乙酸乙酯反應(yīng)器課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 反 應(yīng) 工 程課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書院（部）名 稱 化 學(xué) 與 材 料 工 程 學(xué) 院學(xué) 生 姓 名 設(shè) 計(jì) 項(xiàng) 目 乙酸乙酯的反應(yīng)器設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 專 業(yè) 班 級(jí) 化學(xué)工程與工藝專心-專注-專業(yè)前言反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)是化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)和反應(yīng)工程課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性，學(xué)習(xí)初次嘗試反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)?；ぴO(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要同學(xué)獨(dú)立自主的解決所遇到的問題、自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計(jì)要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進(jìn)行過程和設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的比

2、較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。反應(yīng)工程是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過裸程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識(shí)，綜合地分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。因此，當(dāng)學(xué)生首次完成該課程設(shè)計(jì)后，應(yīng)達(dá)到一下幾個(gè)目的：1、 熟練掌握查閱文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當(dāng)缺乏必要的數(shù)據(jù)時(shí)，尚需要自己通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定或到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際查定。2、 在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測(cè)和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還要考慮改善勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。3、 準(zhǔn)確而迅

3、速的進(jìn)行過程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算及選型。4、 用精煉的語言、簡(jiǎn)潔的文字、清晰地圖表來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很繁瑣的設(shè)計(jì)工作，而且在設(shè)計(jì)中除了要考慮經(jīng)濟(jì)因素外，環(huán)保也是一項(xiàng)不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計(jì)中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)說明 摘要：本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn)5000T的間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。通過物料衡算、熱量衡算，反應(yīng)器體積為、換熱量為。設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果表明，反應(yīng)器的特征尺寸為高3910mm，直徑3600mm；夾套的特征尺寸為高2700mm，內(nèi)徑為3800mm。還對(duì)塔體等進(jìn)行了輔助設(shè)備設(shè)計(jì)

4、，換熱則是通過夾套與內(nèi)冷管共同作用完成。攪拌器的形式為圓盤式攪拌器，攪拌軸直徑80mm。在此基礎(chǔ)上繪制了設(shè)備條件圖。本設(shè)計(jì)為間歇釜式反應(yīng)器的工業(yè)設(shè)計(jì)提供較為詳盡的數(shù)據(jù)與圖紙。關(guān)鍵字：間歇釜式反應(yīng)器; 物料衡算; 熱量衡算; 壁厚設(shè)計(jì)主要符號(hào)一覽表V反應(yīng)釜的體積t反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)物A的起始濃度反應(yīng)物的B起始濃度反應(yīng)物S的起始濃度f反應(yīng)器的填充系數(shù)反應(yīng)釜的內(nèi)徑H反應(yīng)器筒體的高度封頭的高度P操作壓力Pc設(shè)計(jì)壓力取焊縫系數(shù)t鋼板的許用應(yīng)力C1鋼板的負(fù)偏差C2鋼板的腐蝕裕量S筒壁的計(jì)算厚度筒壁的設(shè)計(jì)厚度筒壁的名義厚度反應(yīng)器夾套筒體的高度水壓試驗(yàn)壓力夾套的內(nèi)徑Q乙酸的用量單位時(shí)間的處理量目 錄100 6.2.

5、1 8.2.1原料液進(jìn)口管.19 0第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及條件乙酸乙酯酯化反應(yīng)的化學(xué)式為：CH3COOH+C2H5OH=CH3COOC2H5+H2OA B R S原料中反應(yīng)組分的質(zhì)量比為：A：B：S=1：2：1.35，反應(yīng)液的密度為1020Kg/m3，并假定在反應(yīng)過程中不變。每批裝料、卸料及清洗等輔助操作時(shí)間為1h，每天計(jì)24h每年300d每年生產(chǎn)7200h。反應(yīng)在100下等溫操作，其反應(yīng)速率方程如下rR=k1(CACBCRCS/K) 100時(shí)，k1=4.76×10-4L/(mol·min),平衡常數(shù)K=2.92。乙酸的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)器的填充系數(shù)f=0.8，為此反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)反應(yīng)器

6、。第2章工藝設(shè)計(jì)2.1原料的處理量根據(jù)乙酸乙酯的產(chǎn)量可計(jì)算出每小時(shí)的乙酸用量為由于原料液的組成為1:2:1.35單位時(shí)間的處理量2.2原料液起始濃度乙醇和水的起始濃度將速率方程變換成轉(zhuǎn)化率的函數(shù)其中：2.3反應(yīng)時(shí)間2.4反應(yīng)體積反應(yīng)器的實(shí)際體積第3章熱量核算3.1物料衡算根據(jù)乙酸的每小時(shí)進(jìn)料量為，在根據(jù)它的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)物的初始質(zhì)量比算出各種物質(zhì)的進(jìn)料和出料量，具體結(jié)果如下表：物質(zhì)進(jìn)料出料乙酸14.3486.457乙醇37.43029.539乙酸乙酯07.891水64.56672.4573.2能量衡算3.2.1熱量衡算總式式中：進(jìn)入反應(yīng)器的能量， ：化學(xué)反應(yīng)熱，：供給或移走的熱量，有外界向系統(tǒng)供

7、熱為正，有系統(tǒng)向外界移去熱量為負(fù)，：離開反應(yīng)器物料的熱量，3.2.2每摩爾各種物值在不同條件下的值對(duì)于液象物質(zhì)，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個(gè)公式計(jì)算：各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表3：液相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)AB×102C×104D×106乙醇59.34236.383-12.1641.8030乙酸-18.944109.71-28.9212.9275乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592水92.035-3.9953-2.11030.53469由于乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)為78.5和77.2，所以：(1) 乙醇的值同理：(2) 乙酸乙酯的值(3) 水

8、的值(3) 乙酸的值3.2.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)4物質(zhì)AB×103C×105D×108乙醇4.3960.6285.546-7.024乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.736(1) 乙醇的值(2) 乙酸乙酯的值3.2.4每摩爾物質(zhì)在100下的焓值(1) 每摩爾水的焓值=49.677同理：(3) 每摩爾的乙醇的焓值(4) 每摩爾乙酸的焓值(5) 每摩爾乙酸乙酯的焓值 3.2.5總能量衡算（1）的計(jì)算物質(zhì)進(jìn)料出料乙酸14.3486.457乙醇37.43029.539乙酸乙酯07.891水64.56672.457=（14.348

9、×10.49+64.566×49.677+50.3058×37.430)×103=（2）的計(jì)算=(=(49.677+41.634-10.49-50.3058)×7.891×103=.44（3）的計(jì)算=6.457×103×10.49+29.539×103×50.3058+7.891×103×41.634+72.457×103×49.677=.22+.4+.05=.23因?yàn)椋?即：-+=求得：=>0，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。3.3換熱設(shè)計(jì)換熱采用夾套加熱，

10、設(shè)夾套內(nèi)的過熱水蒸氣由130降到110，溫差為20。3.3.1水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為查書得過熱蒸汽的比熱容為2.18KJ/(kg·k)第4章反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)4.1反應(yīng)器的直徑和高度在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的高徑比（H/Di），以確定罐體的直徑和高度。選擇罐體高徑比主要考慮以下兩方面因數(shù)：1、 高徑比對(duì)攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，（其中D攪拌器直徑，P攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小高徑比只能無謂地消耗一些攪拌功率。因此一般情況下，高徑比應(yīng)選擇大一些。2、 高徑比對(duì)傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)，H/Di越高，越有利于傳熱。31 高徑比

11、的確定通常采用經(jīng)驗(yàn)值表6種類罐體物料類型H/Di一般攪拌釜液固或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類氣液相物料1.72.5假定高徑比為H/Di=1.3，先忽略罐底容積取標(biāo)準(zhǔn)表32用標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭參數(shù)見表8公稱直徑（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）內(nèi)表面積（m2）容積（m3）36009005014.646.62筒體的高度釜體高徑比的復(fù)核因此，該設(shè)計(jì)滿足要求4.2筒體壁厚的設(shè)計(jì)4.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定表33反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸汽壓9物質(zhì)水乙酸乙醇乙酸乙酯飽和蒸汽壓（MPa）0.1430.080.3160.272該反應(yīng)釜的操作壓力必須滿足乙醇的飽和蒸汽壓所以取操作壓力P=0.4MPa，該

12、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力Pc=1.1P=1.1×0.4MPa=0.44MPa該反應(yīng)釜的操作溫度為100，設(shè)計(jì)溫度為120。由此選用16MnR卷制16MnR材料在120時(shí)的許用應(yīng)力t=170MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對(duì)接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm4.2.2筒體的壁厚計(jì)算厚度10厚度設(shè)計(jì)鋼板負(fù)偏差名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚4.3釜體封頭厚計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度鋼板負(fù)偏差名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚第5章反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)5.1夾套DN、PN的確定5.1.1夾套的DN由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：5.1.2夾套的PN由設(shè)備設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作

13、壓力為常壓，取PN=0.25MPa，由于壓力不高所以夾套的材料選用Q235B卷制Q235B材料在120是的許用應(yīng)力t=113MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對(duì)接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm5.2夾套筒體的壁厚計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度鋼板負(fù)偏差名義厚度5.3夾套筒體的高度5.4夾套的封頭5.4.1封頭的厚度夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，內(nèi)徑與筒體（）相同。夾套的上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角。計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名鋼板負(fù)偏差義厚度帶折邊錐形封頭的壁厚考慮到風(fēng)頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體壁厚一致，即5.5傳熱面積校核由于反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱

14、反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量不僅能夠維持反應(yīng)的不斷進(jìn)行，且會(huì)引起反應(yīng)釜內(nèi)的溫度升高。為防止反應(yīng)釜內(nèi)溫度過高，在反應(yīng)釜的上方設(shè)置了冷凝器進(jìn)行換熱，因此不需要進(jìn)行傳熱面積的校核。如果反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的是吸熱反應(yīng)，則需進(jìn)行傳熱面積的校核。第6章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)6.1釜體的水壓試驗(yàn)6.1.1水壓試驗(yàn)壓力的確定6.1.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核16MnR的屈服極限由所以水壓強(qiáng)度足夠6.1.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：1.5PT P表4PT 即0.825MPa P表2.2水溫5 6.1.4水壓試驗(yàn)的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.55，保壓不

15、低于30，然后將壓力緩慢降至0.44，保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。6.2夾套的液壓試驗(yàn)6.2.1水壓試驗(yàn)壓力的確定且不大于（p+0.1）=0.35MPa所以取6.2.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核Q235B的屈服極限由所以水壓強(qiáng)度足夠6.2.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：1.5PT P表4PT 即0.525MPa P表1.4水溫5 6.2.4水壓試驗(yàn)的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓

16、力緩慢升至0.35，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.275，保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。第7章攪拌器的選型攪拌設(shè)備規(guī)模、操作條件及液體性質(zhì)覆蓋面非常廣泛，選型時(shí)考慮的因素很多，但主要考慮的因素是介質(zhì)的黏度、攪拌過程的目的和攪拌器能造成的流動(dòng)形態(tài)。同一攪拌操作可以用多種不同構(gòu)型的攪拌設(shè)備來完成，但不同的實(shí)施方案所需的設(shè)備投資和功率消耗是不同的，甚至?xí)沙杀兜牟顒e。為了經(jīng)濟(jì)高效地達(dá)到攪拌的目的，必須對(duì)攪拌設(shè)備作合理的選擇。根據(jù)介質(zhì)

17、黏度由小到大，各種攪拌器的選用順序是推進(jìn)式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式。根據(jù)攪拌目的選擇攪拌器的類型：均相液體的混合宜選推進(jìn)式，器循環(huán)量大、耗能低。制乳濁液、懸浮液或固體溶解宜選渦輪式，其循環(huán)量大和剪切強(qiáng)。氣體吸收用圓盤渦輪式最適宜，其流量大、剪切強(qiáng)、氣體平穩(wěn)分散。對(duì)結(jié)晶過程，小晶粒選渦輪式，大晶粒選槳葉式為宜。根據(jù)以上本反應(yīng)釜選用圓盤式攪拌器。7.1攪拌槳的尺寸及安裝位置葉輪直徑與反應(yīng)釜的直徑比一般為0.2 0.512，一般取0.33，所以葉輪的直徑，??；葉輪據(jù)槽底的安裝高度；葉輪的葉片寬度，??；葉輪的葉長(zhǎng)度，??；液體的深度；擋板的數(shù)目為4，垂直安裝在槽壁上并從槽壁延伸液面上，擋板寬度槳葉數(shù)

18、為6，根據(jù)放大規(guī)則，葉端速度設(shè)為4.3m/s,則攪拌轉(zhuǎn)速為：，取7.2攪拌功率的計(jì)算采用永田進(jìn)治公式進(jìn)行計(jì)算：13由于數(shù)值很大，處于湍流區(qū)，因此，應(yīng)該安裝擋板，一小車打旋現(xiàn)象。功率計(jì)算需要知道臨界雷諾數(shù)，用代替進(jìn)行攪拌功率計(jì)算?？梢圆楸砩贤牧饕粚恿鞔蟮霓D(zhuǎn)折點(diǎn)得出。查表知：所以功率：，取7.3攪拌軸的的初步計(jì)算7.3.1攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)（1）電機(jī)的功率30 ，攪拌軸的轉(zhuǎn)速72，根據(jù)文獻(xiàn)取用材料為1Cr18Ni9Ti ， 40，剪切彈性模量8.1×104，許用單位扭轉(zhuǎn)角1°/m。由得：=利用截面法得： =（）由 得：=攪拌軸為實(shí)心軸，則：= 79.2mm 取80mm（2）攪拌軸

19、剛度的校核：由 剛度校核必須滿足： ，即：所以攪拌軸的直徑取80mm滿足條件。7.3.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=72200，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。7.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)由于選用擺線針齒行星減速機(jī)，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)（D型）。標(biāo)記為：40 HG 2157095。第八章 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)8.1 密封面形式的選型由于，所以選用密封面形式為全平面墊片的設(shè)計(jì)，墊片選用石棉橡膠板8.2 工藝接管的設(shè)計(jì)8.2.1 原料液進(jìn)口管1.乙酸每小時(shí)進(jìn)量為14.348×60÷1045=0.824m3/h，但所有原料液需在1/3h 進(jìn)完則進(jìn)料

20、的質(zhì)量流量為:0.824×3=2.472m3/h設(shè)進(jìn)料的速率為1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為，圓整之后取25mm。因此采用45×3.5mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)一定長(zhǎng)度。配用突面板式平焊管法蘭：HG20952 法蘭 SO45-0.6 2.乙醇每小時(shí)進(jìn)量為14.348×60÷810×2=2.126m3/h，但所有原料液需在1/3h 進(jìn)完則進(jìn)料的質(zhì)量流量為:2.126×3=6.377m3/h設(shè)進(jìn)料的速率為1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為，圓整之后取40mm。因此采用45×3.5mm無縫鋼管，管的一端切

21、成45°，伸入罐內(nèi)一定長(zhǎng)度。配用突面板式平焊管法蘭：HG20952 法蘭 SO45-0.6 3.水每小時(shí)進(jìn)量為14.348×60÷1000×1.35=1.162m3/h，但所有原料液需在1/3h 進(jìn)完則進(jìn)料的質(zhì)量流量為:1.162×3=3.487m3/h設(shè)進(jìn)料的速率為1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為，圓整之后取30mm。因此采用45×3.5mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)一定長(zhǎng)度。配用突面板式平焊管法蘭：HG20952 法蘭 SO45-0.6 8.2.2 催化劑進(jìn)口設(shè)計(jì)催化劑選用H做催化劑，此催化劑不腐蝕設(shè)備，生產(chǎn)無廢液排除，此反應(yīng)為間歇反應(yīng)器，催化劑做成顆粒狀，則過濾后產(chǎn)品即可分離，便于操作。催化劑的用量當(dāng)小于反應(yīng)物總量的4%時(shí)，隨著催化劑的用量增大酯化率液隨之增大，當(dāng)增大到0.4%時(shí)，在增大催化劑的用量對(duì)酯化率的影響減小，因此最佳催化劑的用量為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.4%。反應(yīng)物的總質(zhì)量為3743.4，則催化劑的量為：3743.4×0.4=14.9736。由于催化劑的用量很少，采用無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)一定長(zhǎng)度。配用突面板式平焊管法蘭： 法蘭 8.2.3 溫度計(jì)接口采用無縫鋼管，伸入