乙酸乙酯反应釜设计书

1、乙酸乙酯反应釜设计书XXX大学XXX专业XXX主要符号一览表V反应釜的体积t反应时间Cao 反应物A的起始浓度Cbo 反应物的B起始浓度Cso 反应物S的起始浓度 f反应器的填充系数Di 反应釜的径H反应器筒体的高度h2 封头的高度P操作压力Pc设计压力$ 取焊缝系数(T 七一一钢板的许用应力C钢板的负偏差C2钢板的腐蚀裕量S筒壁的计算厚度Sd 筒壁的设计厚度Sn 筒壁的名义厚度H j 反应器夹套筒体的高度v封头的体积P水压试验压力Dj夹套的径Q乙酸的用量Q0单位时间的处理量目 录第1章设计题目 错误!未定义书签。第2章设计任务及操作条件 错误!未定义书签。2.1处理能力 12.2设备形式 1

2、2.3操作条件 2第3章 热量核算 33.1工艺流程 33.2物料衡算 33.3能量衡算 3热量衡算总式 3每摩尔各种物值在不同条件下的Cp,m值 4各种气象物质的参数如下表 5每摩尔物质在100 C下的焓值 5总能量衡算 63.4换热设计 7水蒸气的用量 7第4章反应釜釜体设计 94.1反应器的直径和高度 94.2筒体壁厚的设计 10设计参数的确定 10筒体的壁厚 104.3釜体封头厚 10第5章 反应釜夹套的设计 125.1夹套DN PN的确定 125.1.1 夹套的 DN 125.1.2 夹套的 PN 125.2夹套筒体的壁厚 125.3夹套筒体的高度 135.4夹套的封头 13封头的厚

3、度 135.5传热面积校核 13第6章反应釜釜体及夹套的压力试验 146.1釜体的水压试验 14水压试验压力的确定 14水压试验的强度校核 146.1.3 压力表的量程、水温 146.1.4 水压试验的操作过程 146.2夹套的液压试验 15水压试验压力的确定 15水压试验的强度校核 15压力表的量程、水温 15水压试验的操作过程 15第7章搅拌器的选型 167.1搅拌桨的尺寸及安装位置 167.2搅拌功率的计算 167.3搅拌轴的的初步计算 17搅拌轴直径的设计 17搅拌抽临界转速校核计算 187.4联轴器的型式及尺寸的设计 18结论18参考书目19一设计题目500t/a安定车间反应器设计二

4、设计任务及操作条件2.1处理能力500 （吨/年）2.2设备形式2.3操作条件2.2原料液起始浓度CA023.6756.063.908mol /L乙醇和水的起始浓度Cbo3.908 60 24610.2mol / L17.59mol / L3.908 60 1.35Cso18将速率方程变换成转化率的函数CACA0(1 X a)CBCB0CA0X ACrCA0X AcsCS0CA0X A2 2rA k1(a bXA cXa)Cao其中：a 血卫22.61cbo3.90810.217.593.9083.908 2.92)5.15b (1泌亠匚)(1CaoCao .K1 1c 110.6575k2.

5、92b2 4ac( 5.15)2 4 2.61 0.6575 4.4342.3反应时间1k1 CA0XAfdXAbXA cXA1(b 一 b2 4ac)XAf 2aInk1cA b2 4ac (b b2 4ac)XAf 2a188 min1( 5.154.434)0.422.614.76 10 43.9084.434“ ( 5.154.434)0.422.612.4反应体积188VrQ(t t。)6.06 (1) 25.048m360反应器的实际体积VL25.0480.8331.31m第3章热量核算3.1工艺流程反应釜的简单工艺流程图3.2物料衡算根据乙酸的每小时进料量为23.675kmol

6、/ h，在根据它的转化率和反应物的初始质量比算出各种物质的进料和出料量，具体结果如下表:物质进料kmol / h出料kmol /h乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.153.3能量衡算热量衡算总式Q1 Q2 Q3 Q4式中：Qi进入反应器无聊的能量，KJQ2:化学反应热，KJQ3 :供给或移走的热量，有外界向系统供热为正，有系统向外界移去热量为负，KJQ4 :离开反应器物料的热量，KJ每摩尔各种物值在不同条件下的5，m值对于气象物质，它的气相热容与温度的函数由下面这个公式计算:cp,m A BT CT2 DT32Cp,m l,351.5KA B

7、T CT2 DT3各种液相物质的热容参数如下表 3:液相物质的热容参数物质A3BX 10Cx 1033DX 10乙醇-67.444218.4252-7.297261.05224乙酸65.981.4690.15一乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592水50.81112.12938-0.6309740.0648311由于乙醇和乙酸乙酯的沸点为78.5 C和77.2 C,所以:乙醇的Cp,m值67.444218.4252 10 1 351.5 7.29726 10 3 351.521.05224 10 5 351.5367.4442 647.64578 901.5929 456.

8、97331 1135.5820J ?mol ?K同理： 乙酸乙酯的Cp,m值Cp,m l,350.2KA BT CT2 DT3155.942.3697 10 1 350.2 1.9976 10 3 350.220.4592 10 5 350.23155.94 82.9395 244.9857 197.21971 1191.1135J ?mol ?K水的Cp,m值Cp,mH2O,l,373K A BT CT2 DT?50.81112.12938 10 1 373 0.630974 10 3 37320.0648311 10 5 37350.8111 79.442659 87.78678 33.6

9、44181 176.111 J ?mol ?K乙酸的Cp,m值Cp,mi,373K A BT CT2 DT3132365.98 1.469 103750.15 103750 37565.98 55.0875 21.0938 01 199.9737 J ?mol ?K各种气象物质的参数如下表气相物质的热容参数4物质A3BX 103CX 103DX 10乙醇6.7318422.315286-12.116262.493482乙酸乙酯24.542753.288173-9.9263021.998997(1) 乙醇的Cp,m值Cp,m,g,373K A BT CT2 DT3152836.7318422.3

10、15286 10373 12.11626 103732.493482 103736.731842 86.3602 16.8572 1.294077.5288 J? mol 1?K 1(2) 乙酸乙酯的Cp,m值Cp,mg,373K A BT CT2 DT324.542753.288173 10 1 373 9.926302 10 5 3732 1.998997 10 8 37324.54275 123.3065 13.8134 1.03741 1135.0733J ?mol ?K每摩尔物质在100 C下的焓值(1) 每摩尔水的焓值373rHm H2OCp,m h2O,I ,373KdTvapH

11、 m 76.111 10 3373 298 40.68829840.3963KJ ?mol同理：(3)每摩尔的乙醇的焓值373351.5cdTcdT351.5135.5820 10 3351.5 29838.744 77.5288 10 3373 351.57.2536 38.7441.666947.6645KJ ?mol1298p,m CH 3CH 2OH ,1,351.5 Cr Hm CH 3CH 2OHHvap mp,m CH 3CH 2OH ,l ,373 C(4)每摩尔乙酸的焓值373r Hm CH 3COOH cdT 99.9737 10 3373 298r m CH3COOHp,

12、m CH 3COOH ,l,373 C2987.4980KJ ?mol(5)每摩尔乙酸乙酯的焓值rHm CH 3COOOCH 2CH 3350.2cdTp,m CH 3COOOCH 2CH 3,l ,350.2 C298vapHm373cdTp,m CH 3COOOCH 2CH 3,l,373 C350.2191.1135 10350.2 29830.539 135.0733 10 3373 350.29.9761 30.539 3.079743.5948KJ ?mol总能量衡算(1) Q1的计算物质进料kmol / h出料kmol /h乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙

13、酯09.47水81.6890.15Q1nCH 3COOHr Hm CH 3COOHnH 20rHm H2OnCH 3CH 2OHr H m CH3CH 2OHnCHECOO(23.675 1 03 7.4980 81.68 1 03 40.396336.3 1 03 47.66450 1 03 43.5948177515.15 3299569.8 1730221.35 05207306.3KJ / h(2) Q2的计算CH 3COOH C2H5OHCH3COOC2H5H2OQ29.47 103H 2OrH m CH3CH200CCH 3rH m CH 3CH 2OHrH m CH3CH 2OH

14、39.47 10(40.396343.59487.4980 47.6645)273006.842KJ /h(3) Q4的计算1 1Q1n H 20 r H m H 20 n H2OrH m H 2O1nCH 3CH2OHr Hm CH 3CH 2OH1nCH 3CH 2OOCCH 3r H m CH 3CH 2OOCCH 33314.21 107.4980 90.15 10106546.58 3641726.445 1364634.635 5525750.416KJ /h40.3963328.63 10412842.756347.6645 9.47 1043.5948因为:Q1 Q2 Q3 Q

15、4即: 5207306.3+ 273006.842+Q3 = 5525750.416求得：Q3 =45437.274 KJ /hQ3 0,故应是外界向系统供热。3.4换热设计换热采用夹套加热，设夹套的过热水蒸气由130C降到110 C,温差为20C。水蒸气的用量忽略热损失，则水的用量为Q 讥Cp。T1 T2Cp。a bT cT25a 29.16J ?mol 1?K 1b 14.49 10 3J ?mol 1 ?K 2c2.02210 6J ?mol1?K 3TT1T2403 383393K22Cpo29.1614.49 10 3393 2.022 106 393229.16 5.6946 0.

16、31231 134.5423J ?mol ?K1.92KJ ?Kg 1?KQ345437.274一 “ “,m。Cpo T1T21183.22 kg /h1.92403 393第4章反应釜釜体设计4.1反应器的直径和高度在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的高径比（H/D ）,以确定罐体的直径和高度。选择罐体高径比主要考虑以下两方面因数：1、高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，p d3 （其中D搅拌器直径，P搅拌功率），P随釜体直径的增大，而增加很多，减小高径比只能无谓地消耗一些搅拌功率。 因此一般情况下，高径比应选择大一些。2、高径比对传热的影响：当容积一定时，H/D越高，越

17、有利于传热。3 1高径比的确定通常才用经验值表6种类罐体物料类型H/Di一般搅拌釜液一固或液一液相物料11.3气一液相物料12发酵罐类气一液相物料1.72.5假定高径比为H/Di=1.2，先忽略罐底容积V H即甘Di 3.21m取标准 Di 3.2m3200mmVDi4 型护电 3.32m3320mm3.2表32用标准椭球型封头参数见表8公称直径（mr）i曲面咼度（mn）直边高度（mr）表面积（m）容积（m5）32008004011.54.61筒体的高度釜体高径比的复核H Hh23360-1.05Di Di 3200满足要求4.2筒体壁厚的设计421设计参数的确定表33反应器各物质的饱和蒸汽压

18、9物质水乙酸乙醇乙酸乙酯饱和蒸汽压（MPa0.1430.080.3160.272该反应釜的操作压力必须满足乙醇的饱和蒸汽压所以去操作压力P=0.4MPa,该反应器的设计压力FC=1.1P=1.1 x 0.4MPa=0.44MPa该反应釜的操作温度为100 C,设计温度为120 Co由此选用16M nR卷制16MnR材料在120C是的许用应力t=170MPa焊缝系数的确定取焊缝系数0 =1.0 （双面对接焊，100%无损探伤） 腐蚀裕量C2=2mm筒体的壁厚计算厚度0.44 32002 170 1 0.444.1465mm10钢板负偏差C1 0.8mm设计厚度SdS C24.146526.146

19、5mm名义厚度SnSdC1员整6.14650.8 7mm按钢制容器的制造取壁厚Sn 8mm4.3釜体封头厚计算厚度St20.5PC2 170 1 0.5 0.44钢板负偏差C10.6mm设计厚度SdS C24.1526.15mm名义厚度SnSdC1员整6.15 0.8 7mm4.15mm按钢制容器的制造取壁厚Sn 8mm第5章反应釜夹套的设计5.1夹套DN PN的确定夹套的DN由夹套的筒体径与釜体筒体径之间的关系可知：Dj Di 20032002003400mm夹套的PNPN=0.25MPa由于压力不高所由设备设计条件可知，夹套介质的工作压力为常压，取 以夹套的材料选用 Q235- B卷制Q2

20、35-B材料在120C是的许用应力 57.05mm 取 d = 60mm(2 )搅拌轴刚度的校核：由T max180maxGJ p103Jpd432刚度校核必须满足：max，即:dp 180nG321039.533 106 14 180 1039057.2mm1 8.1 10432所以搅拌轴的直径取 d = 60mm满足条件。732搅拌抽临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速 n =90 r / min v 200 r/ min，故不作临界转速校核计算。7.4联轴器的型式及尺寸的设计由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。标记为：DN 40 HG 21570 9

21、5。结论依据GB150-1988钢制压力容器尺寸为反应器体积为31.31m3，反应釜高为3320mm直径3200mm完成设计任务，达到实际要求。参考书目1 谭蔚主编，化工设备设计基础M，天津：天津大学，2008.42 柴诚敬主编，化工原理上册M，北京：高等教育， 2008.93 少芬主编，反应工程M，北京：化学工业，2010.24 王志魁编.化工原理M.北京：化学工业，2006. 志平，曹志锡编过程设备设计与选型基础M.: 大学.2007.金克新，马沛生编化工热力学M,北京：化学工业.20037 涂伟萍，佩珍，程达芳编.化工过程及设备设计M. 北京：化学工业，2000.8 匡国柱，史启才编.化

22、工单元过程及设备课程设计M.北京：化学工业，2005.9 柴诚敬编.化工原理M. 北京：高等教育，2000.10 管国锋，汝编.化工原理M. 北京：化学工业，2008.11 朱有庭，曲文海编.化工设备设计手册M.化学工业，2004.12 丁伯民，黄正林编.化工容器M.化学工业.2003.13 王凯，虞军编.搅拌设备M.北京：化学工业.2003.总结在为期两周的设计里，在此课程设计过程中首先要感谢老师，在这次课程设计中 给予我们的指导，由于是初次做反应工程课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇 到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有尚书勇耐心教诲，给予我们及时必要的指 导，在此向尚老师表最诚挚的感谢！从尚老师开始说要在做课程设计开始，我就一直担心我到最后交不了稿，因为这 都到期末了，有很多门专业课要考试，必须花上大量的时间复习，加上前面我们做了 一个化工原理的课程设计，知道里面有很多需要查阅的东西，所以天天就一直在想到 底是复习还是做课程