连续搅拌釜式反应器设计

1、学院：化工学院专业：化学工程与工艺一、设计任务 -1 -二、确定反应器及各种条件 -1 -三、反应釜相关数据的计算 -1 -1 .体积 -1 -2 .内筒的高度和内径 -2 -3 .内筒的壁厚 -2 -四、夹套的计算 -3 -1 .夹套的内径和高度 -3 -2 .夹套壁厚 -3 -五、换热计算 -3 -1 .所需的换热面积 -3 -2 .实际换热面积 -4 -3 .冷却水流量 -4 -六、搅拌器的选择 -4 -七、 设计结果一览表 -5 -八、参考文献 错误！未定义书签。、设计任务某工段需要每天生产 8吨乙酸丁酯。以乙酸和丁醇为原料，要求乙酸的转化率大于等于50%.其中原料中乙酸的浓度 CA0

2、 =0.00175kmo l/L。设计一反应器以达到要求。二、确定反应器及各种条件选用连续釜式反应器(CSTR,选用螺旋导流板夹套，取 XAf =0.5,查文献资料得：可取 2反应温度为100C,反应动力学万程为 rA=kCA2 (k = 17.4L/(kmol min) (A为乙酸)搅拌釜内的操作压力为pcr =0.1MPa ；夹套内为冷却水，入口温度为 30C,出口温度为40C,工作压力 pcr' = 0.2MPa;反应方程为：CH 3cOOH CH 3cH 2cH 2cH 20H > CH 3cH 2CH 2CH 200cCH 3 H 2o三、反应釜相关数据的计算1 .体积

3、由于该反应为液相反应，物料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。 3一，-9 1031-24 116 0.5原料处理量： Q0 = 9 0.00175 =3284.07L/h =54.73L/min反应器出料口物料浓度：Ca =Ca o(1-XaQ =0.00175 (1 -0.5) = 0.000875kmol/L反应釜内的反应速率：rA=kCA2 =17.4 0.00 0 8 752 = 1.332 1 0*kmol/L空时： 乂 小。= CA0XAf/rA =0.00175 0.51.332 10”= 65.69min理论体积：Vr = Q0 T= 54.7365.69 = 3595.

4、21L一，,，一一 ,V 3595 2130.750.75取装填系数为0.75 ,则反应釜的实际体积为：V =，口 =4793.6L = 4.794m32 .内筒的高度和内径由于此反应为液一液反应，故而取H/Di =1.2筒体内径 Di =3'_4V=1.72m 冗 H/D圆整并查化工机械基础附录 12,选取筒体直径 Di = 1600mm32查得此时1m局的谷积为Vi =2.017m, 1m局的表面积为Fi = 5.03m查得当DN =1600mm时，椭圆形封头曲面高度 h1 = 400mm ,直边高度h2=40mm ,内表面积 Ah =2.97m2 ,容积 Vh =0.617m3

5、V V, 一，.筒体图度 H = = 2.06m 圆整为2.1mV因此H/Di =2.1/1.6定1.3在11.3的范围内，故而设计合理3.内筒的壁厚由于反应液有腐蚀性，故而选用Q235-A为筒体材料；内筒受外压大于内压，故为外压容器；查得100 C时Q235-A材料的弹性模量 Et = 2.03父105MPa取有效壁厚 想=6mm ,负偏差Ci = 0.8mm ,腐蚀浴度C2 =2mm故名义厚度 8n =6+0.8+2=8.8mm外径 Do =1600 2 8.8-1617.6mm临界长度 Lcr =1.17D0 乌=1.17父1617.6幻1617.6 = 25.66m » 2.

6、1m 为短圆筒° 18 8.8, _ 、25_一一 ._、25临界压力pcr= 2.59Et'(/D)=2.59 2.03 105 ) = 0.34MPaH/D02100/16176由于 pc =1.1 0.2 =0.22MPa 二 pcr故设计合理Sn = 7.8mm四、夹套的计算1 .夹套的内径和高度由于Di =1600mm ,所以Dj = Di +100 =1700mm由于查化工机械基础附录中无1700mm称直径，故而取 D j = 1800mm夹套高度Hj =(Hi)有效Vr -Vh3.595-0.617=1.48m2ZDi：,：,21.6圆整为H j =1.6m2

7、.夹套壁厚夹套为内压容器；同内筒一样，选用Q235-A为夹套材料;查得在30C70c范围内许用应力L t =113MPa设计压力 pc =0.2父1.1 =0.22MPa 取e =0.8所以：计算壁厚PcDj2 上 t- pc0.22 18002 113 0.8-0.22-2.19mm圆整为二=2.2mm设计壁厚、(+C2 =2.2 - 1 =3.2mm即：夹套壁厚为 3.45mm名义壁厚、.n =、.d C1 =3.2 0.25 -3.45mm五、换热计算1 .所需的换热面积查得此反应的反应热 ，rH =3 103KJ/Kmol54.7333所以热负荷 Q=Q0cA0 1H= 0.00175

8、 3 103 =4.8 103W60由于本次反应传热为一边为恒温的传热，故：七=100 C -30 C =70 Ct2 =100 C -40 C =60 C；：tm= 64.9 C：t1 - .：t210,：ti=77In In 一. ：t26依经3取 K :. 50W/(m 2 . C )3所以理论所需换热面积 S' = -Q = 4.8 10 = 1.48m2K tm 50：tm考虑 15%勺面积?度，S =1.15 S' =1.71m22 .实际换热面积S 实=F1H j Ah =5.03 1.6 2.97 =11.018S由此可见此反应釜的换热面积足够。3 .冷却水流量冷却水的定性温度 t = (30 40)/2 =35 C查得此时比热容为 C。=4.174KJ/(K g - C) p因此冷却水的流量为 Wc =Q =0.15Kg/s =0.15L/sCp(40 -30)由此可见：反应放热较少，所需的冷却水的量也比较少。六、搅拌器的选择由Di =1600mm 查化工设计相关反应釜的技术指标可得:选择的搅拌器功率为 5.5KW,搅拌轴的公称直径为 95mm七、设计结果一览表反应器类型CSTR实际体积（m3）4.794