年產7200t乙酸乙酯間歇反應釜設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上年產7200t乙酸乙酯的工藝設計摘要：本選題為年產量為年產6×103T的間歇釜式反應器的設計。通過物料衡算、熱量衡算，反應器體積為、換熱量為。設備設計結果表明，反應器的特征尺寸為高3320mm，直徑3200mm；夾套的特征尺寸為高2550mm，內徑為3400mm。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式攪拌器，攪拌軸直徑60mm。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(shù)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;主要符號一覽表專心-專注-專業(yè)V反應釜

2、的體積t反應時間反應物A的起始濃度反應物的B起始濃度反應物S的起始濃度f反應器的填充系數(shù)反應釜的內徑H反應器筒體的高度封頭的高度P操作壓力Pc設計壓力取焊縫系數(shù)t鋼板的許用應力C1鋼板的負偏差C2鋼板的腐蝕裕量S筒壁的計算厚度筒壁的設計厚度筒壁的名義厚度反應器夾套筒體的高度v封頭的體積水壓試驗壓力夾套的內徑Q乙酸的用量Q0單位時間的處理量第1章設計任務及條件1.1設計任務及條件乙酸乙酯酯化反應的化學式為：CH3COOH+C2H5OH=CH3COOC2H5+H2OA B R S原料中反應組分的質量比為：A：B：S=1：2：1.35，反應液的密度為1020Kg/m3，并假定在反應過程中不變。每批裝

3、料、卸料及清洗等輔助操作時間為1h，每天計24h每年300d每年生產7200h。反應在100下等溫操作，其反應速率方程如下rR=k1(CACBCRCS/K) 1100時，k1=4.76×10-6L/(mol·min),平衡常數(shù)K=2.92。乙酸的轉化率XA=0.4，反應器的填充系數(shù)f=0.8，為此反應設計一個反應器。2.1原料的處理量根據乙酸乙酯的產量可計算出每小時的乙酸用量為由于原料液的組成為1+2+1.35=4.35Kg單位時間的處理量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化率的函數(shù)其中：2.3反應時間2.4反應體積反應器的實際體積第3章熱量核算3.1

4、工藝流程反應釜的簡單工藝流程圖3.2物料衡算根據乙酸的每小時進料量為，在根據它的轉化率和反應物的初始質量比算出各種物質的進料和出料量，具體結果如下表：物質進料出料乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.153.3能量衡算3.3.1熱量衡算總式式中：進入反應器無聊的能量， ：化學反應熱，：供給或移走的熱量，有外界向系統(tǒng)供熱為正，有系統(tǒng)向外界移去熱量為負，：離開反應器物料的熱量，3.3.2每摩爾各種物值在不同條件下的值對于氣象物質，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個公式計算：2各種液相物質的熱容參數(shù)如下表3：液相物質的熱容參數(shù)物質AB×103

5、C×103D×103乙醇-67.444218.4252-7.297261.05224乙酸65.981.4690.15乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592水50.81112.12938-0.0.由于乙醇和乙酸乙酯的沸點為78.5和77.2，所以：(1) 乙醇的值同理：(2) 乙酸乙酯的值(3) 水的值(3) 乙酸的值3.3.3各種氣象物質的參數(shù)如下表氣相物質的熱容參數(shù)4物質AB×103C×103D×103乙醇6.2.-12.116262.乙酸乙酯24.542753.-9.1.(1) 乙醇的值(2) 乙酸乙酯的值3.3.4每摩

6、爾物質在100下的焓值(1) 每摩爾水的焓值同理：(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 3.3.5總能量衡算（1）的計算物質進料出料乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.15（2）的計算（3）的計算因為： 即：+=求得：=45437.274>0，故應是外界向系統(tǒng)供熱。3.4換熱設計換熱采用夾套加熱，設夾套內的過熱水蒸氣由130降到110，溫差為20。3.4.1水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為5第4章反應釜釜體設計4.1反應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/D

7、i），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、 高徑比對攪拌功率的影響：在轉速不變的情況下，（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，高徑比應選擇大一些。2、 高徑比對傳熱的影響：當容積一定時，H/Di越高，越有利于傳熱。31 高徑比的確定通常才用經驗值表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=1.2，先忽略罐底容積7取標準表32用標準橢球型封頭參數(shù)見表8公稱直徑（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）內表

8、面積（m2）容積（m3）32008004011.54.61筒體的高度釜體高徑比的復核滿足要求4.2筒體壁厚的設計4.2.1設計參數(shù)的確定表33反應器內各物質的飽和蒸汽壓9物質水乙酸乙醇乙酸乙酯飽和蒸汽壓（MPa）0.1430.080.3160.272該反應釜的操作壓力必須滿足乙醇的飽和蒸汽壓所以去操作壓力P=0.4MPa，該反應器的設計壓力Pc=1.1P=1.1×0.4MPa=0.44MPa該反應釜的操作溫度為100，設計溫度為120。由此選用16MnR卷制16MnR材料在120是的許用應力t=170MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2

9、mm4.2.2筒體的壁厚計算厚度10鋼板負偏差設計厚度名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚4.3釜體封頭厚計算厚度鋼板負偏差設計厚度名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚第5章反應釜夾套的設計5.1夾套DN、PN的確定5.1.1夾套的DN由夾套的筒體內徑與釜體筒體內徑之間的關系可知：5.1.2夾套的PN由設備設計條件可知，夾套內介質的工作壓力為常壓，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是的許用應力t=113MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm5.2夾套筒體的壁厚計算厚度鋼板負偏差設計厚度名義厚度按鋼制容

10、中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取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準橢球封頭，內徑與筒體（）相同。夾套的上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角。計算厚度鋼板負偏差設計厚度名義厚度按鋼制容中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取帶折邊錐形封頭的壁厚考慮到風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壁厚一致，即5.5傳熱面積校核由于反應釜內進行的反應是放熱反應，產生的熱量不僅能夠維持反應的不短進行，且會引起反應釜內的溫度升高。為防止反應釜內溫度過高，在反應釜的上方設置了冷凝器進行換熱，因此不需要進行傳熱面積的校

11、核。如果反應釜內進行的是吸熱反應，則需進行傳熱面積的校核。第6章反應釜釜體及夾套的壓力試驗6.1釜體的水壓試驗6.1.1水壓試驗壓力的確定6.1.2水壓試驗的強度校核16MnR的屈服極限由所以水壓強度足夠6.1.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：P表=2=2×0.55=1.1或1.5PT P表4PT 即0.825MPa P表2.2水溫5 6.1.4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0.55，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.44，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩

12、慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。6.2夾套的液壓試驗6.2.1水壓試驗壓力的確定且不的小于（p+0.1）=0.35MPa所以取6.2.2水壓試驗的強度校核Q235B的屈服極限由所以水壓強度足夠6.2.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：P表=2=2×0.35=0.7或1.5PT P表4PT 即0.525MPa P表1.4水溫5 6.2.4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0.35，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.275，保壓足

13、夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。第7章攪拌器的選型攪拌設備規(guī)模、操作條件及液體性質覆蓋面非常廣泛，選型時考慮的因素很多，但主要考慮的因素是介質的黏度、攪拌過程的目的和攪拌器能造成的流動形態(tài)。同一攪拌操作可以用多種不同構型的攪拌設備來完成，但不同的實施方案所需的設備投資和功率消耗是不同的，甚至會由成倍的差別。為了經濟高效地達到攪拌的目的，必須對攪拌設備作合理的選擇。根據介質黏度由小到大，各種攪拌器的選用順序是推進式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式。

14、根據攪拌目的選擇攪拌器的類型：均相液體的混合宜選推進式，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。氣體吸收用圓盤渦輪式最適宜，其流量大、剪切強、氣體平穩(wěn)分散。對結晶過程，小晶粒選渦輪式，大晶粒選槳葉式為宜。根據以上本反應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釜的直徑比一般為0.2 0.512，一般取0.33，所以葉輪的直徑，取；葉輪據槽底的安裝高度；葉輪的葉片寬度，取；葉輪的葉長度，??；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地延伸液面上，擋板寬度槳葉數(shù)為6，根據放大規(guī)則，葉端速度設為4.3m/s,則攪拌轉速為：，取7.2

15、攪拌功率的計算采用永田進治公式進行計算：13由于數(shù)值很大，處于湍流區(qū)，因此，應該安裝擋板，一小車打旋現(xiàn)象。功率計算需要知到臨界雷諾數(shù)，用代替進行攪拌功率計算。可以查表上湍流一層流大的轉折點得出。查表知：所以功率：，取7.3攪拌軸的的初步計算7.3.1攪拌軸直徑的設計（1）電機的功率3 ，攪拌軸的轉速90，根據文獻取用材料為1Cr18Ni9Ti ， 40，剪切彈性模量8.1×104，許用單位扭轉角1°/m。由得：=利用截面法得： =（）由 得：=攪拌軸為實心軸，則：= 57.05mm 取60mm（2）攪拌軸剛度的校核：由 剛度校核必須滿足： ，即：所以攪拌軸的直徑取60mm滿

16、足條件。7.3.2攪拌抽臨界轉速校核計算由于反應釜的攪拌軸轉速=90200，故不作臨界轉速校核計算。7.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設計由于選用擺線針齒行星減速機，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)（D型）。標記為：40 HG 2157095。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3320mm，直徑3200mm，完成設計任務，達到實際要求。參考書目1 譚蔚主編，化工設備設計基礎M，天津：天津大學出版社，2008.42 柴誠敬主編，化工原理上冊M，北京：高等教育出版社，2008.93李少芬主編，反應工程M，北京：化學工業(yè)出版社，2010.24王志魁編. 化工原理M. 北京: 化學工業(yè)出版社，2006.5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. 2007.6金克新, 馬沛生編. 化工熱力學M, 北京: 化學工業(yè)出版社. 20037涂偉萍, 陳佩珍, 程