完美升级版年产4000t乙酸乙酯间歇反应釜设计毕业论文.docx

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完美升级版年产4000t乙酸乙酯间歇反应釜设计毕业论文

河南城建学院

《反应工程》课程设计

前言

反应工程课程设计是《化工设备机械基础》和《反应工程》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，学习初次尝试反应釜机械设计。

化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、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，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。

反应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，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的：

1、熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。

2、在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、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境保护的有效措施。

3、准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。

4、用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。

化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而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、多学科的综合和相互协调。

摘要：

本选题为年产量为年产4×103T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、换热量为。

设备设计结

果表明，反应器的特征尺寸为高3024mm，直径2800mm；夹套的特征尺寸为高2320mm，内径为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

Thebatchreactorforannualproductioncapacityof60,00010Tistobethedesigned.Throughthematerial,resultsshowthatthesizeofthereactorcharacteristicsforthetowerasdesigned,coldtubeinside.Themixerfordise-typemixer,stirringshaftofdiameteris60mm.Basedontheconditionofequipmentdrawing.Thisdesignforbatchreactorindustrialdesignprovidesadetaileddataanddrawings.

Keywords:

batchreactor,Material,Heatbalance,Thickwalldesign。

主要符号一览表

V——反应釜的体积

t——反应时间

——反应物A的起始浓度

——反应物的B起始浓度

——反应物S的起始浓度

f——反应器的填充系数

——反应釜的内径

H——反应器筒体的高度

——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

——筒壁的设计厚度

——筒壁的名义厚度

——反应器夹套筒体的高度

v——封头的体积

——水压试验压力

——夹套的内径

Q——乙酸的用量

Q0——单位时间的处理量

第1章设计任务及条件3

第2章工艺设计4

2.1原料的处理量4

2.2原料液起始浓度4

2.3反应时间5

2.4反应体积5

第3章热量核算6

3.1工艺流程6

3.2物料衡算6

3.3能量衡算7

3.3.1热量衡算总式7

3.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值7

3.3.3各种气象物质的参数如下表8

3.3.4每摩尔物质在100℃下的焓值9

3.3.5总能量衡算10

3.4换热设计11

3.4.1水蒸气的用量11

第4章反应釜釜体设计12

4.1反应器的直径和高度12

4.2筒体壁厚的设计13

4.2.1设计参数的确定13

4.2.2筒体的壁厚13

4.3釜体封头厚14

第5章反应釜夹套的设计14

5.1夹套DN、PN的确定14

5.1.1夹套的DN14

5.1.2夹套的PN14

5.2夹套筒体的壁厚15

5.3夹套筒体的高度15

5.4夹套的封头15

5.4.1封头的厚度15

5.5传热面积校核16

第6章反应釜釜体及夹套的压力试验16

6.1釜体的水压试验16

6.1.1水压试验压力的确定16

6.1.2水压试验的强度校核16

6.1.3压力表的量程、水温17

6.1.4水压试验的操作过程17

6.2夹套的液压试验17

6.2.1水压试验压力的确定17

6.2.2水压试验的强度校核17

6.2.3压力表的量程、水温18

6.2.4水压试验的操作过程18

第7章搅拌器的选型18

7.1搅拌桨的尺寸及安装位置19

7.2搅拌功率的计算19

7.3搅拌轴的的初步计算20

7.3.1搅拌轴直径的设计20

7.3.2搅拌抽临界转速校核计算21

7.4联轴器的型式及尺寸的设计21

结论21

参考书目21

总结22

第1章设计任务及条件

1.1设计任务及条件

乙酸乙酯酯化反应的化学式为：

CH3COOH+C2H5OH=====CH3COOC2H5+H2O

ABRS

原料中反应组分的质量比为：

A：

B：

S=1：

2：

1.35，反应液的密度为1020Kgm3，并假定在反应过程中不变。

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。

反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下

rR=k1（CACB－CRCSK）[1]

100℃时，k1=4.76×L（mol·min）,平衡常数K=2.92。

乙酸的转化率XA=0.48，反应器的填充系数f=0.8，为此反应设计一个反应器。

第2章工艺设计

2.1原料的处理量

根据乙酸乙酯的产量可计算出每小时的乙酸用量为

由于原料液的组成为

1+2+1.35=4.35Kg

单位时间的处理量

2.2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

其中：

2.3反应时间

2.4反应体积

反应器的实际体积

第3章热量核算

3.1工艺流程

反应釜的简单工艺流程图

3.2物料衡算

根据乙酸的每小时进料量为，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

出料

乙酸

13.152

6.839

乙醇

34.310

27.997

乙酸乙酯

0

6.313

水

59.184

65.495

3.3能量衡算

3.3.1热量衡算总式

式中：

进入反应器无聊的能量，

：

化学反应热，

：

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，

：

离开反应器物料的热量，

3.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值

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：

[2]

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

B×10K

C×10K

D×10K

乙醇

59.342

36.358

-12.164

1.8030

乙酸

-18.944

109.71

-28.921

2.9275

乙酸乙酯

155.94

2.3697

-1.9976

0.4592

水

92.053

-3.9953

-2.1103

0.53469

由于乙醇和乙酸乙酯的沸点为778.3℃和77.1℃，所以：

（1）乙醇的值

=59.342+36.358×10×351.5-12.164×10×351.5+1.8030×10×351.5

=115.153

（2）乙酸乙酯的值

=155.94+2.3697×10×350.2-1.9976×10×350.2+0.4592×10×350.2

=155.94+8.297-24.499+19.713

=159.451

（3）水的值

=92.053-3.9953×10×373-2.1103×10×373+0.53469×10×373

=92.053-14.902-29.360+27.748

=75.539

（3）乙酸的值

=-18.944+109.71×10×373-28.921×10×373+2.9275×10×373

=139.8223

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]

物质

A

B×103

C×103

D×103

乙醇

4.396

0.628

5.546

-7.024

乙酸乙酯

10.228

-14.948

13.033

-15.736

（1）乙醇的值

=4.396+0.628×10×351.5+5.546×10×351.5-7.024×10×351.5+2.685×10×351.5

=（4.396+0.234+7.716-3.645+0.520）8.314

=76.663

（2）乙酸乙酯的值

=（10.228-5.576+18.133-8.166+1.161）8.314

=131.195

3.3.4每摩尔物质在100℃下的焓值

（1）每摩尔水的焓值

（3）每摩尔的乙醇的焓值

（4）每摩尔乙酸的焓值

（5）每摩尔乙酸乙酯的焓值

3.3.5总能量衡算

（1）的计算

（2）的计算

（3）的计算

因为：

即：

++=

求得：

=393384.9

>0，故应是外界向系统供热。

3.4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℃。

3.4.1水蒸气的用量

忽略热损失，则水的用量为

[5]

第4章反应釜釜体设计

4.1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（HDi），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，（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，HDi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

HDi

一般搅拌釜

液—固或液—液相物料

1~1.3

气—液相物料

1~