乙酸乙酯間歇反應(yīng)釜課程設(shè)計.doc

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1、乙酸乙酯間歇反應(yīng)釜工藝設(shè)計說明書目錄前言3摘要4一設(shè)計條件和任務(wù)5二.工藝設(shè)計61. 原料的處理量72. 原料液起始濃度73. 反應(yīng)時間84. 反應(yīng)體積8三. 熱量核算91. 物料衡算92. 能量衡算93. 換熱設(shè)計12四. 反應(yīng)釜釜體設(shè)計131. 反應(yīng)器的直徑和高度132. 筒體的壁厚143. 釜體封頭厚度15五. 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計151. 夾套DN、PN的確定152. 夾套筒體的壁厚163. 夾套筒體的高度164. 夾套的封頭厚度16六. 攪拌器的選型171. 攪拌槳的尺寸及安裝位置182. 攪拌功率的計算183. 攪拌軸的的初步計算19結(jié)論19主要符號一覽表20總結(jié)21參考書目22前言反

2、應(yīng)工程課程設(shè)計是化工設(shè)備機械基礎(chǔ)和反應(yīng)工程課程教學(xué)中綜合性和實踐性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學(xué)生體察工程實際問題復(fù)雜性，學(xué)習(xí)初次嘗試反應(yīng)釜機械設(shè)計?；ぴO(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要同學(xué)獨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)計計算，并要對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。反應(yīng)工程是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過裸程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立地運用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當(dāng)學(xué)生首次完成該課程設(shè)計

3、后，應(yīng)達(dá)到一下幾個目的：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，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實際查定。2、 在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(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量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。3、 準(zhǔn)確而迅速的進(jìn)行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算及選型。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)計思想和計算結(jié)果?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是一項很繁瑣的設(shè)計工作，而且在設(shè)計中除了要考慮經(jīng)濟因素外，環(huán)保也是一項不得不考慮的問題。除此

4、之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計中要有耐心，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)7100T的間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)計。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)計結(jié)果表明，反應(yīng)器的特征尺寸為高3380mm，直徑3200mm，壁厚8mm，封頭壁厚8mm；夾套的特征尺寸為高2590mm，內(nèi)徑為3400mm壁厚8mm，封頭壁厚8mm。還對塔體等進(jìn)行了輔助設(shè)備設(shè)計，換熱則是通過夾套完成。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)計為間歇釜式反應(yīng)器的工業(yè)設(shè)計提供較為詳盡的數(shù)據(jù)與圖紙。一設(shè)計條件和任務(wù)一、設(shè)計目的和要求通過

5、課程設(shè)計，要求更加熟悉工程設(shè)計基本內(nèi)容 ，掌握化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運用理論知識和技能的能力、獨立工作和創(chuàng)新能力二、設(shè)計題目和內(nèi)容 設(shè)計題目：年產(chǎn)量為年產(chǎn)7100T的間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)計乙酸乙酯酯化反應(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間為1h，每天計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

6、，k1=4.7610-6L/(molmin),平衡常數(shù)K=2.92。乙酸的轉(zhuǎn)化率=0.4，反應(yīng)器的填充系數(shù)f=0.8，為此反應(yīng)設(shè)計一個反應(yīng)器。二.工藝設(shè)計工藝流程圖1. 原料的處理量根據(jù)乙酸乙酯的產(chǎn)量可計算出每小時的乙酸用量為由于原料液反應(yīng)組分的質(zhì)量比為：A：B：S=1：2：1.35則 單位時間的處理量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) 將以上各式代人rR=k1(cAcBcRcS/K)中得整理得 其中：3. 反應(yīng)時間由得即 整理得 積分得 因為故 上式積分為 =153min4. 反應(yīng)體積反應(yīng)器的實際體積三. 熱量核算1. 物料衡算根據(jù)乙酸的每小時進(jìn)料量為，再根據(jù)

7、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：結(jié)果匯總?cè)缦卤恚何镔|(zhì)進(jìn)料出料乙酸28.01516.81乙醇73.0861.88乙酸乙酯011.21水126.07137.282. 能量衡算熱量衡算總式：式中：進(jìn)入反應(yīng)器無聊的能量， ：化學(xué)反應(yīng)熱，：供給或移走的熱量，外界向系統(tǒng)供熱為正，系統(tǒng)向外界移去熱量為負(fù)，：離開反應(yīng)器物料的熱量，每摩爾各種物值在不同條件下的值:對液相查得， 各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表液相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)AB103C106乙醇100.92-111.839498.54乙酸155.48-326.595744.199乙酸乙酯162.99-201.054777.283由于

8、乙醇，乙酸乙酯，乙酸的沸點分別為78.5，77.3和118，所以：乙醇的值 乙酸的值 乙酸乙酯的值 水的值查得，對氣相各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)AB103C106D1010乙醇6.296231.501-118.558222.183乙酸乙酯24.673328.226-98.4119-203.815乙醇的值 乙酸乙酯的值 每摩爾物質(zhì)在100下的焓值(1) 每摩爾水的焓值 (2) 每摩爾的乙醇的焓值 (3) 每摩爾乙酸的焓值 (4) 每摩爾乙酸乙酯的焓值 總能量衡算 （2）的計算 （3）的計算 因為0,說明反應(yīng)吸熱故，有 求得：=764803.890，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。3.

9、換熱設(shè)計換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)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，則水的用量為四. 反應(yīng)釜釜體設(shè)計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、 高徑比對傳熱的影響：當(dāng)容積一定時，H/Di越高，越有利于傳熱。高徑比的確定通常采用經(jīng)驗值表種類罐體物料類型H/Di一般

10、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，先忽略罐底容積代入數(shù)據(jù)得 取標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭參數(shù)公稱直徑（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）內(nèi)表面積（m2）容積（m3）32008004011.54.61筒體的高度釜體高徑比的復(fù)核，滿足要求2. 筒體的壁厚設(shè)計參數(shù)的確定 反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸汽壓物質(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，取反應(yīng)器的設(shè)計壓力Pc=1.1P=1.10.4MPa=0.44MPa該反應(yīng)釜的操作溫度為

11、100，設(shè)計溫度為120。材質(zhì)選用16MnR，16MnR材料在120是的許用應(yīng)力t=147MPa取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm根據(jù)式 得 考慮到鋼板厚度負(fù)偏差圓整后，取水壓試驗水壓試驗時的應(yīng)力為 取代入得 16MnR的屈服極限水壓試驗時滿足強度要求。水壓試驗的操作過程：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，修補后重

12、新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。3. 釜體封頭厚度設(shè)計厚度 考慮到鋼板厚度負(fù)偏差圓整后，取五. 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計1. 夾套DN、PN的確定由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：由設(shè)備設(shè)計條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取PN=0.25MPa2. 夾套筒體的壁厚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取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm設(shè)計厚度 考慮到鋼板厚度負(fù)偏差圓整后，取按鋼制容中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取3. 夾套筒體的高度4. 夾套的封頭厚度夾套的下封頭

13、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。計算厚度考慮到鋼板厚度負(fù)偏差圓整后，取按鋼制容中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(fēng)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，即水壓試驗水壓試驗時的應(yīng)力為 ，且不得小于（P+0.1）=0.35MPa所以取代入得 Q235B的屈服極限水壓試驗時滿足強度要求。水壓試驗的操作過程：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，保壓足夠長時間，檢查

14、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，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。六. 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)濟高效地達(dá)到攪拌的目的，必須對攪拌設(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

15、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。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(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。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 0.5，一般取0.33，所以葉輪的直徑，取；葉輪據(jù)槽底的安裝高度；葉輪的葉片寬度，??；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(jù)放大規(guī)則，葉端速度設(shè)為4.3m/s,則攪拌轉(zhuǎn)速為：，取2. 攪拌功率的計算采用

16、永田進(jìn)治公式進(jìn)行計算：13由于數(shù)值很大，處于湍流區(qū)，因此，應(yīng)該安裝擋板，一消除打旋現(xiàn)象。功率計算需要知到臨界雷諾數(shù)，用代替進(jìn)行攪拌功率計算?？梢圆楸砩贤牧饕粚恿鞔蟮霓D(zhuǎn)折點得出。查表知： 所以功率：，取3. 攪拌軸的的初步計算攪拌軸直徑的設(shè)計（1）電機的功率P27KW，攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=90r/min，根據(jù)文獻(xiàn)，取用材料為1Cr18Ni9Ti ，剪切彈性模量，許用單位扭轉(zhuǎn)角1/m。由得：利用截面法得：由 得：攪拌軸為實心軸，則： 取（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滿足條件。攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計算由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計算。聯(lián)軸器的

17、型式及尺寸的設(shè)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(biāo)記為：40 HG 2157095。結(jié)論依據(jù)GB150-1988鋼制壓力容器，反應(yīng)器尺寸為體積為，反應(yīng)釜高為3380mm，內(nèi)徑3200mm，達(dá)到實際要求，完成設(shè)計任務(wù)。主要符號一覽表V反應(yīng)釜的體積t反應(yīng)時間cA0反應(yīng)物A的起始濃度cB0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)Di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筒壁的計算厚度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PT水壓試驗壓力

18、Dj夾套的內(nèi)徑Q乙酸的用量Q0單位時間的處理量總結(jié)在為期兩周的設(shè)計里，在此課程設(shè)計過程中首先要感謝老師，在這次課程設(shè)計中給予我們的指導(dǎo)，由于是初次做反應(yīng)工程課程設(shè)計，所以，再設(shè)計整個過程中難免遇到這樣那樣的難題不知該如何處理，幸好有陳湘耐心教誨，給予我們及時必要的指導(dǎo)，在此向陳老師表最誠摯的感謝！從陳老師開始說要在做課程設(shè)計開始，我就一直擔(dān)心我到最后交不了稿，因為這都到期末了，有很多門專業(yè)課要考試，必須花上大量的時間復(fù)習(xí)，加上前面我們做了一個化工原理的課程設(shè)計，知道里面有很多需要查閱的東西，所以天天就一直在想到底是復(fù)習(xí)還是做課程設(shè)計。知道今天為止，我終于兩不誤，把兩樣事情都順利地完成了。課程設(shè)

19、計不同于書本理論知識的學(xué)習(xí)，有些問題是實際實踐過程中的，無法用理論推導(dǎo)得到，因此不免過程中有很多困難，但通過與同學(xué)的交流和探討，查閱文獻(xiàn)資料，查閱互聯(lián)網(wǎng)以及在陳老師的指導(dǎo)幫助下，問題都得到很好的解決。這讓我深深意識到自己知識體系的漏洞，自己知識體系的不足，但同時也深刻體會到同學(xué)間的團(tuán)結(jié)互助的精神。通過此次課程設(shè)計，使我查閱文獻(xiàn)的能力和對數(shù)據(jù)的選擇判斷能力得到了很好的鍛煉，同時我也意識到自己應(yīng)該把所學(xué)到的知識應(yīng)用到設(shè)計中來。這次的課程設(shè)計讓我對某些反應(yīng)工程的理論有了更加深入的了解，同時在具體的設(shè)計過程中我發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了

20、很多實際的因素，或者涉及的不全面，可在實際的應(yīng)用時這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時結(jié)果甚至很差別很大。通過這次設(shè)計使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，我們在今后的學(xué)習(xí)工作中會更加的注重實際。同時在設(shè)計中同學(xué)之間的相互幫助，相互交流，認(rèn)識的進(jìn)一步加深，對設(shè)計中遇到的問題進(jìn)行討論，使彼此的設(shè)計更加完善，對設(shè)計的認(rèn)識更加深刻。在此再次感謝我各位親愛的同學(xué)們。由于首次做反應(yīng)釜設(shè)計，過程中難免疏忽與錯誤，感謝有關(guān)老師同學(xué)能及時給予指出。參考書目1 譚蔚主編.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)M天津：天津大學(xué)出版社，2008.42 柴誠敬主編.化工原

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