间歇式反应釜设计说明书

反应釜设计任务书设计题目：5X103T/Y乙酸乙酯反应釜设计1、 用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，年生产量为5000吨，2、 反应式为CHCOOH（A）+CHOH（B）=CHCOOCH（R）+HO（S）32532523、 原料中反应组分的质量比为：A:B:S=1:2:1.354、 反应液的密度为1020kg/m3,并假设在反应过程中不变5、 每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1小时6、 反应在100°C下等温操作，其反应速率方程式为r=k（cc-cc...K）A1ABRS7、 100C时，k=4.76x10-4Lmol•min,平衡常数K=2.928、 反应器的填充系数取0.75设计内容1、 计算预算转化率为38%时所需的反应体积2、 反应高经比，壁厚3、 设备选材4、 设备条件图5、 搅拌器摘要摘要：本选题为年产量为5X103T的间歇釜式反应器的设计。通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为19.77m3、换热量为2.87106KJ。设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高2973.3mm,直径3000mm,还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。搅拌器的形式为圆盘桨式搅拌器，搅拌轴直径80mm,搅拌轴长度3601mm。在此基础上绘制了设备条件图。本设计为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。关键字：间歇釜式反应器；物料衡算；热量衡算；壁厚设计；Abstract:ThebatchreactorforfivemillionTayearistobedesigned.Throughthematerial,heatbalancereactorvolume,heattransfer.Equipmentdesignresultsshowthatthecharacteristicdimensionsforhighreactoris2973.3mm,diameteris3000mm,heightis3180mm ,theauxiliaryequipmentalsoistobedesigned,heatisfinishedthroughtheclipwiththecommoncoldtubeinside.Themixerfordiskpaddletypemixer,stirringshaftdiameterandlengthofstirringshaftis3601mm,diameteris80mm.Basedontheconditionofequipmentdrawing.Thisdesignforbatchreactorindustrialdesignprovidesadetaileddataanddrawings.Keywords:batchreactor,Material,Heatbalance,Thickwalldesign,目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章反应釜物料衡算 1反应釜反应时间、反应体积的确定 1\o"CurrentDocument"第二章反应釜公称直径、公称压力的确定 2反应釜公称直径的确定 2反应釜PN的确定 2\o"CurrentDocument"第三章反应釜体设计 3\o"CurrentDocument"反应釜筒体壁厚的确定 3设计参数的确定 3\o"CurrentDocument"筒体壁厚设计 4\o"CurrentDocument"3.3釜体封头设计 4封头的选型 43.3.2封头壁厚设计 4筒体长度H设计 53.4反应釜的压力校核 6釜体的水压试验 63.4.2液压试验的强度校核 63.5釜体的气压试验 7气压试验压力的确定 7第四章反应釜夹套的设计 8夹套公称直径、公称压力的确定 8\o"CurrentDocument"夹套DN的确定 84.1.2夹套PN的确定 84.2夹套筒体的设计 84.2.1夹套筒体壁厚的设计 8夹套筒体长度H的确定 84.3夹套封头的设计 9封头的选型 94.3.2椭圆型封头结构尺寸的确定 94.4夹套的液压试验 9液压试验压力的确定 9」4.4.2液压试验的强度校核 10\o"CurrentDocument"第五章外压壁厚的设计 105.1圆筒的临界压力计算 10外压封头壁厚设计 11第六章热量衡算 11热量衡算基本数据 11原料带入的热量Q1的计算 12反应热的计算 13夹套给热量的计算 14内冷管移热量的计算 14\o"CurrentDocument"第七章反应釜附件的选型及尺寸设计 15釜体法兰连接结构的设计 15密封面形式的选型 15工艺接管的设计 15原料液进口管 15物料出口管 16催化剂进口设计 16温度计接口 16\o"CurrentDocument"视镜 17\o"CurrentDocument"第八章搅拌装置设计 17凸缘法兰选择 17临界转速的计算 17搅拌装置的选型与尺寸设计 198.3.1搅拌轴直径的初步计算 198.3.2搅拌轴临界转速校核计算 208.4搅拌轴的结构及尺寸设计 208.4.1搅拌轴长度的设计 208.4.2搅拌桨的尺寸设计 21\o"CurrentDocument"第九章支座 21\o"CurrentDocument"结论 21\o"CurrentDocument"设计结果一览表 22\o"CurrentDocument"参考文献 23第一章反应釜物料衡算1.1反应釜反应时间、反应体积的确定原料处理量Qo,根据乙酸乙酯的产量，每小时的一算用量为:500024x300x88x0.38— Kmo1/h式中88为乙酸乙酯的相对分子质量。由于原料液中A:B:S=1:2:1.35,所以4.35kg原料液中含1kg一算，由此可求单位时间的原料液量为:SRX60X°35=5.315m3/h1020式中60为乙酸的相对分子质量，原料液的起始组成为2077c= =3.909mol/Lao5.315乙醇和水的相对分子质量分别为46和18,通过乙酸的起始浓度和原料液中个组分的质量比,可求出乙醇和水的起始浓度为c=彳909X60X2=10.2mol/Lbo 463.909x60x1.35 ._”了c= =17.59mol/LSO18由公式可求反应时间，为此需将题给的速率方程变换成转化率的函数，因为c=c（1-X）AAOc=c一cXBBOAOAc二cXRAOA，c=c+cXS SO,AOAC+bX+cX2)c2A AAOr=k整理后得：A1带入速率方程,+c=1-/K得反应时间[1]1t=

kc1AOdX AjXAf0a+bX+cX2AInkc v'b2一4ac1AO+b2—4ac)x+2aX+2aAfa=10.23.908-[1+10-[1+10%3.908+17・59%.908x2.92)=—5.15c=1—1292=0.6575加2—4ac=&-5.15)2—4x2.61x0.6575=4.434将有关数值代入式中得反应时间为：1 (-5.15+4.434)x0.38+2x2.61t= In =131min4.76x10-4x3.909x4.434 (—5.15—4.434)x0.38+2x2.61所以，所需反应体积为Vr=Q0(t十t0)=5.315(13160十D=际初31483=19.77m3反应器的实际体积为：0.75第二章反应釜公称直径、公称压力的确定2.1反应釜公称直径的确定将反应釜视为筒体,

=g)^9=1将反应釜视为筒体,

=g)^9=1，i苛=2.93mD=2.93m，圆整D=2800mm查到反应釜的DN=2800mm反应釜PN的确定计算各物质的饱和蒸汽压[2]物质ABC乙醇7.338271652.05231.48

乙酸9.312971416.7211乙酸乙酯9.222981238.71217lgps=A由 t+C得一下数据在100°C下，各物质的饱和蒸汽压为下列图表乙醇乙酸乙酸乙酯水0.316Mpa0.0794Mpa0.272Mpa0.143MpaCHCOOH(A)+CHOH(B)=CHCOOCH(R)+HO(S)3253 2 52反应比例：1111初始条件：121.350反应用量：-0.38-0.380.380.38最终比例：0.620.621.730.38总物质的量：4.35物质CHCOOH3CHOH2 5CHCOOCHHO2325组成0.14250.37240.39770.08736黏度/MPa0.4450.3610.2160.2838lgR=0.1425xlgO.445+0.37241g0.361+0.39771g0.216+0.087361g0.2838卩=0.30Mpa选取反应釜的操作压力大于反应釜内物质的最大饱和蒸汽压所以取操作压力Pw=0.35Mpa，故PN=0.6Mpa第三章反应釜体设计3.1反应釜筒体壁厚的确定3.1.1设计参数的确定设计压力P:p=(1.05〜1.1比，取p=1.1PW=1.1x0.35=0.385Mpa液体静压忽略不计计算压力p=p+p=P=0.385MpacL计算压力设计温度t:t=110C

焊缝系数①：1（双面对接焊，100%无损探伤）⑶许用应力E：根据材料00Cr19Ni10，设计温度为110°C,该材料的118Mpa[4]钢板负偏差C1:C1=0.6mmCC—2mm腐蚀裕量2: 2 （双面腐蚀）3.2筒体壁厚设计PcDi PcDi +C⑸得:0.3850.385x2800Sn—2x118X1•二0「385+0.6+2.0—7.18mm圆整Sn—8mm刚度校核：不锈钢的Smin-10mm⑹考虑筒体的加工壁厚不小于10mm,故筒体的壁厚取Sn—10mm3.3釜体封头设计3.3.1封头的选型从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后,再确定封头形式。但由定性分析可知：半球形封头手里最好，壁厚最薄，重量轻，但深度大,制造较难，中、低压小设备不宜采用；蝶形封头的深度可通过过渡半径加以调节，但由于蝶形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；保准椭圆形封头制造比较简单，受力状况比蝶形封头好，故该反应釜采用椭圆形封头。釜体的封头选取标准型椭圆型封头⑺，代号为EH、标准JBT4337-95封头壁厚设计p—1.1P—1.1x0.35—0.385MpaW

p=p+p=P=0.385MpacL椭圆型封头由整块钢板冲压而成，所以取*=1C钢板负偏差C钢板负偏差Ci:C=0.6mm1CC=2mm腐蚀裕量2: 2 （双面腐蚀）Sn由公式0.385x0.385x28002x118x1.0—0.5x0.385+0.6+2.0=7.17mmS圆整得S圆整得'n=8mm根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致Sn=10mm封头的直边尺寸、体积及重量的确定⑻h直边高度h1V体积Fh深度h2内表面积A质量m40mm3.12m3740mm8.82m2842kg3.3筒体长度H设计筒体长度H的设计V=V+VV=V—VTF,T F冗-D2H=V—V4i FV—V 4x(19.77—3.12)H= f= =2705.4mm兀D2H 3.14x2.8x2.84i圆整得:H=2.7m釜体长径比D釜体长径比Di的校核=1.014厂 (2700+=1.014/D= ./2800设计参数[9]:种类釜内物料类型%i一般反应釜液-液相或液-固相物料1~1.3气-液相物料1~2发酵罐气-种类釜内物料类型%i一般反应釜液-液相或液-固相物料1~1.3气-液相物料1~2发酵罐气-液相物料1.7〜2.5L由表知，该反应釜的长径比/Di满足要求3.4反应釜的压力校核3.4.1釜体的水压试验水压试验压力的确定pT=1.25p水压试验的压力： &见1查得口且不小于（p十°」）Mpap二1.25x1.1x0.35x1.0二0.48Mpa (p+0.1)=0.45MpaT ，取Pt二0.48Mpa3.4.2液压试验的强度校核p(D+S—C)Ti n_:2(S—C)得n 得：0.48x(2800+10—2.6)& = ( ) =91.05Mpamax&=max由2x(10—2.6)0.9&0=0.9x118x1.0=106.2Mpas& =91.05Mpa<0.9&e=106.2Mpamax s故液压强度足够压力表的量程、水温及水中氯离子浓度的要求压力表的最大量程：P=2p=2x0.48=0.96MpaT或1.5P]<P<4P]即0.72Mpa<p<1.92Mpa水温t>15°C水中氯离子浓度C-25mg/L水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.48Mpa,保证时间不低于30分钟，然后将压力缓慢降到0.385“Pa,保证时间足够长，检查所有焊缝和链接部位有无泄漏和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。如质量合格，修补后重新试压直到合格为止。水压试验合格后再做气压试验。3.5釜体的气压试验3.5.1气压试验压力的确定气压试验的压力：吠1J5p口p-1.15x1.1x0.35x1.0=0.4428MpaT取pT二0.45Mpa气压试验的强度校核Q=max由p(D+S-C)Q=max由— T n_2(S-C)得n 得：0.4428x(2800+10-2.6)g= =81.78Mpamax 2X(10-2.6)g =81.78Mpa<0.8q©=94.4Mpa因^为max s所以气压强度足够气压试验的操作过程做气压实验时，将压缩空气的压力缓慢升到0.05Mpa，保持5分钟进行初检。合格后继续升压到压力为0.205“卩。，其后按每级的0.045Mpa级差，逐级升到0.45Mpa，保持10分钟，然后降到0.4Mpa，保证时间足够长进行检查，如有泄露，修补后去年上述规定重新进行试验，釜体试压合格后再焊上夹套进行压力试验。

第四章反应釜夹套的设计夹套公称直径、公称压力的确定4.1.1夹套DN的确定D—(d+200)mm由夹套的筒体内径与釜体的内径之间的关系可知：Ji所以DN—3000mm4.1.2夹套PN的确定由设备设计条件知，夹套内介质的工作压力为常压，取DN—0.25Mpa4.2夹套筒体的设计4.2.1夹套筒体壁厚的设计因为pw为常压，PW<0.3Mpa，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。S—込因为DJ—3000mm<3800mm，取min1000且不小于3mm再加 ，所以Smin—6+2—8mm，圆整对于Q235的筒体壁厚取Sn-14mm。4.2.2夹套筒体长度H的确定丹-r丹-r冗—r2419.77-3.12-X324—2.357mm圆整后H'-2.360m[10]夹套封头的设计封头的选型D—3000mm夹套的下封头选标准椭圆型，内径与筒体相等（ J— ）,代号EHA,标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角a—45°C椭圆型封头壁厚的设计因为pw<0.3Mpa，所以需要根据刚度条件设计封头的最小厚度S—竺因为Dj—3000mm<3800mm，取Min1000且不小于10mm再加上C2所以T12mm，圆整Sn—14mm。对于Q235制造的封头厚度取Sn—14mm4.3.2椭圆型封头结构尺寸的确定封头尺寸h直边高度h1h深度2、.V容积jF质量840mm4.63m31270kg由设备条件知，下料口的DN—180mm，封头下部结构主要尺寸Dmin—220mm.带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的S—14mm不厚一致，即n4.4夹套的液压试验4.4.1液压试验压力的确定且不小于6十EMMPT—125P口且不小于6十EMM水压试验的压力：□—1查得口—1p二1.25x1.1x0.1x1.0二0.1375Mpa(p+0.1)=0.21MpaT，p<(P+0.1)T=0.21Mpa4.4.2液压试验的强度校核p(D+S-C)Q =—T i n^max 2(S—C/由 2Y丿得：0.21x(3000+14-2.6)q= =27.73Mpamax 2x(14-2.6)0.9q0=0.9x235x1.0=211.5Mpasq=27.73Mpa<0.9q©=211.5Mpamax s故液压强度足够压力表的量程、水温及水中氯离子浓度的要求[11]压力表的最大量程:P=2p=2x0.21=0.42Mpa压力表的最大量程:T或1.5P]<P<4P]即0.315Mpa<p<0.84Mpa水温t-5°C水压试验的操作过程操作过程：在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.21Mpa,保证时间不低于30分钟，然后将压力缓慢降到0.168Mpa,保证时间足够长，检查所有焊缝和链接部位有无泄漏和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。如质量不合格，修补后重新试压直到合格为止。第五章外压壁厚的设计圆筒的临界压力计算设计夹套内介质的工作压力为常压0.1MPa试差法设计筒体壁厚：当Sn=10mm时试差出不满足要求又设筒体的壁厚S二14mmnilS二S—C二14—2.8二11.2mmD二D+2S

n ，则en 0又设筒体的壁厚Lcr=1.17DoLcr=1.17DoDoL二1.77X1212Se得："1212二21381.9mm11.2H+1H+h筒体的计算长度L= 3° 1L=2700+3（740-40）+40=29733mmLcr=21381.9>L'；该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为：(对于圆筒m=3)2.59ESLcr=21381.9>L'；该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为：(对于圆筒m=3)2.59ES2per=—mLD'0、lS2.59“88x105x11.22二1.95MPae3X1025X1212x11.2121214mm故P<PCr;所以假设Sn=14mm满足稳定性要求。故筒体的壁厚14mm5.2外压封头壁厚设计设封头的壁厚'广14mm，则TSn-C二14-2.8二口.2"",对于标准椭圆型封头系数K=1,R-rK=1,R-r二3000/11.2二267.9R二KD=1200mmSi i e计算系数a0.125A= =4.67x10-4R/Sie查得图在110°C，计算系数A下系数B=52MPa、E=L88x105MPa52二0.194MPa267.9所以有P=0.1MPa<问=0.194MPa满足要求故取与筒体壁厚一致为14mm第六章热量衡算热量衡算基本数据原料带入的热量Q1(KJ),反应完成后物料带出的热量Q2(KJ),反应热Q3(KJ),夹套传进的热量Q4(KJ),内冷管移热量Q5(KJ),热量衡算式为：°i+2+°4°2十°5各物质的比热容(25°C,101.325KPa)金克新赵传钧马沛生化工热力学物质CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2Oc0比热容P,mJ/(mol・K)123.6112.25170.675.29标准摩尔生成焓AH0(B)fm KJ/mol-484.30-276.98-478.82-285.8325°C进料，100C下恒温反应6.2原料带入的热量Q1的计算因为查得的比热容是25C下的，而进料也是在25C下进行，所以原料带入的热量为Q1=0反应完成后物料带出的热量Q2的计算c=c(1—X)=3.909x(1-0.38)=2.3454mol/LA A0 Ac=c一cX=10.2一3.909x0.38=8.6244mol/LB B0 A0A ,c=cX=3.909x0.38=1.5636mol/LR A0Ac=c+cX=17.59+3.909x0.38=19.1536mol/LSS0 A0A出料时(100°C)各物料的摩尔定压热容可根据下关联式来求取：ci/J•mol-1•K-1=A+BT+CT2+DT4p,m各物质的液体热容与温度的关联式系数表物质ABX10CX103DX105温度范围K乙酸65.981.4690.15295〜400乙醇-67.444218.4252-7.297621.05224159〜453乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592190~375水50.81112.12938-0.6309740.0648311273〜623则各物质在100C时的热容为：TOC\o"1-5"\h\zcl(CHCOOH,l)=65.98+0.1469x373.15+0.15x10-3x373.152=141.68J•mol-1•Kp,m 3cl(CHOH,l)=-67.4442+1.84252x373.15-7.29762x10-3x373.152+1.05224x10-5x373.154p,m2 5=204KJ•mol-1•K-1cl(CHCOOCH,l)=155.94+2.3454x373.15—1.9976x10-3x373.152+0.4592x10-5x373.154p,m 3 25=91KJ•mol-1•K-1

cl(HO,l)=50.8111+2.12938x373.15—0.630974x10-3x373.152p,m 2+0.0648311x10-5x373.154=13.33KJ•mol-1•K-1Q二工nci(B)=工cVcl(B)2 Bp,m Brp,mBB/cci(CHCOOH,l)+cci(CHOH,l)+'——Ap,m 3 Bp,m25ccl(CHCOOCH,l)+ccl(HO,l)Rp,m 3 25 Sp,m2——(2.3436X141.68x10-3+8.6376x204+1.5624x90+19.1424x13.33)x12.965x103x(373.15—298.15)——2.1x106KJ6.3反应热的计算25°C时的标准摩尔反应热为:AH®——YvAH0(B)rm BfmB=—AH©(CHCOOH,l)—AH©(CHOH,l)+AH©(CHCOOCH,fm 3 fm2 5 fm 3 2 5l)+AH©(l)+AH©(HO,l)fm225C时的标准摩尔定压热容为:Ac©rp,m——-c©(CHCOOH,l)—c©(CHOH,l)+c©(CHCOOCH,l)+c©(HO,l)p,m 3 p,m25 p,m3 25 p,m2———123.6—112.25+75.29+170.6——10.04J/(mol•K)AH©(T)——AH©(T)+JT2Ac©dT由基希霍夫公式：rm2rm1Trp,m 可以求出100C是的标准摩尔反应焓：AH©(373.15K)——AH©(298.15K)+J373.15KAc©dT298.15Krp,mrm———2.77KJrm———2.77KJ/mol+J373.15K[10.04J/(mol•K力dT298.15K———2.017KJ/molAH(373.15K)——nXAH©(373.15K)rm A0Arm——cVXAH©(373.15K)A0rArm

=3.906"2.965x103x0.4x(—2.017)=—4.086x104KJAHrm小于0，反应为放热反应即反应达到40%的转化率时总共放出的热量为：Q3=4.086X104K夹套给热量的计算要使反应在100°C下进行，启动反应时夹套需要传给的热量为:nc©(B)Bp,mBc©(chCOOH,l)+cc©(cHOH,l)+cc©(HO,l))V•A0p,m 3 B0p,m25 S0p,m2 r=(3.906X123.6+10.2x112.25+17.58x75.29)x12.965x103x(373.15—298.15)=2.87x106KJ6.5内冷管移热量的计算由热量恒算式Q1+Q3+Q4=Q2+Q5可求出内冷管需要移走的热量为：Q=Q+Q+Q—Q=0+4.086x104+2.87x106—2.1x1065 13 4 2=8.11x105KJ换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130C降到110C，温差为20C。水蒸气的用量忽略热损失，则水的用量为Q=mc(T-T)opo1 2a=29.16JAmol-1AK-1b=14.49x10—3JAmol—1AK—2c=—2.022x10—6JAmol—1AK—3403+383403+3832=393Kc=29.16+14.49x10—3x393—2.022x10—6x3932po=29.16+5.6946—0.3123=34.5423JAmol-1AK-1二1.92KJAKg-1AK-1—852.5075(kg/h)Q —852.5075(kg/h)c(T-T 1.92x(403—393)po1 2第七章反应釜附件的选型及尺寸设计7.1釜体法兰连接结构的设计根据DN—2800mm,PN—°.6Mpa可以确定法兰的类型为乙型平焊法兰标记：法兰FF2800—0.6JB/T4701-2000材料：0Cr18Ni10Ti法兰结构尺寸公称直径DN/mm法兰/mm螺栓DD1D2D3D48d规格数量2800296029152876285610235027M24727.2密封面形式的选型由于PN-0.6Mpa<L6Mpa，所以选用密封面形式为全平面垫片的设计垫片选用石棉橡胶板，7.3工艺接管的设计原料液进口管原料液的量为5.315X1020—5421.3kg/h，生产两小时所需要的原料液的量为：5421.3X2-10842.6kg，但所有原料液需在1/3h进完则进料的质量流量为:10842.6kgX3—32527.8kg/h，，相应的体积流量为32527.8一1020=彳⑷加/h,设进料的速率为i.5m/s,,则进口管料的直径为d=Jqx4/Gu）=4x31.89/（3600x兀x1.5）=0.08674mW V ，圆整之后取90mm。因此采用*100X4.0无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内一定长度。配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL90-0.6RF0Cr18Ni10Ti7.3.2物料出口管由于是间歇釜式反应器进料和出料管一样，是一次进料，一次出料，即进口管口直径和出口管直径是一样的。采用*100x4.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL80-°6RF0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100 HG5-11-81-3。7.3.3催化剂进口设计催化剂选用HB做催化剂，此催化剂不腐蚀设备，生产无废液排除，此反应为间歇反应器，催化剂做成颗粒状，则过滤后产品即可分离，便于操作。催化剂的用量当小于反应物总量的4%时，随着催化剂的用量增大酯化率液随之增大，当增大到0.4%时，在增大催化剂的用量对酯化率的影响减小，因此最佳催化剂的用量为反应物总质量的0.4%。反应物的总质量为10842.6Kg,则催化剂的量为：10842.6x0.4%=43.37kg。由于催化剂的用量很少，采用*20x3.0无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内一定长度。配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL40—°，6RF0Cr18Ni10Ti温度计接口采用©45x2.5无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰:HG20593法兰PL65-0.6RF0Cr18Ni10Ti7.3.5视镜采用*89%4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20593法兰PL80-0.6rf0Cr18Ni10Ti第八章搅拌装置设计机械搅拌设备是实现聚合、混合、中和、溶解、结晶、吸收和传热等化工过程的单元设备。惯犯应用于是有、化工、食品、医药及冶金等行业。搅拌轴是搅拌设备的核心元件，包括传动轴本身和随轴转轴的附件，如联轴器、减半叶轮等，必须经过设计计算凸缘法兰一般还接于搅拌容器封头，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装、维修、检查用孔。8.1凸缘法兰选择凸缘法兰的公称直径DN200〜900mm。形式如表所示[12]凸缘法兰形式结构型式密封面型式突面凹面整体RM衬里LRLM安装底盖采用螺柱等紧固件与凸缘法兰连接，使整个减半传动装置与容器连接的主要连接件。我国现行的设计标准5机械搅拌设备6（HG/T20569-94）是对保证设计质量和加快设计进度，起到了很大作用。标准中，力学模型的主要假设有：刚性联轴器联接的可拆轴视为整体轴；搅拌器及轴上的其他零件（附件）的重力、惯性力、流体作用力均作用在零件轴套的中部；轴受扭距作用外,还考虑搅拌器上流体的径向力以及搅拌轴和搅拌器在组合重心处质量偏心引起的离心力的作用。在此基础上，标准给出了两种常规的计算模型：单跨轴及悬臂轴。临界转速的计算在临界转速的计算过程中，该标准对搅拌轴及搅拌器的质量先作了有效质量的处理：刚性轴的有效质量等于轴自身的质量加上轴附带的液体质量。刚性搅拌轴的搅拌器（包括附件）有效质量等于搅拌器自身质量加上搅拌器附带的液体质量。可由下列公式计算mie+G-DhcosHQx10-9mieKi4jiim=Pd2(Q+Q)x10-9Le4LSGGGGKi第i个搅拌器的附加质量系数,ji第i个搅拌器的直径,mm;mi、H为搅拌器几何尺寸mi、H为搅拌器几何尺寸,hi第i个搅拌器的叶片宽度;m=50+0.5x空80x20cos0=146kgie 4m=吐802（0.02+0.04）=46kgLe4之后,再把各有效质量作了相当质量的简化。具体如下:W=卩m单跨轴的有效质量mLe简化到轴的中点处，相当质量为35LeW=17m=17X146=71kg35Le35搅拌器在中点处的相当质量为：W=16K2i（1-K匕mW=16x0.52x(1-0.5)2x46=92kgiW=17m+EW中点处总的相当质量为S35LeE(1-N)20-WL3SW=35X146+E(1-N)20-WL3Sn=45819d2K L两端简支的等直径单跨轴的一阶临界转速为n=45819x802\]2"(1-0^=189r/mink .167.5x36013No___空心轴内外径之比，实心轴为0;E轴材料的弹性模量,MPa;L轴直径,mm。所以。选取减速器的转速为189r/min搅拌功率的计算CHCOOH（A）+CHOH（B）=CHCOOCH（R）+HO（S）3253 2 52反应比例：1111初始条件：121.350反应用量：-0.38-0.380.380.38

最终比例：0.62 0.62 1.73 0.38总物质的量：4.35物质CHCOOH3CHOH2 5CHCOOCHHO2325组成0.14250.37240.39770.08736黏度/MPa0.4450.3610.2160.2838lgr=0.1425xlgO.445+0.37241g0.361+0.39771g0.216+0.087361g0.2838卩=0.30Mpa液体的黏度对搅拌状态有很大影响，所以根据搅拌介质黏度大小来选型。传统的搅拌叶轮分成两大类。一类适用于低黏度流体，如蒋式、涡轮式等；另一类适用于高黏度流体，如螺带式叶轮。由于系统的黏度不高，且蒋式搅拌器的能耗比圆盘涡轮搅拌器的能耗高，所以选择圆盘涡轮搅拌搅拌器。P=NPN3d5=85x1020x105N搅拌功率： p pR d2Np2.82x1.417x102037771Re= = =37771(h¥35+bsin01.2=(h¥35+bsin01.2=7A+Bf1000+LERe(100+3.2Re0.66A=14A=14+670(—-0.6Y+185ID丿=48.92=1.39P=NpN3d5=85x1020x105N=35kwP P8.3搅拌装置的选型与尺寸设计8.3.1搅拌轴直径的初步计算有防腐或防污染物料等要求较高的场合，应选用耐酸不锈钢。奥氏体型不锈耐酸钢（321）有较高的抗晶间腐蚀能力，对一些有机酸和无机酸（尤其是在氧化性介质中）具有良好的耐腐蚀性能用于制造耐酸输送管道，大型锅炉过热器、再热器、蒸汽管道、石油化工的热交换器等。本设计中的物料中有乙酸，因此搅拌轴材料为奥氏体型不锈耐酸钢\Cr\8Ni9Ti。电机的功率为p=35KW，搅拌轴的转速n=189r/min，搅拌轴的材料为1Cr18Ni9Ti，[t]=40Mpa，剪切弹性模量G=8」x104MPa，许用单位扭转角同=10加2flm=9.553x106— m=9.553x106xNmm由 n得： 189利用截面法得：M=9.553x106x30Nmm85M「It=厂<[tJW

由p得:wp>9・553x106nfc=9・553x106xeW>0.2d3=9.553x106x3.0搅拌轴为实心轴，则p189x40d>34.8mm，取d=80mme=M搅拌轴刚度的校核，得180Tmaxx xGJ兀 8.1x0.1x104p因为最大单位扭转角°max=0.9800m<E=1°0m所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合，d=80mm可能需要进一步调整。8.3.2搅拌轴临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速n二189r"'min<200r"'min，故不作临界转速校核计算。联轴器额型式及尺寸的设计选用摆线针齿行星减速器，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴器（ D型）。标记为DN40HG21570-95搅拌器选用圆盘涡轮式搅拌器8.4搅拌轴的结构及尺寸设计8.4.1搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1、釜内未侵入液体的长度L2、侵入液体的长度L3三部分组成。即L=£+L2+L3L二H-M其中1 （H—机架高，M—减速机输出轴长度）L=500-79=421mm1L+L=（2700+740+740-1000）=3180mm12L=L+L+L=421+3180=3601mm所以搅拌轴的长度1 2 3当Di=Hi时为最佳装填高度，当Di<Hi时，设置一层搅拌桨8.4.2搅拌桨的尺寸设计—=0.35~0.8因为Did――搅拌桨的长度，D-――釜体的直径。所以取d=0.6D=0.6x2800=1680mm密封端面的平面度不大于0.0009mm,硬质材料密封端面粗糙度不大于0.2⑷，软质材料密第九章支座夹套反应釜采用立式安装，采用耳式支座。标准耳式支座JB/T4725-92）分为A型和B型两种，此设备需要保温110°C时选用B型。支座数设计为4个。结论依据GB150-1988《钢制压力容器》尺寸为反应器体积为19.77m3，反应釜高为2973.3mm,直径3000mm,完成设计任务，达到实际要求。

设计结果一览表项目数值设计压力/Mpa反应釜0.385夹套0.1设计温度/°c373.15壁厚/mm反应釜体10夹套14材料选型反应釜体00Cr19Ni10夹套00Cr19Ni10直径/mm反应釜体2800夹套3000高度/mm反应釜体4180夹套2973.3传热量/KJ2.87106KJ搅拌器材料1Cr18Ni9Ti人孔450mm1个支座4个搅拌器功率35kw反应釜体积/m319.77参考文献李绍芬编.《反应工程》[M].北京：化学工出版社.2000王志魁编.《化工原理》[M].北京:化学工业出版社，2006.谭蔚编.《化工设备设计基础》[M].天津：天津大学出版社.2006.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.金克新,马沛生编.《化工