間歇式反應釜設計說明書

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上反應釜設計任務書一、 設計題目：5103T/Y乙酸乙酯反應釜設計1、用間歇反應器進行乙酸和乙醇的酯化反應，年生產量為5000噸，2、反應式為3、原料中反應組分的質量比為：4、反應液的密度為，并假設在反應過程中不變5、每批裝料、卸料及清洗等輔助操作時間為1小時6、反應在100下等溫操作，其反應速率方程式為7、100時，平衡常數8、反應器的填充系數取0.75二、 設計內容1、計算預算轉化率為38%時所需的反應體積2、反應高經比，壁厚3、設備選材4、設備條件圖5、攪拌器專心-專注-專業(yè)摘要摘要：本選題為年產量為5103T的間歇釜式反應器的設計。通過物料衡算、熱量衡算，反應器

2、體積為、換熱量為。設備設計結果表明，反應器的特征尺寸為高2973.3mm，直徑3000mm，還對塔體等進行了輔助設備設計，換熱則是通過夾套與內冷管共同作用完成。攪拌器的形式為圓盤槳式攪拌器，攪拌軸直徑80mm，攪拌軸長度3601mm。在此基礎上繪制了設備條件圖。本設計為間歇釜式反應器的工業(yè)設計提供較為詳盡的數據與圖紙。關鍵字：間歇釜式反應器; 物料衡算; 熱量衡算; 壁厚設計;Abstract: The batch reactor for five million T a year is to be designed. Through the material, heat balance re

3、actor volume, heat transfer. Equipment design results show that the characteristic dimensions for high reactor is 2973.3 mm, diameter is 3000mm, height is 3180mm , the auxiliary equipment also is to be designed , heat is finished through the clip with the common cold tube inside. The mixer for disk

4、paddle type mixer, stirring shaft diameter and length of stirring shaft is 3601mm , diameter is 80mm. Based on the condition of equipment drawing. This design for batch reactor industrial design provides a detailed data and drawings.Key words: batch reactor, Material, Heat balance, Thick wall design

5、,目 錄第一章 反應釜物料衡算1.1 反應釜反應時間、反應體積的確定原料處理量,根據乙酸乙酯的產量，每小時的一算用量為：式中88為乙酸乙酯的相對分子質量。由于原料液中，所以4.35kg原料液中含1kg一算，由此可求單位時間的原料液量為：式中60為乙酸的相對分子質量，原料液的起始組成為乙醇和水的相對分子質量分別為46和18，通過乙酸的起始濃度和原料液中個組分的質量比，可求出乙醇和水的起始濃度為由公式可求反應時間，為此需將題給的速率方程變換成轉化率的函數，因為， ， 帶入速率方程，整理后得：式中得反應時間1將有關數值代入式中得反應時間為：所以，所需反應體積為反應器的實際體積為：第二章 反應釜公稱直

6、徑、公稱壓力的確定2.1 反應釜公稱直徑的確定將反應釜視為筒體，取，由，則，圓整查到反應釜的2.2 反應釜PN的確定計算各物質的飽和蒸汽壓2物質ABC乙醇7.338271652.05231.48乙酸9.312971416.7211乙酸乙酯9.222981238.71217由得一下數據在100下，各物質的飽和蒸汽壓為下列圖表乙醇乙酸乙酸乙酯水反應比例： 1 1 11初始條件： 1 2 1.35 0反應用量： -0.38 -0.38 0.38 0.38最終比例： 0.62 0.62 1.73 0.38總物質的量：4.35物質組成0.14250.37240.39770.08736黏度/MPa0.44

7、50.3610.2160.2838選取反應釜的操作壓力大于反應釜內物質的最大飽和蒸汽壓所以取操作壓力，故第三章 反應釜體設計3.1 反應釜筒體壁厚的確定3.1.1 設計參數的確定設計壓力：，取液體靜壓忽略不計計算壓力:設計溫度：焊縫系數：（雙面對接焊，100%無損探傷）3許用應力：根據材料，設計溫度為110，該材料的4鋼板負偏差：腐蝕裕量：（雙面腐蝕）3.2 筒體壁厚設計由公式5得：圓整剛度校核：不銹鋼的6考慮筒體的加工壁厚不小于10mm，故筒體的壁厚取3.3 釜體封頭設計3.3.1 封頭的選型從工藝操作要求考慮，對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應力，且采用平板封頭厚

8、度較大，故不宜采用。理論上應對各種凸形封頭進行計算、比較后，再確定封頭形式。但由定性分析可知：半球形封頭手里最好，壁厚最薄，重量輕，但深度大，制造較難，中、低壓小設備不宜采用；蝶形封頭的深度可通過過渡半徑加以調節(jié)，但由于蝶形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應力，故受力不如橢圓形封頭；保準橢圓形封頭制造比較簡單，受力狀況比蝶形封頭好，故該反應釜采用橢圓形封頭。釜體的封頭選取標準型橢圓型封頭7，代號為、標準3.3.2 封頭壁厚設計橢圓型封頭由整塊鋼板沖壓而成，所以取鋼板負偏差：腐蝕裕量：（雙面腐蝕）由公式得圓整得根據規(guī)定，取封頭壁厚與筒體壁厚一致封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定8 直邊高度體積深度內表

9、面積質量3.3 筒體長度H設計筒體長度H的設計,圓整得：釜體長徑比的校核，設計參數9：種類釜內物料類型一般反應釜液-液相或液-固相物料氣-液相物料11.312發(fā)酵罐氣-液相物料1.72.5由表知，該反應釜的長徑比滿足要求3.4 反應釜的壓力校核3.4.1 釜體的水壓試驗水壓試驗壓力的確定水壓試驗的壓力：且不小于查得， 取3.4.2 液壓試驗的強度校核由得：故液壓強度足夠壓力表的量程、水溫及水中氯離子濃度的要求壓力表的最大量程：或即水溫t水中氯離子濃度水壓試驗的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至，保證時間不低于30分鐘，然后將壓力緩慢降

10、到，保證時間足夠長，檢查所有焊縫和鏈接部位有無泄漏和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。如質量合格，修補后重新試壓直到合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。3.5 釜體的氣壓試驗3.5.1 氣壓試驗壓力的確定氣壓試驗的壓力：取氣壓試驗的強度校核由得：因為所以氣壓強度足夠氣壓試驗的操作過程做氣壓實驗時，將壓縮空氣的壓力緩慢升到，保持5分鐘進行初檢。合格后繼續(xù)升壓到壓力為，其后按每級的級差，逐級升到，保持10分鐘，然后降到，保證時間足夠長進行檢查，如有泄露，修補后去年上述規(guī)定重新進行試驗，釜體試壓合格后再焊上夾套進行壓力試驗。第四章 反應釜夾套的設計4.1 夾

11、套公稱直徑、公稱壓力的確定4.1.1 夾套DN的確定由夾套的筒體內徑與釜體的內徑之間的關系可知：所以4.1.2 夾套PN的確定由設備設計條件知，夾套內介質的工作壓力為常壓，取4.2 夾套筒體的設計4.2.1 夾套筒體壁厚的設計因為為常壓，所以需要根據剛度條件設計筒體的最小壁厚。因為，取且不小于再加，所以，圓整對于的筒體壁厚取。4.2.2 夾套筒體長度H的確定圓整后104.3 夾套封頭的設計4.3.1 封頭的選型夾套的下封頭選標準橢圓型，內徑與筒體相等（），代號,標準。夾套的上封頭選帶折邊錐形封頭，且半錐角橢圓型封頭壁厚的設計因為，所以需要根據剛度條件設計封頭的最小厚度因為，取且不小于再加上所以

12、，圓整。對于制造的封頭厚度取4.3.2 橢圓型封頭結構尺寸的確定封頭尺寸直邊高度深度容積質量840mm4.63m31270kg由設備條件知，下料口的，封頭下部結構主要尺寸.帶折邊錐形封頭壁厚的設計考慮到封頭的大端與夾套筒體對焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體的不厚一致，即。4.4 夾套的液壓試驗4.4.1 液壓試驗壓力的確定水壓試驗的壓力：且不小于查得， 取4.4.2 液壓試驗的強度校核由得：故液壓強度足夠壓力表的量程、水溫及水中氯離子濃度的要求11壓力表的最大量程：或即水溫t水壓試驗的操作過程操作過程：在保持夾套表面干燥的條件下，首先用水將夾套內的空氣排空，再將水的壓力緩慢升

13、至，保證時間不低于30分鐘，然后將壓力緩慢降到，保證時間足夠長，檢查所有焊縫和鏈接部位有無泄漏和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將夾套內的水排凈，用壓縮空氣吹干。如質量不合格，修補后重新試壓直到合格為止。第五章 外壓壁厚的設計5.1 圓筒的臨界壓力計算設計夾套內介質的工作壓力為常壓0.1試差法設計筒體壁厚：當時試差出不滿足要求又設筒體的壁厚，則 由得：筒體的計算長度= = 21381.9 ；該筒體為短圓筒。圓筒的臨界壓力為：（對于圓筒m=3） 故 ；所以假設14滿足穩(wěn)定性要求。故筒體的壁厚14。5.2 外壓封頭壁厚設計設封頭的壁厚，則，對于標準橢圓型封頭系數K=1， 計算系數查得圖在110

14、，計算系數A下系數、又由 所以有 滿足要求故取與筒體壁厚一致為14mm第六章 熱量衡算6.1 熱量衡算基本數據原料帶入的熱量Q1（KJ），反應完成后物料帶出的熱量Q2（KJ），反應熱Q3（KJ），夾套傳進的熱量Q4（KJ），內冷管移熱量Q5（KJ），熱量衡算式為：各物質的比熱容（25,101.325KPa）金克新 趙傳鈞 馬沛生 化工熱力學物質CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O比熱容J/（molK）123.6112.25170.675.29標準摩爾生成焓 KJ/mol-484.30-276.98-478.82-285.8325進料，100下恒溫反應6.2 原料帶入的熱量Q1的

15、計算因為查得的比熱容是25下的，而進料也是在25下進行，所以原料帶入的熱量為Q1=0反應完成后物料帶出的熱量Q2的計算， 出料時（100）各物料的摩爾定壓熱容可根據下關聯(lián)式來求?。焊魑镔|的液體熱容與溫度的關聯(lián)式系數表物質AB10C103D105溫度范圍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50.81112.12938-0.0.273 623則各物質在100時的熱容為：6.3 反應熱的計算 25時的標準摩爾反應熱為：25時的標準摩爾定壓

16、熱容為：由基?；舴蚬剑嚎梢郧蟪?00是的標準摩爾反應焓：該反應達到40%的轉化率時的總反應熱為：小于0，反應為放熱反應即反應達到40%的轉化率時總共放出的熱量為：6.4 夾套給熱量的計算要使反應在100下進行，啟動反應時夾套需要傳給的熱量為：6.5 內冷管移熱量的計算由熱量恒算式可求出內冷管需要移走的熱量為：換熱采用夾套加熱，設夾套內的過熱水蒸氣由130降到110，溫差為20。水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為第七章 反應釜附件的選型及尺寸設計7.1 釜體法蘭連接結構的設計根據，可以確定法蘭的類型為乙型平焊法蘭標記： 法蘭 材料：法蘭結構尺寸公 稱直徑DN/mm法蘭/mm螺栓DD1D2D3

17、D4d規(guī)格數量2800296029152876285610235027M24727.2 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計墊片選用石棉橡膠板，7.3 工藝接管的設計7.3.1 原料液進口管原料液的量為，生產兩小時所需要的原料液的量為：，但所有原料液需在1/3h 進完則進料的質量流量為：，相應的體積流量為，設進料的速率為1.5m/s，則進口管料的直徑為，圓整之后取90mm。因此采用無縫鋼管，管的一端切成45，伸入罐內一定長度。配用突面板式平焊管法蘭： 法蘭 7.3.2 物料出口管由于是間歇釜式反應器進料和出料管一樣，是一次進料，一次出料，即進口管口直徑和出口管直徑是一樣的

18、。采用無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： 法蘭 。與其配套的是手動下展式鑄不銹鋼放料閥，標記：放料閥 。7.3.3 催化劑進口設計催化劑選用H做催化劑，此催化劑不腐蝕設備，生產無廢液排除，此反應為間歇反應器，催化劑做成顆粒狀，則過濾后產品即可分離，便于操作。催化劑的用量當小于反應物總量的4%時，隨著催化劑的用量增大酯化率液隨之增大，當增大到0.4%時，在增大催化劑的用量對酯化率的影響減小，因此最佳催化劑的用量為反應物總質量的0.4%。反應物的總質量為10842.6Kg，則催化劑的量為：。由于催化劑的用量很少，采用無縫鋼管，管的一端切成45，伸入罐內一定長度。配用突面板式平

19、焊管法蘭： 法蘭 7.3.4 溫度計接口采用無縫鋼管，伸入釜體內一定長度。配用突面板式平焊管法蘭： 法蘭 7.3.5 視鏡采用無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： 法蘭 第八章 攪拌裝置設計機械攪拌設備是實現(xiàn)聚合、混合、中和、溶解、結晶、吸收和傳熱等化工過程的單元設備。慣犯應用于是有、化工、食品、醫(yī)藥及冶金等行業(yè)。攪拌軸是攪拌設備的核心元件，包括傳動軸本身和隨軸轉軸的附件，如聯(lián)軸器、減半葉輪等，必須經過設計計算凸緣法蘭一般還接于攪拌容器封頭，用于連接攪拌傳動裝置，亦可兼作安裝、維修、檢查用孔。8.1 凸緣法蘭選擇凸緣法蘭的公稱直徑DN200900mm。形式如表所示12凸緣法

20、蘭形式結構型式密封面型式突面凹面整體R M襯里LRLM安裝底蓋采用螺柱等緊固件與凸緣法蘭連接，使整個減半傳動裝置與容器連接的主要連接件。 我國現(xiàn)行的設計標準5機械攪拌設備6 ( H G/T20569- 94) 是對保證設計質量和加快設計進度, 起到了很大作用。 標準中, 力學模型的主要假設有: 剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的可拆軸視為整體軸; 攪拌器及軸上的其他零件( 附件) 的重力、慣性力、流體作用力均作用在零件軸套的中部; 軸受扭距作用外, 還考慮攪拌器上流體的徑向力以及攪拌軸和攪拌器在組合重心處質量偏心引起的離心力的作用。在此基礎上, 標準給出了兩種常規(guī)的計算模型: 單跨軸及懸臂軸。 8.2 臨界轉速

21、的計算在臨界轉速的計算過程中, 該標準對攪拌軸及攪拌器的質量先作了有效質量的處理: 剛性軸的有效質量等于軸自身的質量加上軸附帶的液體質量。 剛性攪拌軸的攪拌器( 包括附件) 有效質量等于攪拌器自身質量加上攪拌器附帶的液體質量?？捎上铝泄接嬎?第 i 個攪拌器的附加質量系數, 第 i 個攪拌器的直徑, mm; 第 i 個攪拌器的葉片寬度; 、 為攪拌器幾何尺寸, , 之后, 再把各有效質量作了相當質量的簡化。具體如下:單跨軸的有效質量 簡化到軸的中點處, 相當質量為攪拌器在中點處的相當質量為: 中點處總的相當質量為兩端簡支的等直徑單跨軸的一階臨界轉速為- 空心軸內外徑之比, 實心軸為 0;E

22、軸材料的彈性模量, MPa;軸直徑, mm。所以。選取減速器的轉速為 攪拌功率的計算反應比例： 1 1 11初始條件： 1 2 1.35 0反應用量： -0.38 -0.38 0.38 0.38最終比例： 0.62 0.62 1.73 0.38總物質的量：4.35物質組成0.14250.37240.39770.08736黏度/MPa0.4450.3610.2160.2838液體的黏度對攪拌狀態(tài)有很大影響，所以根據攪拌介質黏度大小來選型。傳統(tǒng)的攪拌葉輪分成兩大類。一類適用于低黏度流體，如蔣式、渦輪式等；另一類適用于高黏度流體，如螺帶式葉輪。由于系統(tǒng)的黏度不高，且蔣式攪拌器的能耗比圓盤渦輪攪拌器的

23、能耗高，所以選擇圓盤渦輪攪拌攪拌器。攪拌功率： 8.3 攪拌裝置的選型與尺寸設計8.3.1 攪拌軸直徑的初步計算有防腐或防污染物料等要求較高的場合，應選用耐酸不銹鋼。奧氏體型不銹耐酸鋼（321）有較高的抗晶間腐蝕能力，對一些有機酸和無機酸（尤其是在氧化性介質中）具有良好的耐腐蝕性能用于制造耐酸輸送管道，大型鍋爐過熱器、再熱器、蒸汽管道、石油化工的熱交換器等。本設計中的物料中有乙酸，因此攪拌軸材料為奧氏體型不銹耐酸鋼。電機的功率為，攪拌軸的轉速，攪拌軸的材料為，剪切彈性模量，許用單位扭轉角由得： 利用截面法得：由得： 攪拌軸為實心軸，則， 取攪拌軸剛度的校核，得因為最大單位扭轉角所以圓軸的剛度足

24、夠?？紤]到攪拌軸與聯(lián)軸器配合，可能需要進一步調整。8.3.2 攪拌軸臨界轉速校核計算由于反應釜的攪拌軸轉速，故不作臨界轉速校核計算。聯(lián)軸器額型式及尺寸的設計選用擺線針齒行星減速器，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸器（D型）。標記為,攪拌器選用圓盤渦輪式攪拌器8.4 攪拌軸的結構及尺寸設計8.4.1 攪拌軸長度的設計攪拌軸的長度L近似由釜外長度、釜內未侵入液體的長度 、侵入液體的長度三部分組成。即其中（H機架高，M減速機輸出軸長度）所以攪拌軸的長度當時為最佳裝填高度，當時，設置一層攪拌槳8.4.2 攪拌槳的尺寸設計因為攪拌槳的長度，釜體的直徑。所以取密封端面的平面度不大于0.0009mm，硬質材

25、料密封端面粗糙度不大于0.2，軟質材料密封端面粗糙度不大于0.4第九章 支座夾套反應釜采用立式安裝，采用耳式支座。標準耳式支座（JB/T4725-92）分為A型和B型兩種，此設備需要保溫110時選用B型。支座數設計為4個。結論依據GB 150-1988鋼制壓力容器尺寸為反應器體積為，反應釜高為2973.3mm，直徑3000mm，完成設計任務，達到實際要求。設計結果一覽表項目數值設計壓力/Mpa反應釜0.385夾套0.1設計溫度/373.15壁厚/mm反應釜體10夾套14材料選型反應釜體夾套直徑/mm反應釜體2800夾套3000高度/mm反應釜體4180夾套2973.3傳熱量/KJ攪拌器材料人孔

26、450mm 1個支座4個攪拌器功率反應釜體積/m319.77參考文獻1 李紹芬編. 反應工程M. 北京: 化學工出版社. 20002王志魁編. 化工原理M. 北京: 化學工業(yè)出版社，2006.3 譚蔚編.化工設備設計基礎M. 天津: 天津大學出版社. 2006.4陳志平, 曹志錫編. 過程設備設計與選型基礎M. 浙江: 浙江大學出版社. 2007.5金克新, 馬沛生編. 化工熱力學M, 北京: 化學工業(yè)出版社. 20036涂偉萍, 陳佩珍, 程達芳編. 化工過程及設備設計M. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2000.7匡國柱,史啟才編. 化工單元過程及設備課程設計M. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2

27、005.8柴誠敬編. 化工原理M. 北京: 高等教育出版社, 2000. 9管國鋒 ,趙汝編.化工原理M. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2008.10朱有庭, 曲文海編. 化工設備設計手冊M. 化學工業(yè)出版社, 2004.11丁伯民, 黃正林編. 化工容器M. 化學工業(yè)出版社. 2003. 12王凱, 虞軍編. 攪拌設備M. 北京: 化學工業(yè)出版社. 2003.后 記今天我的設計說明書大部分都已經完工了，再此之際我要衷心的感謝尚書勇老師。謝謝他在這一年中交會了我很多東西，以前我就覺得我學習完全就是為了考試，寧愿在寢室里多看一會兒電視，我也不愿意多看一點課外的書。是尚老師讓我再次明確了我上學的目的

28、，讓我反思了這些年我在哪些方面做的不足，讓我更加明確了我以后該走什么樣的道路。昨天的考試已經順利的結束了，今天看著很多同學回家的已經回家了，留校的正在往B區(qū)搬東西，心里難免有一些不快，因為考試本來是一個學期最后的一件事情，考試過后會開開心心的玩兩天，然后再想其他的事情，但是今年考試過后還要留在實驗室做課程設計，總覺得心里面有些不平衡。很多天以前，我還在為到底選哪種反應釜而煩惱，最后在再三考慮下，我選擇了間歇式反應器，但是隨之而來的問題卻遠比我想象的要困難的多，沒想到這項看起來很小的一件事情確實非常需要耐心和精力，在今天我已經明白了課程設計雖我們工科性學生的意義，它提高了我那運用知識的能力，還讓我們提高了查閱文獻的能力。更加提高了我們獨立思考的能力。在這次設計中我遇到了很多困難，最開始連設備材料的選型我都不知道怎么選，因為這次設計的題目是一個有機酯化反應，以前在選型的時候隨便就選了一個常用的16MnR作為材料，而這次就不行，所以在選材方面就花了很長的時間，然后就是很多物性參數不知道在哪去找，就比如乙酸乙酯的生成焓，因為乙酸乙酯不能由單質直接生成，隨意標準摩爾生成焓查不