3m长的管束，管径查资料选得的管束，则有每根管子的体积为

15、：一般的，管束中催化剂得装填量为管子体积的97%，则有管数为：圆整后得，管束为筒体直径的计算 1、管束采取胀接则管中心距t=1.4do=，最外列管中心距筒壁，取2、管子的排布采取正三角形排布，则中心线上布管数： 圆整后得3、筒体直径的计算：圆整后取反响器得规格为的反响器内由620根的列管。1.5压力降的校核由化学反响工程12可查得如下计算公式式中：床层压力降，Pa；H催化床层高度，m；G质量流量，kg/m2s；气体密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2；固定床空隙率；催化剂颗粒当量直径，m；气体粘度，Pas和kg/ms。1平均密度2质量流量G：3当量直径dp本次设计所选用的催化剂为圆柱状，3

16、mm6mm，则其当量直径为：4平均黏度m及压降P由附录一黏度系数表，运用内插法可得：表5-2 各组分的粘度系数 (/Pas)温度组分C2H2HC1H2ON2CH2CHC1C2H4C12CH3CHO353.15K383.15K120.55129.75172.51187.14355258.9198.52210.15122.70132.80110.45120.01102.78111.21则可计算出混合气体的平均黏度：空隙率取0.5，则可得1.6热量衡算及传热面积的校核 1、热量衡算反响温度180，进料温度80，转化后温度110；用热水做冷却介质，进口水温97，出口水温102，不计热损失，导出液对管壁

17、的传热系数为：650W/m2K。设原料气带入的热量为，反响热，反响器出料带出的热量，反响器撤走的热量9。当忽略热损失时，有表4-6 各组分的比热容温度组分C2H2HC1H2OCH2CHC1353.15 K383.15 K47.95549.28729.13529.15075.51076.19460.20963.400热量衡算 1原料气带入的热量 原料气的入口温度为353.15K，以273.15K为基准温度，则(4-5) 计算结果列于表4-7中原料气中各组分的比热容的计算组分C2H2HC147.95529.1350.47630.512422.84114.9288由上述公式可得 2反响热在操作条件下

18、，主副反响的热效应分别为 主反响副反响则主反响的放热量为：则副反响的放热量为：则可计算得到反响总热量： 3转化后的气体带出的热量表4-8 转化后各组分的比热容组分C2H2HC1H2OC2H3C149.329.276.263.40.2040.2550.00050.51910.17.420.03832.92转化后气体带出的温度为383.15K，以273.15K为基准温度，则由上述公式可得4) 反响器的撤热量 可得反响器的撤热量：5换热介质用量确实定及换热面积的校核换热介质与物料采用逆流换热操作增强换热效率，用热水做冷却介质，进口水温90，出口水温105，不计热损失，导出液对管壁的传热系数为：650

19、W/m2K。 换热介质的用量可用以下公式计算：上式中：m:冷却介质的用量，kg/h cp：换热介质的比热容：换热器两端温差的对数平均值则有将数据带入上述方程：解得：又由传热总速率方程式：则有 即有由管束规格及列管根数计算出实际换热面积A实1.5 工艺流程图根据设计方案由CAD作出其反响流程图如下图1.1 反响过程的工艺流程图2.设备设计与选型2.1 筒体厚度 根据筒体得标准规格选取的标准筒体2.2 椭圆形封头椭圆形封头与圆筒厚度相等，即10mm ，/T4737-20072.3 压力容器法兰(甲型)根据操作压力选取甲型法兰2.4 膨胀节由于,所以不需要设置膨胀节。2.5 支座选取2.5设备材料

20、根据设备的工作条件，可选择Q235A作为釜体及夹套材料，由附表62查得所选材料许用应力为：100 = 113 MPa2设备的壁厚计算釜体筒体壁厚计算 内压设计计算根据工作条件，可选取P=0.2MPa为设计内压。 根据式10-122筒体的设计厚度：4.2mm 式中：d 圆筒设计厚度，mm ；Di 圆筒内径 ，mm ；P 内压设计压力，MPa ； 焊接接头系数，考虑到夹套的焊接取0.8表10-92；C2 腐蚀裕量，取 2 mm ；t材料许用应力：100 = 113 MPa 。考虑到钢板负偏差，初选C1 = 0.6 mm表10-101。 所以，内压计算筒体壁厚：4.2+0.6=4.8mm外压设计计算

21、按承受0.25MPa 的外压设计设筒体的设计壁厚 = 7 mm ，并决定L/Do ；Do/ 之值：Do筒体外径，Do = Di + 2d =2000 +27 =2014 mm；L筒体计算长度，L=H2+h = 3000+400=3200 mm h为封头的曲面高度，则：L/Do=1.59，Do/= 287.7，由图10-152查得A=0.00045，由图10-172查得 B = 80 MPa ，则许用外压为：P= = 0.28MPa0.25 MPa 。可见，= 7 mm满足0.25 MPa 外压稳定要求，考虑壁厚附加量C = C1 + C2 = 0.6 + 2 = 2.6 mm 后，筒体壁厚 n

22、 = + C = 7 +2.6 = 9.6 mm，圆整到标准钢板规格，n取10 mm 。综合外压与内压的设计计算，釜体的筒体壁厚为10mm，经计算校核，满足设备平安要求。釜体封头壁厚计算按内压计算：S封 =P=0.2MPa,Di=2000mm, =0.8,t=113Mpa, C=0.6+2=2.6mm,代入得 S封=8.4mm.因为釜体的筒体S筒釜=10mm，考虑到封头与筒体的焊接方便，取封头与筒体厚S封头=10mm经采用图解法外压校核，由于PPT ，外压稳定平安，故用S封筒=10 mm。 2.6接收及其法兰选择(1)冷却水进口管：1084，L=200mm，10号钢法兰：PN0.6 DN100

23、 HG 20592-97(2)冷却水出口管：573.5，L=150 mm，无缝钢管法兰：PN0.6 DN50 HG 20592-97乙炔进料管 管径根据管子规格圆整选用的无缝钢管，L=150mm法兰：PN0.25 DN40 HG 20592-97(4) 氯化氢醇进料管管径 根据管子规格圆整选用的无缝钢管，L=200mm法兰：PN0.25 DN65 HG 20592-97出料管 出料总质量流量因密度，则体积流量为由表1-14得，因进料黏度低，选取管道中流速则管径根据规格选取65010的无缝钢管。法兰：PN0.6DN80 HG 20592-97(6) 温度计接收：452.5，L=100mm，无缝钢

24、管法兰：PN0.25 DN40 HG 20592-97(7)不凝气体排出管：323.5，L=100 mm，无缝钢管法兰：PN0.6 DN25 HG 20592-97(8)压料管：573.5，L=200 mm，无缝钢管法兰：PN0.25 DN50 HG 20592-97(9)压料管套管：1084，L=200 mm，10号钢法兰：PN0.25 DN100 HG 20592-97参考文献：1陈甘棠主编化学反响工程第三版化学工业，20142董大勤主编化工机械根底第四版. 化学工业，20133李平主编.化工工艺制图.化学工业，20124实用化学手册科学总结这次课程设计，经过三周时间，已经根本完成。在这次课程设计中遇到的难题，自己也通过各种学习途径有了解决。看到这份设计书能在预期内