乙酸乙酯反應(yīng)器設(shè)計(jì)

河南城建學(xué)院《反應(yīng)工程》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:學(xué)生姓名:班級(jí)學(xué)號(hào):劉麗華馮佑磊1014091212012年05月課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 設(shè)計(jì)時(shí)間及地點(diǎn)1、 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年5月28日——6月8日具體安排：2012年5月28日上午教師組織學(xué)生分組，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)2012年5月28日下午學(xué)生開始查閱資料，整理資料，理出設(shè)計(jì)思路2012年5月29日開始學(xué)生在教師指導(dǎo)下開始進(jìn)行課程設(shè)計(jì)計(jì)算2012年6月5日開始學(xué)生在教師指導(dǎo)下編寫設(shè)計(jì)說明書并繪制圖紙2012年6月8日上午分組進(jìn)行答辯2、 設(shè)計(jì)地點(diǎn)：9#樓C—504、C—509教室二、 設(shè)計(jì)目的和要求通過課程設(shè)計(jì)，要求更加熟悉工程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容，掌握化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)和技能的能力、獨(dú)立工作和創(chuàng)新能力。三、 設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容設(shè)計(jì)題目二：年產(chǎn)量［2000+（學(xué)號(hào)-15）x100］噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件Q生產(chǎn)規(guī)模：2600噸/年@生產(chǎn)時(shí)間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時(shí)/年,間歇生產(chǎn)6000小時(shí)/年Q物料消耗：按5%計(jì)算Q乙酸的轉(zhuǎn)變化率：54%反應(yīng)條件反應(yīng)溫度在等溫下進(jìn)行，反應(yīng)溫度為800C，以少量的濃硫酸為催化劑，硫酸量為總物料量的1%，當(dāng)乙醇過量時(shí)，其動(dòng)力學(xué)方程為：一rA=kCA2.。A為乙酸，建議采用配比為乙酸：丁醇=1:5（摩爾比）。反應(yīng)物料密度為0.85Kg/L，反應(yīng)的速率常數(shù)k為15.00L/（kmol*min）。四、設(shè)計(jì)方法和步驟1、設(shè)計(jì)方案簡介根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書所提供的條件和要求，通過對(duì)現(xiàn)有資料的分析對(duì)比，初步確定工藝流程。對(duì)選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式以及數(shù)值積分計(jì)算等進(jìn)行簡要的論述。2、 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算反應(yīng)的物料衡算、熱量衡算、動(dòng)量衡算催化劑床層高度計(jì)算出口轉(zhuǎn)化率計(jì)算3、 典型輔助設(shè)備的選型和計(jì)算：包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計(jì)算和設(shè)備型號(hào)規(guī)格的選定4、 制圖：繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖繪制主體設(shè)備圖繪制溫度、轉(zhuǎn)化率、壓力與床層高度L曲線5、 編寫設(shè)計(jì)說明書五、設(shè)計(jì)成果的編制本課程的設(shè)計(jì)任務(wù)要求學(xué)生做設(shè)計(jì)說明書1份、圖紙3張。各部分具體要求如下：（一） 設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容與順序：1、 封面（包括題目、學(xué)生班級(jí)、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名等）2、 設(shè)計(jì)任務(wù)書3、 目錄4、 正文4.1緒論：工藝生產(chǎn)技術(shù)方法及進(jìn)展，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概述、設(shè)計(jì)任務(wù)的意義、設(shè)計(jì)結(jié)果簡述4.2設(shè)計(jì)方案簡介4.3物料流程圖及說明4.4設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（包括裝置的工藝計(jì)算：物料衡算、熱量衡算、動(dòng)量衡算，反應(yīng)器床層計(jì)算）4.5裝置流程圖（帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主體設(shè)備圖）及其說明4.6設(shè)計(jì)結(jié)果概要4.7設(shè)計(jì)體會(huì)及今后的改進(jìn)意見5、 參考文獻(xiàn)6、 主要符號(hào)說明（必須注明意義和單位）說明書必須書寫工整、圖文清晰。說明書中所有公式必須寫明編號(hào)。（二） 設(shè)計(jì)圖紙的要求：1、 流程圖：要求畫“生產(chǎn)裝置工藝流程圖”一張，圖紙大小為A2。本圖應(yīng)表示出裝置、單元設(shè)備、輔助設(shè)備和機(jī)器、管道、物料流向。以線條和箭頭表示物料流向，并以指引線表示物料的流量、溫度和組成等。輔助物料的管線以較細(xì)的線條表示。工藝物料管道用粗實(shí)線，輔助物料管道用中粗線，其他用細(xì)實(shí)線。橫向管道標(biāo)注在管道上方，豎向管道標(biāo)注在管道右側(cè)。輔助物料（如冷卻水、加熱蒸汽等）的管線以較細(xì)的線條表示。圖表和表格中的所有文字寫成長仿宋體。設(shè)備以細(xì)實(shí)線繪制，畫出能夠顯示形狀特征的主要輪廓。設(shè)備的高低和樓面高低的相對(duì)位置一般也按比例繪制。設(shè)備的位號(hào)、名稱標(biāo)注在相應(yīng)設(shè)備圖形的上方或下方，或以指引線引出設(shè)備編號(hào)，在專欄中注明每個(gè)設(shè)備的位號(hào)、名稱等。2、 主體設(shè)備圖：本設(shè)計(jì)要求畫主體設(shè)備詳圖一張，圖紙大小為A1。表示其結(jié)構(gòu)形式、尺寸（表示設(shè)備的尺寸，如圓筒形設(shè)備的直徑等）、技術(shù)特性等。設(shè)備圖基本內(nèi)容有：視圖：一般用主視圖、剖面圖或俯視圖表示主要設(shè)備結(jié)構(gòu)形狀；尺寸：圖上應(yīng)注明設(shè)備直徑、高度以及表示設(shè)備總體大小和規(guī)格的尺寸；技術(shù)特性表：列出設(shè)備操作壓力、溫度、物料名稱、設(shè)備特性等；標(biāo)題欄：說明設(shè)備名稱、圖號(hào)、比例、設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)人、審校人等。本設(shè)計(jì)標(biāo)題欄規(guī)定如下所示：圖紙要求：投影正確、布置合理、線型規(guī)范、字跡工整。標(biāo)題欄格式：審核比例共 張第張20 25 15 20 20 60（三）參考文獻(xiàn)的格式：期刊類：（序號(hào)）作者1,作者2, 作者n,文章名，期刊名（版本），出版年，卷次（期次）。圖書類：（序號(hào)）作者1，作者2, 作者n，書名，版本，出版地：出版社，出版年。六、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及成績評(píng)定課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定應(yīng)以學(xué)生出勤情況、工作態(tài)度、完成工作任務(wù)的情況、設(shè)計(jì)說明書和圖紙以及答辯情況為依據(jù)。課程設(shè)計(jì)的成績采用五級(jí)計(jì)分制即優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)秀：能圓滿地完成課題任務(wù)，設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容完整、計(jì)算正確、層次分明，說明書書寫規(guī)范，圖紙符合要求，獨(dú)立工作能力強(qiáng)，工作態(tài)度認(rèn)真；答辯時(shí)概念清楚，回答問題正確。良好：能較好地完成課題任務(wù)；設(shè)計(jì)說明書完整、計(jì)算及論述基本正確；說明書寫書規(guī)范，圖紙符合要求，工作態(tài)度認(rèn)真，答辯時(shí)概念較清楚，回答問題基本正確。中等：完成課題任務(wù)，出勤好，設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容基本完整、計(jì)算及論述無原則性錯(cuò)誤；說明書的書寫基本規(guī)范，圖紙質(zhì)量一般；工作表現(xiàn)較好；答辯時(shí)能回答所提出的主要問題，且基本正確。及格：基本完成課題任務(wù)；設(shè)計(jì)說明書，質(zhì)量一般，無大的原則性錯(cuò)誤；說明書的書寫不夠規(guī)范，圖紙不夠完整；答辯時(shí)講述不夠清楚，對(duì)任務(wù)涉及的問題基本上能夠回答，雖有錯(cuò)誤，但不是重大原則錯(cuò)誤。不及格：沒有完成課題任務(wù)或設(shè)計(jì)說明書（論文）中有重大原則性錯(cuò)誤，答辯中邏輯混亂，概念不清。七、 參考文獻(xiàn)八、 課程設(shè)計(jì)期間紀(jì)律：設(shè)計(jì)期間學(xué)生仍要按上課時(shí)間正常出勤，按時(shí)到教室做設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)期間有要事的學(xué)生須向自己的指導(dǎo)教師履行請假手續(xù)。不履行請假手續(xù)的視為曠課。除請假外，學(xué)生可以利用較短時(shí)間內(nèi)去圖書館借閱資料。借資料時(shí)須提前在教室黑板寫明姓名、事由、外出起止時(shí)間。

設(shè)計(jì)期間要保持教室紀(jì)律，不能大聲喧嘩，影響周邊教室正常上課。主要符號(hào)一覽表V——V——反應(yīng)釜的體積t 反應(yīng)時(shí)間七0——反應(yīng)物A的起始濃度Q——乙酸的用量Q0——單位時(shí)間的處理量?—反應(yīng)物的B起始濃度Cs0—反應(yīng)物S的起始濃度f——反應(yīng)器的填充系數(shù)D——反應(yīng)釜的內(nèi)徑H——反應(yīng)器筒體的高度h2——封頭的高度P——操作壓力Pc——設(shè)計(jì)壓力e——取焊縫系數(shù)[o]t——鋼板的許用應(yīng)力C1——鋼板的負(fù)偏差C；——鋼板的腐蝕裕量S——筒壁的計(jì)算厚度Sd一筒壁的設(shè)計(jì)厚度Sn——筒壁的名義厚度Hj——反應(yīng)器夾套筒體的高度v——封頭的體積P——水壓試驗(yàn)壓力—夾套的內(nèi)徑目錄緒論 錯(cuò)誤！未定義書簽。第1章設(shè)計(jì)方案 錯(cuò)誤！未定義書簽。第二章 物料計(jì)算及方案選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1間歇進(jìn)料的計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z2.2連續(xù)性進(jìn)料的計(jì)算 4\o"CurrentDocument"2.3方案選擇 5第3章熱量核算 6\o"CurrentDocument"3.1熱量衡算總式 6\o"CurrentDocument"3.2每摩爾各種物值在不同條件下的七,m值 7\o"CurrentDocument"3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表 8\o"CurrentDocument"3.4每摩爾物質(zhì)在80"的焓值 8\o"CurrentDocument"3.5總能量衡算 9\o"CurrentDocument"3.6換熱設(shè)計(jì) 10第4章 反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì) 114.1反應(yīng)器的直徑和高度 114.2筒體壁厚的設(shè)計(jì) 124.3釜體封頭厚 12第5章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì) 145.1夾套DN、PN的確定 14\o"CurrentDocument"5.2夾套筒體的壁厚 14\o"CurrentDocument"5.3夾套筒體的高度 15\o"CurrentDocument"5.4夾套的封頭 15\o"CurrentDocument"5.5傳熱面積校核 15第6章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn) 16\o"CurrentDocument"6.1釜體的水壓試驗(yàn) 16\o"CurrentDocument"6.2夾套的液壓試驗(yàn) 17第7章 攪拌器的選型 18\o"CurrentDocument"7.1攪拌槳的尺寸及安裝位置 18\o"CurrentDocument"7.2攪拌功率的計(jì)算 18\o"CurrentDocument"7.3攪拌軸的的初步計(jì)算 197.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì) 20\o"CurrentDocument"總結(jié) 22\o"CurrentDocument"致謝 23參考書目 23緒論反應(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)測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進(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)。摘要：本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn)2600噸的間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。通過物料衡算、熱量衡算，反應(yīng)器體積為4.5m3、換熱量為5.5106KJ/h。設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果表明，反應(yīng)器的特征尺寸為高1930mm，直徑1600mm；還對(duì)塔體等進(jìn)行了輔助設(shè)備設(shè)計(jì)，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60mm。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)；

第1章 設(shè)計(jì)方案對(duì)于乙酸乙酯的生產(chǎn)既可以采用間歇式生產(chǎn)，也可以采用連續(xù)式生產(chǎn)。本次設(shè)計(jì)將根據(jù)自己的生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，得出合理的工藝設(shè)計(jì)流程。第2章物料計(jì)算及方案選擇2.1間歇進(jìn)料的計(jì)算2.1.1流量的計(jì)算乙酸乙酯的產(chǎn)量化學(xué)反應(yīng)方程式：CHCOOH+CHCHOH<濃硫酸>CHCOOCHCH+HO3 3 2 3 2 3 2乙酸乙酯的相對(duì)分子質(zhì)量為88，所以要求的生產(chǎn)流量為F=F=2600*103

酯88x6000=4.92kmol/h乙酸的流量乙酸采用工業(yè)二級(jí)品（含量98%），乙酸與乙酸乙酯的物質(zhì)的量比為1:1，乙4.92酸的轉(zhuǎn)化率x=0.54，物料損失以5%計(jì)，則乙酸的進(jìn)料量4.92=9.8kmol=9.8kmol/hA00.54x0.95x0.98乙醇的流量乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則乙醇的進(jìn)料量為F乙醇二5X9.8=49kmol/h總物料量流量：F=F"F乙醇=9.8+49=58.8kmol/h硫酸的流量：總物料的質(zhì)量流量如下計(jì)算，

9.8x60+49x46W= =2870.7kg/h總 0.99因硫酸為總流量的1%,貝UW硫酸=2870.7x0.01=28.7kg/h,即可算其物質(zhì)的量流量F硫酸=28.7/98=0.293kmol/h表1物料進(jìn)料量表名稱乙酸乙醇濃硫酸流量kmol/h9.8490.2932.1.2反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算當(dāng)乙醇過量時(shí)，可視為對(duì)乙酸濃度為二級(jí)的反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程-r=kc2(A為乙酸)AA當(dāng)反應(yīng)溫度為80°C，催化劑為硫酸時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)k=15.00L/(kmol-min)=0.9m3/(kmol.h)因?yàn)橐掖即蟠筮^量，反應(yīng)混合物密度視為恒定，等于0.85kg/L，則乙酸的初始濃度為：0.85x1000 3=_ =2.9kmol/mA0 5x46+60當(dāng)乙酸轉(zhuǎn)化率x=0.54，由間歇釜反應(yīng)有:t=-\cat=-\ca￡C^=-1McAo(-rA) k^AoC2AJ'kc-L(1__

0.92.9x0.46)=0.45hA0根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取非生產(chǎn)時(shí)間t，=0.5，則反應(yīng)體積V=Fa0(t+1,)=9.8x(0.45+0.5)=3.21m3RcA0 2.9因裝料系數(shù)為0.75，故實(shí)際體積3.21V= =4.28m3 要求每釜體積小于5m3R0.75則間歇釜需1個(gè)，每釜體積V=4.28m3圓整，取實(shí)際體積V=4.5m3。

2.2連續(xù)性進(jìn)料的計(jì)算2.2.1流量的計(jì)算乙酸乙酯的產(chǎn)量化學(xué)反應(yīng)方程式：CHCOOH+CHCHOH<濃硫酸>CHCOOCHCH+HO3 3 2 3 2 3 2乙酸乙酯的相對(duì)分子質(zhì)量為88，所以要求的生產(chǎn)流量為F=260000X103=3.69kmol/h酯88x8000乙酸的流量乙酸采用工業(yè)二級(jí)品（含量98%），乙酸與乙酸丁酯的物質(zhì)的量比為1:1，乙酸的轉(zhuǎn)化率x=0.54，物料損失以5%計(jì)，則乙酸的進(jìn)料量FAFA0=0.54x0.95x0.98-7.34戚況，"乙醇的流量乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則丁醇的進(jìn)料量為F=7.34x5=36.7kmOh硫物的量量量總物料!質(zhì)量流件計(jì)算^04"""W7.34x60+36.7x46由胃八W= =2128.6kg/h總 0.99因硫酸為總流量的1%，貝UW硫酸=2128.6x0.01=21.29kg/h，即可算其物質(zhì)的量流量F =21.29/98=0.22kmol/h硫酸表2物料進(jìn)料量表名稱乙酸乙醇濃硫酸流量kmol/h7.3436.70.222.2.2反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算當(dāng)乙醇過量時(shí)，可視為對(duì)乙酸濃度為二級(jí)的反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程-r=kc2（A為乙酸）

AA當(dāng)反應(yīng)溫度為80°C，催化劑為硫酸時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)k=15L/（kmol-min）因?yàn)橐掖即蟠筮^量，反應(yīng)混合物密度視為恒定，等于0.85g/cm3。因硫酸少量，忽略其影響，c0.85x1000a，0=5x46+60=2.9對(duì)于連續(xù)式生產(chǎn)，若采用兩釜串聯(lián)，系統(tǒng)為定態(tài)流動(dòng)，且對(duì)恒容系統(tǒng)，V0不變，t=—不變iV0￡=C40—C41=V，=七廣Ca2V(—r)V (—r)a1 a2CA0—CA1=JCA2kC2kC21A1 2A2若采用兩釜等溫操作，則k]=k代數(shù)解得 c=2.01kmol/m3A1所以V1=圣二)=734X竺一2.01)=0.64m3R Ca0kC^^ 2.9x0.9x2.012裝料系數(shù)為0.75，故實(shí)際體積V=0.64.0.75=0.85m3。故采用一條的生產(chǎn)線生產(chǎn)即可，反應(yīng)器的體積V<5m3,取V=1m32.2.3反應(yīng)時(shí)間：連續(xù)性反應(yīng)時(shí)間t=V=Ca0—Ca1=2.9—2.01=0.26龍v (-。) 0.9x2.0122.3設(shè)計(jì)方案的選擇經(jīng)上述計(jì)算可知，間歇釜進(jìn)料需要4.5m3反應(yīng)釜1個(gè)，而連續(xù)性進(jìn)料需1個(gè)1m3反應(yīng)釜。根據(jù)間歇性和連續(xù)性反應(yīng)特征比較，間歇進(jìn)料需2條生產(chǎn)線，連續(xù)性需1條生產(chǎn)線。雖然，間歇生產(chǎn)的檢測控制等裝備就比連續(xù)性生產(chǎn)成本高，所耗費(fèi)的人力物力大于連續(xù)生產(chǎn)，但連續(xù)性反應(yīng)器年產(chǎn)量少，因而選擇間歇生產(chǎn)比連續(xù)生產(chǎn)要優(yōu)越許多。故而，本次設(shè)計(jì)將根據(jù)兩釜串聯(lián)的的間歇性生產(chǎn)線進(jìn)行，并以此設(shè)計(jì)其設(shè)備和工藝流程圖。附：表3.物料物性參數(shù)[1]

名稱密度g/m3（80oC）熔點(diǎn)/oC沸點(diǎn)/oC黏度/mPa.s百分含量乙酸1.04516.71180.4598%乙醇0.810-114.178.30.5298%乙酸乙酯0.894-83.677.20.2598%表4.乙酸規(guī)格質(zhì)量［1］：GB1628-79一級(jí)二級(jí)外觀＜鉑鉆30號(hào)，透明液體無懸浮物KMnO4試驗(yàn)/min>5.0乙酸含量/%99.098.0甲酸含量/%0.150.35乙醛含量/%0.050.10蒸發(fā)殘?jiān)?%0.020.03重金屬（以Pb計(jì)）/%0.00020.0005鐵含量/%0.00020.0005第3章熱量核算3.1熱量衡算總式Q+Q+Q=Q12 3 4式中：Q1進(jìn)入反應(yīng)器物料的能量，KJQ2:化學(xué)反應(yīng)熱，KJQ: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3為負(fù)，KJQ4:離開反應(yīng)器物料的熱量，KJ3.2每摩爾各種物值在不同條件下的七,皿值對(duì)于氣象物質(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:c=A+BT+CT2+DT3[2]各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表向：液相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)ABX102CX104DX106乙醇59.34236.358-12.1641.8030乙酸-18.944109.71-28.9212.9275乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592水92.053-3.9953-2.11030.53469由于乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)為78.5^和77.2°C，所以:⑴乙醇的c值p,m■,35L5K)"+"+CT2+DT3=59.342+36.358x10-2x351.5-12.164x10-4x351.52+1.8030x10-6x351.53=115.15J-mol-1-K-1同理：⑵乙酸乙酯的'值c =A+BT+CT2+DT3p,m(l,350.2K)=155.94+2.3697x10-2x350.2-1.9976x10-4x350.22+0.4592x10-6x350.23=152.79J-mol-1-K-1⑶水的c值*73K)"+BT+CT2+DT3=92.053-3.9953x10-2x353-2.1103x10-4x3532+0.53469x10-6x3533=75.17J-mol-1-K-1⑶乙酸的cpm值c( )=A+BT+CT2+DT3=-18.944+109.71x10-2x353-28.921x10-4x3532+2.9275x10-6x3533=136.72J-mol-1-K-13.3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)ABX103CX105DX108乙醇4.3960.6285.546-7.024乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.736乙醇的cpm值c( )=A+BT+CT2+DT3=4.396+0.628x10-3x353+5.546x10-5x3532-7.024x10-8x3533=8.41J-mol-1-K-1乙酸乙酯的'值c =A+BT+CT2+DT3p,m(g,373K)=10.228-14.948x10-3x353+13.033x10-5x3532-15.736x10-8x3533=24.82J-mol-1-K-13.4每摩爾物質(zhì)在80°C下的焓值(1)每摩爾水的焓值A(chǔ)H=c f353dT=44.822J-mol-1rme*。) p，〃(生。l,353K)298同理：每摩爾的乙醇的焓值A(chǔ)H=c f353dT+AH+c f353dTrm(CHOH) p,m(CHOHl,351K)298 vapmp,m(CHOHl,353K)351、25 ''、25 r '、25=115.15x10-3x(351-298)+38.744+8.41x10-3x(353—351)=44.864J?mol-1每摩爾乙酸的焓值A(chǔ)H=c f353dT=7.5196kJ?mol-1rm(CH3COOH) p,m(l,353K)298每摩爾乙酸乙酯的焓值A(chǔ)H =c J350.2dT+AH+crmVHgCOOC^Hs) p,m( l,350.2K)298 vapm p,m( l,353K)=38.58〃-mol-13.5總能量衡算q的計(jì)算物質(zhì) 進(jìn)料kmol/h 出料kmol/hTOC\o"1-5"\h\z乙酸 9.8 4.508乙醇 49 44.08乙酸乙酯 0 4.92水 0 4.92Q^^CHCOO^X^^m(CHCOOH^CHO^^^m(CHOH)3 ' 3 ' 25 v25 7=9.8x103x7.5196+49x103x44.864=2272028.08〃?mol-1Q2的計(jì)算Q=4.92x103x(AH +AH -AH-AH)2 rm(HO)rm(CHCOOCH)rm(CHOH)rm(CHCOOH)=4.92x103x(44.822+38.58—44.864-7.519) '' 3=152610.528〃?mol-1Q4的計(jì)算Q=n1 xAH +n1xAH +n1xAH+n1AH4HOrm(HO) rm() rm(CHOH) rm(CHCOOCH)2 '3' 、25 v3 2 5=4.92x103x44.822+4.508x103x7.5196+44.08x103x44.864+4.92x103x38.58=2431841.317kJ?mol-1因?yàn)椋篞1+Q2+Q3=Q4即：Q3=Q4-Q1-Q2=2431841.317-2272028.08-152610.528求得：q=7202.709KJ/hQ3>0，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。3.4換熱設(shè)計(jì)換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)的過熱水蒸氣由130°C降到110°C，溫差為20°C。

3.4.1水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為Q=mc((-T)c=a+bT+cT2[5]poa=4.395J?mol-i?K-1b=-4.186x10-3J?mol-i?K-2c=1.405x10-5J?mol-1?K-3TT+T—1 403+383=393K2cp04.395-4.186x10-3x393+1.405x10-5x393cp07202.7096.4J?mol-1?K-1=0.3556KJ?Kg-1?K-17202.709Q3 =m=1012.75Kg/h(T-T)0.3556x(403-393)1 2

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/D）,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，paD3（其中D一攪拌器直徑，P一攪拌功率），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/D.越高，越有利于傳熱。3—1高徑比的確定通常才用經(jīng)驗(yàn)值表回種類罐體物料類型H/D. 1 一般攪拌釜液一固或液一液相物料1?1.3氣一液相物料1~2發(fā)酵罐類氣一液相物料1.7?2.5假定高徑比為H/D.=1.3，5E忽略罐底容積[7]rh)D=1.6mi取標(biāo)準(zhǔn)D=1.6m=1600mmi表3—2用標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭參數(shù)見表回公稱直徑（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）內(nèi)表面積（m2）容積（m3）1600400402.974.61查得橢圓形封頭的容積為V封=0.617m3筒體的高度V-V4.5-0.617H= = =1.93mV2.017釜體高徑比的復(fù)核竺=1.211600竺=1.211600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3—3反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸汽壓回物質(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去操作壓力P=0.4MPa，該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力P=1.1P=1.1X0.4MPa=0.44MPac該反應(yīng)釜的操作溫度為80°C，設(shè)計(jì)溫度為100°C。由此選用16MnR卷制16MnR材料在100C是的許用應(yīng)力[O]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PD_ 0.44x1600 何計(jì)算厚度S= c——i = =2.07mml10i2卜」中—P 2x170x1-0.44c鋼板負(fù)偏差C鋼板負(fù)偏差C=0.8mm設(shè)計(jì)厚度七=S設(shè)計(jì)厚度七=S+C2=2.07+2=4.07mm名義厚度S=Sd+C=4.07+0.8=4.87mm按鋼制容器的制造取壁厚S按鋼制容器的制造取壁厚S=5mm4.3釜體封頭厚計(jì)算厚度S= P計(jì)算厚度S= PcD——2InJ①-0.5Pc0.44x16002x170x1—0.5x0.44=2.07mm鋼板負(fù)偏差C=鋼板負(fù)偏差C=0.6mm設(shè)計(jì)厚度 Sd=S+C2=2.07+2=4.07mm名義厚度S=七+C1=4.07+0.6=4.67mm圓整取S=5mm按鋼制容器的制造取壁厚S=6mmn考慮到封頭的大端與筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取筒體壁厚與封頭的壁厚一致，即S信S=6mm向n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：D=D+100=1600+00=1700mm5.1.2夾套的PN由設(shè)備設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取PN=0.25MPa，于壓力不高所以夾套的材料選用Q235-B卷制Q235—B材料在100°C是的許用應(yīng)力[O]t=113MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)中=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S=「『二5700^1.9mm計(jì)算厚度2bl①—P2x113x1-0.25c鋼板負(fù)偏差q=0.8mm設(shè)計(jì)厚度 Sd=S+%=1.9+2=3.9mm名義厚度S=Sd+C1=3.9+0.8=4.7mm 圓整取S=5mm按鋼制容中DN=1800mm的壁厚最小不的小于6mm所以取S=6mmn5.3夾套筒體的高度H=fy~V=0.75；4.5—0.617=1.37m圓整取H=1400mmJ71D2 "X1.62 j4i 45.4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(D=3400mm)相同。夾套的J上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角a=45。。計(jì)算厚度S= PD—= °.25X1700 =1.9mm2LU中一0.5P 2X113x1-0.5x0.25c鋼板負(fù)偏差￡=0.8mm設(shè)計(jì)厚度Sd=S+C2=1.9+2=3.9mm名義厚度S=Sd+C1=3.9+0.8=4.7mm按鋼制容中DN=1700mm的壁厚最小不的小于8mm所以取S=8mm帶折邊錐形封頭的壁厚考慮到封頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取夾套筒體壁厚與封頭的壁厚一致，即S宿，廣8mm5.5傳熱面積校核由于反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量不僅能夠維持反應(yīng)的不短進(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)水壓試驗(yàn)壓力的確定P=1.25P=1.25x0.44P=1.25P水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核t=Pt(D+C)=0.55xQ600+6-2.8)=i38Mpat 2(S-C) 2x(6-2.8)16MnR的屈服極限t=345MPa0.9tO=0.9x345x1=310.5MPas由t=138MPa<0.9t①=310.5MPaT所以水壓強(qiáng)度足夠壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：P表=2==2x0.55=1.1MPa或1.5Pt<P<4P即0.825MPa<P<2.2MPa水溫N5°C表 表水壓試驗(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0.55MPa，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.44MPa，保壓足夠長時(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，用壓縮空氣吹十釜體。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)水壓試驗(yàn)壓力的確定t]5=1.25^宙=1.25x0.25x1=0.3125MPa且不的小于（p+0.1）=0.35MPa所以取Pt=0.35MPa水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核t=曾+C)=0.35X(3400+8-2.8)=1、t2(S-C) 2x(8-2.8)Q235—B的屈服極限t=235MPa0.9tO=0.9x235x1=211.5MPas由t=115MPa<0.9tO=211.5MPaT s所以水壓強(qiáng)度足夠壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：P表=2PT=2x0.35=0.7MPa或成盧P表4Pt即0.525MpaVp表＜1-4Mpa水溫35°C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0.35MPa，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.275MPa，保壓足夠長時(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，用壓縮空氣吹十釜體。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)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)品過程，小品粒選渦輪式，大品粒選槳葉式為宜。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?0.5[12]一般取0.33，所以葉輪的直徑d=0.5D=0.5X1600=800mm，葉輪據(jù)槽底的安裝高度氣=1.0』=1.0x800=800mm；葉輪的葉片寬度W=0.2d=0.2x800=160mm，葉輪的葉長度l=0.25d=0.25x800=200mm，液體的深度氣=1.0D.=1600mm；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W=0.1D=0.X160= 160mm槳葉數(shù)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：43 43 一….n=——= =1.52r/s，取n=1.5r/s兀d3.14x0.87.2攪拌功率的計(jì)算采用永田進(jìn)治公式進(jìn)行計(jì)算：r=2.157X10-4Pa/sd2nd2np_R °R1.02X1.5X8502.157X10-4-7.09x106>300F=￥=二；；8=0.229[13]由于R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e計(jì)算需要知到臨界雷諾數(shù)R，用R代替R進(jìn)行攪拌功率計(jì)算。R可以查表[8〕上ec ec e ec湍流一層流大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)得出。查表知：4=6.8所以功率：，P=4n3d5=6.8x1.53x0.85x850=13.4KW取P=14KW7.3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P=14KW，攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=90r/min，根據(jù)文獻(xiàn)□取用材料為1Cr18Ni9Ti，[t]=40MPa，剪切彈性模量G=8.1x104MPa，許用單位扭轉(zhuǎn)角[0]=1°/moTOC\o"1-5"\h\z. P 14由m=9.553x106—得：m=9.553x106x =1.486x106N/mm=1486N/mn 9014利用截面法得：M m=9.553x106x9—(Nmm),M__，一 P 14由t =w^<[t]得：WpZ9.553x106——=9.553x106x040P14攪拌軸為實(shí)心軸，則：W>0.2d3=9.553x106x9040dN57.05mm 取d=60mm(2)攪拌軸剛度的校核：由MTMTmaXxXGJp180x103

兀t 兀d4J= p32剛度校核必須滿足：0max<[0]，即:

i9.533x10i9.533x106xpx180x103d八 ——4”哇9.533x106xx x103 90—^ =57.2mm兀1x8.1x104X——32所以攪拌軸的直徑取d=60mm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n=90r/min<200r/min，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。7.3.3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:DN40HG21570—95。7.4夾套式反應(yīng)釜附屬裝置的確定7.4.1人孔C：選用長圓型回轉(zhuǎn)蓋快開人孔人孔PN0.6,400x300JB579-79-17.4.2接管及其法蘭選擇水蒸氣進(jìn)口管：^108x4,L=200mm,10號(hào)鋼法蘭：PN0.6DN100HG20592-97冷卻水出口管：957x3.5,L=150mm,無縫鋼管法蘭：PN0.6DN50HG20592-97進(jìn)料管:乙酸進(jìn)料管20.09x20.09x60v= =0.000310403600, 4x0.0003管徑3.14x0.6d= =管徑3.14x0.6根據(jù)管子規(guī)格圓整選用'25x2.5的無縫鋼管，L=150mm

法蘭:PN0.25DN25HG20592-97乙醇醇進(jìn)料管100.45x46v 0.016m3/s法蘭:PN0.25DN25HG20592-97乙醇醇進(jìn)料管100.45x46v 0.016m3/s790x3600管徑』 4x0.0016d- -0.045m3.14x1根據(jù)管子規(guī)格圓整選用418x4的無縫鋼管，L=200mm法蘭：PN0.25DN50HG20592-97濃硫酸進(jìn)料管 v-0.54x98-0.000m3/s1830x3600,，4x0.00001d= 管徑V3.14x0.1, =0.011mV3.14x0.1根據(jù)管子規(guī)格圓整選用418x4的無縫鋼管，L=100mm法蘭：PN0.25DN10HG20592-97出料管：出料總質(zhì)量流量+W硫酸=2870.7kg因密度p=850kg/m3，則體積流量為V-2870.7-0.00189m3/s850x3600由表1-1[4]得，因進(jìn)料黏度低，選取管道中流速u-1.0m/sd=：4x0.00189=gym3.14x1.0根據(jù)規(guī)格選取◎57X3.5的無縫鋼管。法蘭：PN0.6DN50HG20592-97溫度計(jì)接管：^45x2.5，L=100mm，無縫鋼管法蘭：PN0.25DN40HG20592-97不凝氣體排出管：^32x3.5，L=100mm，無縫鋼管法蘭：PN0.6DN25HG20592-97壓料管：957x3.5，L