版-3-反应器设计说明书

第一章概 第二章亚硫酸铵氧化反应器设计 总体设计思 反应特 反应机 反应动力学特 反应器选型——搅拌釜式反应 反应器选型原 反应器选型判 反应器类型选 反应器数学模 反应条件参数确 温度的确 pH的确 亚硫酸铵氧化反应器结构设 反应釜釜体设 封头的设 反应釜夹套设 传热面积的校 反应釜附件的选型及尺寸设 搅拌轴的结构及尺寸设 传动装置的选型与尺寸设 压力校 总体设计思Neelakan、AhmadN等在非均相条件下对该反应进行研究。Mishra发现反1.5级，Neelakantan得到反应对亚硫酸铵和氧 反应特 2NH4SO3O22NH4 2NH4HSO3O222NH4HSO3O22NH32NH42度pH值对吸收液的氧化速率均有影响。因此假设(NH4)2SO3的氧化速率方程式为： 式中a，b，c

酸铵瞬时反应速率，再将对应时刻下的SO32-、SO42-浓度以及O2浓度代入，通过进行非线性曲线拟合，得出级数a=1，b=1/2，c=-1，以及不同温0kk0

式中（2）两边同时求对数可以得到lnk1/T的关系方程，将不同温度下1/T2-1所示。2-1温度与速率常数的关系拟合得到lnk4.5907T17.1246。38.17KJ/mol，根据截距求出12423.817*104

2r1242 （动力学数据来自：亚硫酸铵非催化氧化动力学研究——倪琼38.17kJ/mol是在pH8的情况下。而氧化反应当pH值5.5时，反应最终氧化率就会随着pH值的升高而降低。同时，动力学方程 根据实验结果，最后得出当pH5.531.88kJ/mol 3.14*104

2

0

2R R

QAIR 10.65SO4 反应器选型——搅拌釜式反应设计。例如，对于气固相催化放热反应，要考虑使用固定床、气固流化床或气液固三相悬浮床反应器。在固定床中要考虑使用绝热或管式连续换热反应器，要根据反应过程和不同类型反应器的特征初步选定反应器的类型。3m3，搅拌装置配置的电动1.8KW60r/min，搅拌桨的形式为推进式；通过夹套8个工艺接管、1个视镜、4个耳式支座、1个由Bācksrōm链式反应机理，本征化学反应包含以下步骤

SOSOO 5SOSO5353SO2SO2

反应的结束主要通过两个SO5-基离子结合形成产物而完成，反SO2SO2SO2SO255（4（5（6反应速率受控于式（6）事实上，这一点已由Barron等的实验得到证实。可知

分别 5 3应用稳态假设，可

5 k5将式（12）代入（8）

Rk

1/2C 3 式中，CMe——催化剂浓度；C1kk3k5k13/2级响应，dckc15C1/

反应条件参数确pH图2-3pH对亚硫酸铵反应速率的影由图可知，pH值存在一个临界值，当pH值小于此临界值时，亚硫酸铵氧化率随着pH值的增加而增大，当pH值大于此临界值时，亚硫酸铵的氧化率随着pH的增加而减小。最终的产物选择为硫酸铵，因此需要尽可能的将pH调高，把亚硫酸氢根转化为亚硫酸根，因此pH值选择在亚硫酸铵氧化反应器结构釜体DN的确根据反应动力学方程，以及CSTR体积计算公式，可以求出规定转化率的 R 3.14*104

04

2

3

0.65SO4 Q0CA0CA AAspenPlusV8.4流程模拟中查看反应器前后物料变化信息，根据计33440Q46.313m3/0 48084.7m3/A A0选取反应釜装填系数0.8，由VV0，可得设备体VV010.2 对于气—液相类型选取H/Di1.234343将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di2400mm釜体筒体壁厚的假设Sn=13mm在t=60˚C下查得S31602材料 全考虑，所有焊缝系数都有0.85，t=60˚C，C1=0.3mm，C2=2mm。S Sc由 2tc由

C

0.921200.85

nn圆整S/13mmSnn釜体长度H的设设每一米高的筒体积

HV

12.751.97 体高度圆整为封头的设设封头壁厚Sn=9mm，EHAHF=mm,h4HDi46102400高度 h=610-10=600mm，V=0.5591m 2-1头的尺公称直径总深度内表面积容积下部结构的主要结构尺寸Dmin=180D2。反应釜夹套设

2-4封头下部𝜂𝑉−

𝑉0− 11.7−𝐻j = 2 = 4×选取夹套高度Hj=2350mm，则H0=H-Hj=33mm，这样是便于筒体法兰螺栓传热面积的校DN=2400釜体下封头的内表面积Fh=3.5705m2DN=2400筒体（1m高）的内表面积F1=7.55m2夹套包围筒体的表面积FS=F1×H则需进行传热面积的校核，即，将Fh+Fs=21.3148m2与工艺需要的传热面积F=20.5m2进行比较。Fh+Fs≥F，所以不需要在釜内另设置蛇管。反应釜附件的选型及尺寸设DN=2400mm、PN=0.6MPaGII6I-1300JB/T4702-2000Q345R。2-2釜体法兰尺螺DDh接管名 密封面垫片尺垫片材式外径接管名 密封面垫片尺垫片材式外径内径厚度2200020022-3配用件材垫螺螺法垫A2-4管法兰尺接管名 直连接尺 度C 径径径量n4444444❑44表2-5密封面形式及垫片尺22222222搅拌轴的结构及尺寸搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1、釜内未浸入液体的长度L2、浸入液体的长度L3三部分构成。即：L=L1+L2+L3。其中L1=H-M(H:机架高;M:机输出轴长度)𝐻i

𝑉𝐶−𝜋 式中VC—操作容积（m3；VF—釜体封头容积（m3；Di—筒体的内𝐻i

1.6−4𝜋× =4液体的总装填高度𝐿2=1545+2(25+300)−1515.3=浸入液体搅拌轴的长度L3搅拌桨的搅拌效果和x桨浸入液体内的最佳深度为：S=2𝐷=2𝐻3 当Di=Hi时为最佳装填高度；当Di<Hi液体的长度L3=320mm，搅拌轴的长度L为 圆整取L=2365mm电机（防爆标志dIIT4。根据电机功率P=1.8KW、转速n=100r/min,由机械设32-16选用的电机型号为：Y100L1-4。根据电击功率、搅拌轴的转速、传动比选用直联摆线针轮机（HG5-745-78）,标记ZLD2.0-4A-252-72-6。图2-5直连摆线针轮表2-6直连摆线针轮机安装尺Dn-P6-4EhbBMe.5.8压力校内筒体内压计中航内筒体内压计中航一航空动力控制系统GB150.3-计算压力设计温度内径 (板材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数= =8.50e=n-C1-C2=n 试pT=1.25p[]= T0.90s T=pT.(Die)=T合2e[]t (Die)=pc(Diet =et合内筒体外压计中航航空动力控制系GB150.3-计算压力设计温度内径 (板材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数试pT=1.25p T0.90s T=pT.(Die)=2eT合=e=n-C1-C2=n 筒体外径Do=Di+2n=A B D20时，[pB Do/Doe20时[p]min{(2.250.0625)B,2o Do/ Do/ Do/合内筒上封头内压计中航一航空动力控制系GB150.3-计算压力设计温度内径曲面深度 (板材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数试pT1.25p[ T0.90s T=pT.(KDi0.5eh)=2ehT合1 D2K 2i=6 2h i h=2[]t0.5 =ceh=nh-C1-C2=min=nh=满足最小厚度要压力计2[]t KD = 合内筒下封头内压计中航一航空动力控制系GB150.3-计算压力设计温度内径曲面深度 (板材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数试pT1.25p[ T0.90s T=pT.(KDi0.5eh)=2ehT合1 D2K 2i=6 2h i= =6.01 2[]t0.5eh=nh-C1-C2=min=nh=满足最小厚度要压力计算2[]t KD = 合内筒下封头外压计中航一航空动力控制系GB150.3-计算压力设计温度内径曲面深度 (板材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数试pT=1.25p=T0.90s 2eT合厚度计算h=eh=nh-C1-C2=nh=外径Do=Di+2nh=系数K1 A A=K1Do/e =BB=压力计算B[p]=(K1Do/e)=夹套圆筒体计中航一航空动力控制系GB150.3-0设计温度60内径2500 (板材试验温度许用应力189189345钢板负偏差0腐蚀裕量2焊接接头系数0= =5.61 CC=5 81848试pT=1.25p[]= T0.90s T=pT.(Die)=T合2e[]t(Die=tpc(Die)=t合GB150.3-内径 pT1.25p[ T0.90s=T=pT.(KDi0.5eh)=2ehT1 D2K 2i=6 2h i h=2[]t0.5 =eh=nh-C1-C2=min=nh压力计算2[]tKDi=接管 N1,:设计条件简图φ2℃角o12 补强圈强度削弱系数018A1+A2+A3 mm2AA-结论:接管N2,:设 件简图℃2角o12开孔补强计算1 A-结论:根据GB1506.1.3节的规定,接管N3,:设 件简图℃2角-o12 1补强圈强度削弱系数018A1+A2+A3 mm2AA-结论:中航一航空动力控制系统 N外力矩N壳体许用应力法兰f螺栓bd数量个垫片DDhNmbb0>b=b=2.53b0>DGD外+D内DG=D外螺栓受力计算Wa=πbDGy=NWp=Fp+F=NAm=max(Ap,Aa)=Abnd2=4力矩计操作FD=0.785D2i=NLD=LA+=MD=FD=NFG==NLG=0.5(Db-DG=MG=FG=NFT=F-=NLT=0.5(LA+1+LG=MT=FT=N外压MpFD(LDLG)+FT(LT-LG内压MpMp=NW=NLG Ma=WLG=NMoMpMa[]ft/[]fMo=N螺栓间距校 =Ln (查GB150-20117-Lmin Lmax形状常数定h0Di0h/ho=K=Do/DI=10K7-9ZY7-37-eFh7-57-7-1/of=d1Uho =d1Uho =fψ=δf==4fe13