乙酸乙酯反应器设计

1、青海大学化工过程设施设计设计说明书设计题目：年产3乙酸乙酯反响器设计10t班级：2013级化工2班姓名：邬天贵学号：30序言乙酸乙酯，又称醋酸乙酯，分子式C4H8O2。它是一种无色透明易挥发的可燃性液体，呈激烈清冷菠萝香气和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙醇、氯仿、乙醚、甘油、丙二醇和大部分非挥发性油等有机溶剂中，稍溶于水，25时，1ml乙酸乙酯可溶于10ml水中，并且在碱性溶液中易分解成乙酸和乙醇。水能使其迟缓分解而呈酸性。乙酸乙酯与水和乙醇都能形成二元共沸混淆物，与水形成的共沸物沸点为，此中含水量为%（质量分数）。与乙醇形成的共沸物沸点为。还与%的水和%的乙醇形成三元共沸物，其沸点为。乙

2、酸乙酯应用最宽泛的脂肪酸酯之一，拥有优秀的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已经被宽泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙醛纤维树脂、合成橡胶等的生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业顶用作冲洗剂，在食品工业顶用作特别改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香味增添剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作黏合剂的溶剂，油漆的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料。当前，国内外市场需求不停增添。在人类不停着重环保的今日，在涂料油墨生产中采纳高档溶剂是大势所趋。作为高档溶剂，乙酸乙酯在国内外的应用在连续稳固的增添，在建筑、汽车等行业的快速发展，也会带动对乙酸乙酯类溶剂的需求。工业

3、生产技术当前全世界乙酸乙酯工业生产方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙烯加成法等。传统的醋酸酯化法工艺在外国被逐步裁减，而大规模生产装置主要采纳后三种方法，此中新建装置多采用乙烯加成法。本设计采纳醋酸酯化法。醋酸酯化法在硫酸催化剂作用下，醋酸和乙醇直接酯化生成乙酸乙酯。该工艺方法技术成熟，投资少，操作简单，但弊端是生产成本高、硫酸对设施腐化性强、副反响多、产品办理困难、环境污染严重。当前我国大部分公司仍采纳醋酸酯化法生产乙酸乙酯。目录一、工艺设计1原料液的办理量1原料液的开端浓度1反响时间与反响体积1二、物料衡算2三、热量衡算3标准反响热3热量衡算3换热计算5四、反响釜釜体设计5反

4、响器的直径与高度5筒体的壁厚7反响釜封头厚度8五、反响釜夹套设计8夹套DN、PN确实定8夹套筒体的壁厚9夹套筒体的高度10夹套的封头10换热面积校核10六、反响釜釜体及夹套压力试验10釜体的水压试验11夹套的液压试验11七、搅拌器12搅拌桨的尺寸与安装地点13搅拌功率的计算14搅拌轴直径设计15八、反响釜附件的选型与尺寸设计17原料液进料管17人孔与手孔17支座17传动装置17机架18九、设计结果一览表18十、设计心得20参照文件21一、工艺设计原料液的办理量依据乙酸乙酯的产量可计算出每小时乙酸用量为Q=错误!=h因为原料液的组分质量比为1:2:所以单位时间办理量为Q0=错误!=h原料液的开端

5、浓度CA0=错误!=L有质量比可得乙醇和水的开端浓度CB0=错误!=LCS0=错误!=L反响时间与反响体积将速率方程变换成转变率的函数CA=CA0(1-XA)CB=CB0-CA0XACR=CA0XACS=CS0+CA0XAA1AA2A021K-1A2CA0CS0ACB0A02R=k(a+bX+cX)C=kKX-(1+CB0+CA0K)X+CA0C由上式可得CB0a=CA0=CA0CS0b=-(1+CB0+CA0K)=K-1c=K=所以：?=2b2-4ac=则：t=1k1CA0X0dXA2=a+bXA+cXA所以：VR=Q0(t+t0)=错误!=VR实质体积Vt=f=错误!=（关于沸腾或鼓泡的液

6、体物料，f可取化学反响工程）二、物料衡算乙酸每小时进料量为h，依据乙酸的转变率和反响物的初始质量比计算出各物料的进料和出料量。进料：乙醇：Q0=错误!=h乙酸乙酯：Q0=0kmol/h水：Q0=错误!=h出料：乙酸：Q=乙醇：Q=乙酸乙酯：Q=h水：Q=+=h列表以下：物料进料kmol/h出料kmol/h乙酸乙醇乙酸乙酯0水三、热量衡算标准反响热以第一基准为计算基准反响方程式：CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2On?Hr0输出nii输入nii?H=+H-H各物质的?Hf0及?HV(蒸发焓)查得以下：（由化工工艺设计手册第四版上册查得）乙酸：?Hf0=mol乙醇：?Hf0=m

7、ol?HV=mol乙酸乙酯：?Hf0=mol?HV=mol水：?Hf0V=mol?H=mol0=输出0输入0?Hri?Hf-i?Hf=-（+）+（+）=mol热量衡算从化工工艺设计手册第四版上册查出各组分在各温度段的CP值，经拟合呈线性关系，所以可用内插法求得各物质在反响温度段下的均匀CP值。拟合结果以下：乙酸：y=+k2=得CP=(molk)乙醇：y2=液=+k得CP液=(molk)y气=+k2=得CP气=(molk)乙酸乙酯：y2=液=+k得CP液=(molk)y气=+k2=得CP气=(molk)水：y=k2=得CP=(molk)因为进料温度为25，所以输入niiP值带入计H=0，将上述C

8、算各组分输出焓值。10041Cp液dt=10乙酸：?H=n25KJ/h7810062Cp液dt+?HVCp气dt=10乙醇：?H=n25+78KJ/h7710053Cp液dt+?HV77Cp气dt=10乙酸乙酯：?H=n25+KJ/h100dt+?HV64Cp10KJ/h液输出nii6H=10KJ/h366?H=1010KJ/h总?H总0，所之外界应向系统供给能量。换热计算换热采纳夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130降到110。温差为20，忽视热损失，则计算水蒸气的用量以下：水蒸气的比热容CP0：-2-52-93C=a+(b10)T+(c10)T+(d10)Tp0此中a=，b=，c=，d=（

9、由化工计算查得）T1+T2T1=130，T2=110，T=2=120计算得Cp0=+由Q=m0Cp0(T1-T2)得Q5m0=Cp0(T1-T2)=错误!=10kg/h四、反响釜釜体设计反响器的直径和高度在已知搅拌器的操作容积后，第一要选择罐体适合的高径比H/Di）以确立罐体的直径和高度。选择罐体高径比主要考虑以下双方面要素：1、高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的状况下，PDi3，此中搅拌功率P随釜体直径Di的增大，而增添好多，减小高径比只好无畏的耗费一些搅拌功率。所以一般状况下，高径比应选择大一些。2、高径比对传热的影响：当容积一准时，H/Di越大，越有益于传热。高径比确实定往常采纳经验值

10、种类罐体物料种类H/Di一般搅拌釜液固或液液相物料1气液相物料12发酵罐类气液相物料H假定高径比Di=先忽视罐底容积HVtDi2HDi344Di=4Di3Di=取标准Di=2500mm标准椭球形封头设计参数由化工制图查得公称直径mm总深度mm直边高度mm内表面积m2容积m3250066540筒体的高度(V-v)4H=Di2=2710mm釜体高径比的复核HH+h2710+40Di=Di=2500=所以，该设计知足要求。筒体壁厚的设计设计参数确实定110下反响器内各物质的饱和蒸气压化工热力学物质水乙酸乙醇乙酸乙酯饱和蒸气压MPa该反响釜的操作压力一定知足乙醇的饱和蒸气压，所以取操作压力P=，则取设

11、计压力PC=。反响釜操作温度为100，设计温度取130。反响釜体资料采纳Q345R。查化工设施机械基础得该资料在130时的许用应力t=189MPa。焊缝系数取=（双面对接焊，100%无损探伤），腐化裕量C2=2mm。（取自化工设施机械基础）筒体的壁厚计算厚度PCDi=2t-PC=错误!=因为=?min=3mm，min-?C1所以取=3mm设计厚度d=+C2=3+2=5mm钢板负误差C1=（取自化工设施机械基础）名义厚度n=d+C1+?=5+?=6mm有效厚度e=n-C2-C1=釜体封头厚度计算厚度=错误!=错误!=因为=?min=3mm，min-?C1所以取=3mm设计厚度d=+C2=3+2=

12、5mm钢板负误差C1=（取自化工设施机械基础）名义厚度n=d+C1+?=5+?=6mm五、反响釜夹套设计夹套是在釜体的外侧用焊接或法兰连结的方式装设各样形状的钢构造，使其与釜体外壁形成密闭的空间，在此空间内通入加热或冷却的介质，可加热或冷却反响釜内的物料。夹套的主要构造形式有整体夹套、半圆管夹套、和蜂窝夹套等，其适应的温度和压力不一样。本设计采纳整体夹套中的U型夹套。夹套DN、PN确实定夹套的DN夹套直径与筒体直径之间的关系Di/mm7001800200030003000400040005000Dj/mmDi+100Di+200Di+300Di+400由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可

13、得：Dj=Di+200=2500+200=2700mm夹套的PN有设计条件可知夹套内介质的工作压力为常压，故可取PN=，由于PN?，所以能够采纳Q235B为夹套的制作资料。查化工设施机械基础得该资料在130时的许用应力t=110MPa，取焊缝系数=（双面对接焊，100%无损探伤），腐蚀裕量C2=2mm。夹套筒体的壁厚计算厚度PCDj=2t-PC=错误!=设计厚度d=+C2=+2=钢板负误差C1=（取自化工设施机械基础）名义厚度n=d+C1+?=+?=6mm有效厚度e=n-C1-C2=夹套筒体的高度fV-vHj=错误!=1440mmDi24夹套的封头封头的厚度夹套的下封头采纳标准椭球形封头，内径

14、与筒体同样。夹套上封头选带折边形的封头，且半锥角=45。计算厚度=错误!=错误!=设计厚度d=+C2=+2=钢板负误差C1=（取自化工设施机械基础）名义厚度n=d+C1+?=+?=6mm带折边锥形封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，所以取封头的壁厚与夹套筒体壁厚一致n=6mm传热面积校核釜体下封头的内表面积FK=，筒体高度H=2710mm，筒体内经Di=2500mm，筒体内表面积F0=。总的换热面积F总=+=六、反响釜釜体及夹套压力试验釜体的水压试验水压试验的压力PT=t=1=强度校核PT(Di-e)T=错误!=2e查化工设施机械基础得Q345R的折服极限s=345MPas=345=

15、因为T=?s=所以水压强度足够水压试验的操作过程在保持釜体表面干燥的状况下，第一用水将釜体内的空气排空，再将水的压力迟缓升至，保证不低于30min，而后将压力迟缓降至，保压足够长时间，检查全部焊缝和连结部位有无泄露和显然的残留变形。若质量合格，迟缓降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修理后从头试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压实验。夹套的液压试验水压试验的压力PT=t=1=因为?P+=，所以应取PT=强度校核PT(Dj-e)T=错误!=2e查化工设施机械基础得Q235B的折服极限s=235MPas=235=因为T=?s=所以水压强度足够水压试验的操作过程在保持夹套表面

16、干燥的状况下，第一用水将夹套内的空气排空，再将水的压力迟缓升至，保证不低于30min，而后将压力迟缓降至，保压足够长时间，检查全部焊缝和连结部位有无泄露和显然的残留变形。若质量合格，迟缓降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干夹套。若质量不合格，修理后从头试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压实验。七、搅拌器在反响釜中，为增快反响速率，增强传质或传热成效以及增强混淆等作用，常装有搅拌装置，搅拌装置往常包含搅拌器和搅拌轴。搅拌轴由电动机经过联轴直接带动或经过减速机减速后间接带动。搅拌设施规模、操作条件及液体性质覆盖面特别宽泛，选型时考虑的要素主要有双方面。一是介质的黏度，一是搅拌过程的目的和搅拌器

17、能造成的流动形态。依据浆叶的构造，常用的搅拌器有：浆式、框式、锚式、涡轮式、推动式等。因为该搅拌器主假如为了实现物料的均相混淆，所以，推动式、浆式、涡轮式等都能够选择。本次设计采纳涡轮式搅拌器。搅拌桨的尺寸与安装地点搅拌桨的叶轮直径与反响釜的筒体直径比一般为，一般取为，所以叶轮的直径d=2500=825mm，取d=850mm由压力容器与过程设施一书可查得：叶轮直径d：叶轮叶长度l：叶轮叶片宽度W=20:5:4叶轮距槽底的安装高度h1=则由上述数据可计算：叶轮的叶长度l=，取l=220mm叶轮的叶片宽度W=170mm叶轮距槽底的安装高度h1=850mm挡板数目设计为6个，垂直安装在槽壁上并从槽壁

18、延长至液面上，挡板宽度一般可取容器直径的倍Wb=250mm桨叶数设计为6片，叶端速度设计为s（中度搅拌），则搅拌器的转速为：n=错误!=错误!=s为了除去可能出现的打旋现象，增强传质和传热，安装6片宽度为的挡板，全挡板的条件判断以下：Wb(Di)=?所以，切合全挡板条件搅拌功率的计算由化工原理第三版上册计算方法计算。由化工原理第二版上册查得各物质的黏度计算公式=ATBlg=A+B/(C-T)物料ABC乙醇乙酸610乙酸乙酯各物料的黏度计算结果以下乙醇=s乙酸=s乙酸乙酯=s水=s（直接可查得）关于非缔合液体混淆物的黏度，可采纳下式计算：lgm=Xilgi反响以前:lgm1=错误!+错误!+错误

19、!=反响以后：lgm2=错误!+错误!+错误!+错误!=均匀黏度m=（m1+m2）/2=s雷诺准数d2nRe=错误!=106因为Re很大，处于湍流区，所以应当安装挡板以除去打旋现象。由压力容器与过程设施查得，当Re6时，NP=10=则，搅拌功率为：P=NPn3d5=10KW搅拌轴直径的设计搅拌轴的选材与直径的计算搅拌轴资料一般是经过轧制或铸造经切削加工的碳素钢或合金钢，关于直径较小的轴，可用圆钢制造。本设计中轴不是很大，所以能够采纳圆钢制造的轴。奥氏体型不锈耐酸钢有较高的抗晶间腐化能力，对一些有机酸和无机酸拥有优秀的耐腐化性能。本设计中的物料中有乙酸，所以搅拌轴的资料采纳奥氏体型不锈耐酸钢1C

20、r18Ni9Ti。电动机的功率P=10KW，搅拌轴的转速n=90r/min，资料采纳，剪切弹性模量4，许用单位扭转角1Cr18Ni9Ti=25MPaG=10MPa=1o/m。外力矩：PmNm=103=955310/90=1061Nmn利用截面法：MTmax=m=1061NmMT由max=WP得WP1061/25=42440Nmm/MPa搅拌轴为实心轴，则抗扭截面模量为WP=42440d可取d=60mm搅拌轴刚度的校核MTmax1803max=GI10Pd4IP=32刚度校核一定知足：max，即：d错误!=所以搅拌轴的直径取d=60mm知足要求。搅拌轴临界转速校核因为搅拌轴的转速取n=90r/m

21、in?200r/min，故能够不作临界转速校核。八、反响釜附件的选型与尺寸设计原料液进料管已知原料液每小时办理量为Q0=h，要求原料要在15分今夜，所以则Q0=4=h设进料速率为u=s，则入口管的直径为：d=24Q0/u=错误!=52mm圆整后取d=55mm所以采纳764mm的无缝钢管。人孔及手孔为检查压力容器在使用过程中能否出现问题，以及方便洁净和维修，压力容器经常开设人孔或手孔。由化工设施机械基础查得开设人孔或手孔的有关规定以下：D/mm检查孔最少量量人孔手孔i300?Di500手孔2个圆孔75、长圆孔7550500?Di1000人孔1个，当容圆形400、长圆孔100、长圆孔i器没法开人孔

22、时：手孔圆形：400250、10080D?10002个380280圆孔150、长圆孔150100所以，可开设人孔1个或手孔2个，尺寸见上表。支座夹套反响釜采纳立式安装，采纳耳式支座分为A型和B型两种，此设施需要保温110时采纳B型。支座数设计为4个。传动装置搅拌器有必定的转速要求，这需电动机经过传动装置来实现。传动装置往常设置在反响釜的顶部，采纳立式部署。电动机经减速机将转速减到工艺要求的搅拌转速，再经过联动机带动搅拌轴旋转。减速机下设机座，以便按在反响釜的封头上。因为考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持必定的齐心度以及装卸维修的方便，常在封头上焊接一个底座，整个传动装置连机座及轴封装置仪器安装在这底座上。机架机架是用来支撑减速机和传动轴的，轴承箱也归属于机架。机架有单支点机架和双支点机