乙酸乙酯间歇反应釜课程设计

乙酸乙酯间歇反映釜工艺设计说明书目录TOC\o"1—3"\h\z\u_Toc"摘要4一．设计条件和任务5二.工艺设计6HYPERLINK\l”_Toc”1。原料的解决量7HYPERLINK\l”_Toc”2。原料液起始浓度7HYPERLINK\l”_Toc"3.反映时间8HYPERLINK\l”_Toc"4。反映体积8_Toc"1.物料衡算93.换热设计12_Toc"1。反映器的直径和高度132。筒体的壁厚143.釜体封头厚度15HYPERLINK\l”_Toc"五.反映釜夹套的设计15HYPERLINK\l”_Toc”1。夹套DN、PN的拟定152.夹套筒体的壁厚16HYPERLINK\l”_Toc"3.夹套筒体的高度16HYPERLINK\l”_Toc"4.夹套的封头厚度16HYPERLINK\l”_Toc”六.搅拌器的选型17_Toc”3.搅拌轴的的初步计算19结论19_Toc”参考书目22前言反映工程课程设计是《化工设备机械基础》和《反映工程》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节,是理论联系实际的桥梁,是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试反映釜机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同窗独立自主的解决所碰到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计规定自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算,并要对自己的选择做出论证和核算，通过重复的比较分析，择优选定最抱负的方案和合理的设计。反映工程是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生初次完毕该课程设计后，应达成一下几个目的：纯熟掌握查阅文献资料、收集有关数据、对的选择公式，当缺少必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下,综合分析设计任务规定，拟定化工工艺流程,进行设备选型，并提出确保过程正常、安全可行所需的检测和计量参数,同时还要考虑改善劳动条件和环保的有效方法。精确而快速的进行过程计算及重要设备的工艺设计计算及选型.用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来体现自己的设计思想和计算成果。化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，并且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题.除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和互相协调。摘要本选题为年产量为年产7100T的间歇釜式反映器的设计。通过物料衡算、热量衡算，反映器体积为、换热量为。设备设计成果表明，反映器的特性尺寸为高3380mm，直径3200mm，壁厚8mm，封头壁厚8mm；夹套的特性尺寸为高2590mm，内径为3400mm壁厚8mm，封头壁厚8mm。还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套完毕。搅拌器的形式为圆盘式搅拌器，搅拌轴直径60mm。在此基础上绘制了设备条件图。本设计为间歇釜式反映器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。一．设计条件和任务一、设计目的和规定通过课程设计，规定更加熟悉工程设计基本内容，掌握化学反映器设计的重要程序及办法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力、独立工作和创新能力二、设计题目和内容设计题目：年产量为年产7100T的间歇釜式反映器的设计乙酸乙酯酯化反映的化学式为:CH3COOH+C2H5OH=====CH3COOC2H5+H2OABRS原料中反映组分的质量比为：A：B：S=1：2：1.35，反映液的密度为1020Kg/m3，并假定在反映过程中不变。每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1h，每天计24h每年300d每年生产7200h。反映在100℃下等温操作,其反映速率方程以下rR=k1(CACB－CRCS/K）100℃时，k1=4。76×10—6L/(mol·min），平衡常数K=2.92。乙酸的转化率=0.4，反映器的填充系数f=0。8,为此反映设计一种反映器。二.工艺设计工艺流程图1。原料的解决量根据乙酸乙酯的产量可计算出每小时的乙酸用量为由于原料液反映组分的质量比为：A：B：S=1：2:1.35则单位时间的解决量2。原料液起始浓度乙醇和水的起始浓度将速率方程变换成转化率的函数将以上各式代人rR=k1(cAcB－cRcS/K）中得整顿得其中：3.反映时间由得即整顿得积分得由于故上式积分为=153min4。反映体积反映器的实际体积三。热量核算1。物料衡算根据乙酸的每小时进料量为，再根据它的转化率和反映物的初始质量比算出多个物质的进料和出料量：成果汇总以下表:物质进料出料乙酸28。01516。81乙醇73.0861.88乙酸乙酯011.21水126.07137.282.能量衡算热量衡算总式：式中：进入反映器无聊的能量，:化学反映热，：供应或移走的热量,外界向系统供热为正，系统向外界移去热量为负，：离开反映器物料的热量，每摩尔多个物值在不同条件下的值:对液相查得，多个液相物质的热容参数以下表液相物质的热容参数物质AB×103C×106乙醇100。92-111.839498。54乙酸155.48-326。595744.199乙酸乙酯162。99—201。054777.283由于乙醇，乙酸乙酯，乙酸的沸点分别为78.5℃,77。3℃和118℃，因此:乙醇的值乙酸的值乙酸乙酯的值水的值查得，对气相多个气象物质的参数以下表气相物质的热容参数物质AB×103C×106D×1010乙醇6。296231。501—118.558222.183乙酸乙酯24.673328。226—98.4119-203。815乙醇的值乙酸乙酯的值每摩尔物质在100℃(1）每摩尔水的焓值每摩尔的乙醇的焓值每摩尔乙酸的焓值每摩尔乙酸乙酯的焓值总能量衡算（2)的计算(3)的计算由于>0,阐明反映吸热故，有求得：=764803.89>0，故应是外界向系统供热。3.换热设计换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130℃降到110℃，温差为20℃。水蒸气的用量无视热损失,则水的用量为四。反映釜釜体设计1。反映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/Di），以拟定罐体的直径和高度。选择罐体高径比重要考虑下列两方面因数：高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的状况下，（其中D—搅拌器直径，P—搅拌功率），P随釜体直径的增大，而增加诸多，减小高径比只能无谓地消耗某些搅拌功率。因此普通状况下，高径比应选择大某些.高径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高,越有助于传热.高径比的拟定普通采用经验值表种类罐体物料类型H/Di普通搅拌釜液—固或液-液相物料1~1.3气—液相物料1~2发酵罐类气—液相物料1。7～2。5假定高径比为H/Di=1.2，先无视罐底容积代入数据得取原则原则椭球型封头参数公称直径（mm）曲面高度（mm)直边高度（mm）内表面积（m2）容积（m3）32008004011.54。61筒体的高度釜体高径比的复核,满足规定2。筒体的壁厚设计参数的拟定反映器内各物质的饱和蒸汽压物质水乙酸乙醇乙酸乙酯饱和蒸汽压（MPa）0。1430。080。3160。272该反映釜的操作压力必须满足乙醇的饱和蒸汽压因此取操作压力P=0.4MPa,取反映器的设计压力Pc=1。1P=1.1×0。4MPa=0。44MPa该反映釜的操作温度为100℃，设计温度为120℃。材质选用16MnR，16MnR材料在120℃是的许用应力［σ]t=147取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊,100％无损探伤）腐蚀裕量C2=2mm根据式得考虑到钢板厚度负偏差圆整后，，取水压实验水压实验时的应力为取代入得16MnR的屈服极限水压实验时满足强度规定。水压实验的操作过程：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0.55MPa,保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.44MPa,保压足够长时间，检查全部焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。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。若质量不合格,修补后重新试压直至合格为止。水压实验合格后再做气压实验。3.釜体封头厚度设计厚度 考虑到钢板厚度负偏差圆整后，，取五。反映釜夹套的设计1。夹套DN、PN的拟定由夹套的筒体内径与釜体内径之间的关系可知：由设备设计条件可知，夹套内介质的工作压力为常压，取PN=0。25MPa2。夹套筒体的壁厚由于压力不高因此夹套的材料选用Q235—B卷制，Q235—B材料在120℃是的许用应力［σ取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊,100%无损探伤）腐蚀裕量C2=2mm设计厚度 考虑到钢板厚度负偏差圆整后,，取按钢制容中DN=3400mm的壁厚最小不的不大于8mm因此取3.夹套筒体的高度4。夹套的封头厚度夹套的下封头选原则椭球封头，内径与筒体()相似。夹套的上封头选带折边形的封头，且半锥角。计算厚度 考虑到钢板厚度负偏差圆整后,，取按钢制容中DN=3400mm的壁厚最小不的不大于8mm因此取带折边锥形封头的壁厚考虑到风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壁厚一致,即水压实验水压实验时的应力为，且不得不大于（P+0.1）=0.35MPa因此取代入得Q235-B的屈服极限水压实验时满足强度规定。水压实验的操作过程：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。35MPa，保压不低于30min,然后将压力缓慢降至0.275MPa,保压足够长时间,检查全部焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形.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.若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压实验合格后再做气压实验。六。搅拌器的选型搅拌设备规模、操作条件及液体性质覆盖面非常广泛,选型时考虑的因素诸多，但重要考虑的因素是介质的黏度、搅拌过程的目的和搅拌器能造成的流动形态。同一搅拌操作能够用多个不同构型的搅拌设备来完毕,但不同的实施方案所需的设备投资和功率消耗是不同的，甚至会由成倍的差别。为了经济高效地达成搅拌的目的，必须对搅拌设备作合理的选择。根据介质黏度由小到大,多个搅拌器的选用次序是推动式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式.根据搅拌目的选择搅拌器的类型：均相液体的混合宜选推动式，器循环量大、耗能低。制乳浊液、悬浮液或固体溶解宜选涡轮式，其循环量大和剪切强。气体吸取用圆盘涡轮式最适宜，其流量大、剪切强、气体平稳分散。对结晶过程，小晶粒选涡轮式，大晶粒选桨叶式为宜。根据以上本反映釜选用圆盘式搅拌器。1。搅拌桨的尺寸及安装位置叶轮直径与反映釜的直径比普通为0。2～0。5，普通取0.33，因此叶轮的直径,取；叶轮据槽底的安装高度；叶轮的叶片宽度，取；叶轮的叶长度，取；液体的深度；挡板的数目为4,垂直安装在槽壁上并从槽壁地延伸液面上，挡板宽度桨叶数为6，根据放大规则,叶端速度设为4.3m/s，则搅拌转速为：，取2。搅拌功率的计算采用永田进治公式进行计算:［13］由于数值很大,处在湍流区，因此，应当安装挡板，一消除打旋现象。功率计算需要知到临界雷诺数，用替代进行搅拌功率计算。能够查表上湍流一层流大的转折点得出。查表知：因此功率：，取3。搅拌轴的的初步计算搅拌轴直径的设计（1）电机的功率P＝27KW，搅拌轴的转速n=90r/min,根据文献，取用材料为1Cr18Ni9Ti，，剪切弹性模量，许用单位扭转角＝1°/m。由得：运用截面法得：由得:搅拌轴为实心轴，则:取（2)搅拌轴刚度的校核:由刚度校核必须满足：,即：因此搅拌轴的直径取＝60mm满足条件。搅拌抽临界转速校核计算由于反映釜的搅拌轴转速＜,故不作临界转速校核计算。联轴器的型式及尺寸的设计由于选用摆线针齿行星减速机,因此联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。标记为：40HG21570—95。结论根据GB150—1988《钢制压力容器》，反映器尺寸为体积为,反映釜高为3380mm，内径3200mm，达成实际规定,完毕设计任务。重要符号一览表V——反映釜的体积t-—反映时间cA0——反映物A的起始浓度cB0—-反映物的B起始浓度cS0—-反映物S的起始浓度f—-反映器的填充系数Di——反映釜的内径H——反映器筒体的高度h2——封头的高度P-—操作压力Pc——设计压力φ—-取焊缝系数［σ］t-—钢板的许用应力C1—-钢板的负偏差C2—-钢板的腐蚀裕量S——筒壁的计算厚度Sn——筒壁的名义厚度Hj——反映器夹套筒体的高度v——封头的体积PT—-水压实验压力Dj——夹套的内径Q——乙酸的用量Q0——单位时间的解决量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,在这次课程设计中予以我们的指导，由于是初次做反映工程课程设计，因此,再设计整个过程中难免碰到这样那样的难题不知该如何解决,幸好有陈湘耐心教导，予以我们及时必要的指导,在此向陈老师表最诚挚的感谢！从陈老师开始说要在做课程设计开始，我就始终紧张我到最后交不了稿，由于这都到期末了,有诸多门专业课要考试，必须花上大量的时间复习，加上前面我们做了一种化工原理的课程设计，懂得里面有诸多需要查阅的东西，因此每天就始终在想终究是复习还是做课程设计。懂得今天为止，我终于两不误,把两样事情都顺利地完毕了.课程设计不同于课本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有诸多困难，但通过与同窗的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在陈老师的指导协助下，问题都得到较好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的局限性，但同时也深刻体会到同窗间的团结互助的精神。通过本次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了较好的锻炼,同时我也意识到自己应当把所学到的知识应用到设计中来。这次的课程设计让我对某些反映工程的理论有了更加进一步的理解，同时在具体的设计过程中我发现现在课本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，课本上的知识诸多都是抱负化后的结论，无视了诸多实际的因素,或者涉及的不全方面，可在实际的应用时这些是不能被无视的,我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就容易得到预想中的成果，有时成果甚至很差别很大。通过这次设计使