年产4000吨乙酸乙酯间歇反应釜设计说明书

页第1章设计任务及条件1.1设计任务及条件乙酸乙酯酯化反应的化学式为：CH3COOH+C2H5OH=====CH3COOC2H5+H2OABRS原料中反应组分的质量比为：A：B：S=1：2：1.35，反应液的密度为1020Kg/m3，并假定在反应过程中不变。每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1h，每天计24h每年300d每年生产7200h。反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下rR=k1(CACB－CRCS/K)[1]100℃时，k1=4.76×L/(mol·min),平衡常数K=2.92。乙酸的转化率XA=0.48，反应器的填充系数f=0.8，为此反应设计一个反应器。第2章工艺设计2.1原料的处理量根据乙酸乙酯的产量可计算出每小时的乙酸用量为由于原料液的组成为1+2+1.35=4.35Kg单位时间的处理量2.2原料液起始浓度乙醇和水的起始浓度将速率方程变换成转化率的函数 其中：2.3反应时间2.4反应体积反应器的实际体积

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，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：物质进料出料乙酸13.1526.839乙醇34.31027.997乙酸乙酯06.313水59.18465.4953.3能量衡算3.3.1热量衡算总式式中：进入反应器无聊的能量，：化学反应热，：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，：离开反应器物料的热量，3.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值对于气象物质，它的气相热容与温度的函数由下面这个公式计算：[2]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AB×10/KC×10/KD×10/K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点为778.3℃和77.1℃，所以：乙醇的值=59.342+36.358×10×351.5-12.164×10×351.5+1.8030×10×351.5=59.342+127.798-150.289+78.302=115.153乙酸乙酯的值=155.94+2.3697×10×350.2-1.9976×10×350.2+0.4592×10×350.2=155.94+8.297-24.499+19.713=159.451(3)水的值=92.053-3.9953×10×373-2.1103×10×373+0.53469×10×373=92.053-14.902-29.360+27.748=75.539乙酸的值=-18.944+109.71×10×373-28.921×10×373+2.9275×10×373=139.82233.3.3各种气象物质的参数如下表气相物质的热容参数[4]物质AB×103C×103D×103乙醇4.3960.6285.546-7.024乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.736乙醇的值=4.396+0.628×10×351.5+5.546×10×351.5-7.024×10×351.5+2.685×10×351.5=(4.396+0.234+7.716-3.645+0.520)8.314=76.663乙酸乙酯的值=(10.228-5.576+18.133-8.166+1.161)8.314=131.1953.3.4每摩尔物质在100℃下的焓值(1)每摩尔水的焓值每摩尔的乙醇的焓值每摩尔乙酸的焓值每摩尔乙酸乙酯的焓值3.3.5总能量衡算（1）的计算（2）的计算 （3）的计算因为：即：++=求得：=393384.9>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，设夹套内的过热水蒸气由130℃降到110℃，温差为20℃。3.4.1水蒸气的用量忽略热损失，则水的用量为[5]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/Di），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：高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，（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。高径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高，越有利于传热。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—固或液—液相物料1~1.3气—液相物料1~2发酵罐类气—液相物料1.7~2.5假定高径比为H/Di=1.3，先忽略罐底容积[7]取标准表3—2 用标准椭球型封头参数见表[8]公称直径（mm）曲面高度（mm）直边高度（mm）内表面积（m2）容积（m3）2800700408.823.12筒体的高度釜体高径比的复核满足要求4.2筒体壁厚的设计4.2.1设计参数的确定表3—3 反应器内各物质的饱和蒸汽压[9]物质水乙酸乙醇乙酸乙酯饱和蒸汽压（MPa）0.1430.080.3160.272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Pc=1.1P=1.1×0.4MPa=0.44MPa该反应釜的操作温度为100℃，设计温度为120℃。由此选用16MnR卷制16MnR材料在120℃是的许用应力[σ]t=170MPa焊缝系数的确定取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊，100％无损探伤）腐蚀裕量C2=2mm4.2.2筒体的壁厚计算厚度 [10]钢板负偏差 设计厚度 名义厚度 按钢制容器的制造取壁厚——详见《化工机械基础》附表12 4.3釜体封头厚计算厚度 钢板负偏差 设计厚度 名义厚度 按钢制容器的制造取壁厚 第5章反应釜夹套的设计5.1夹套DN、PN的确定5.1.1夹套的DN由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：5.1.2夹套的PN由设备设计条件可知，夹套内介质的工作压力为常压，取PN=0.25MPa，由于压力不高所以夹套的材料选用Q235—B卷制Q235—B材料在120℃是的许用应力[σ]t=113MPa焊缝系数的确定取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊，100％无损探伤）腐蚀裕量C2=2mm5.2夹套筒体的壁厚计算厚度 钢板负偏差 按钢制容中DN=3000mm的壁厚最小不得小于8mm所以取5.3夹套筒体的高度5.4夹套的封头5.4.1封头的厚度夹套的下封头选标准椭球封头，内径与筒体（）相同。夹套的上封头选带折边形的封头，且半锥角。计算厚度 钢板负偏差 设计厚度 按钢制容中DN=3000mm的壁厚最小不的小于8mm所以取带折边锥形封头的壁厚考虑到风头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体壁厚一致，即5.5传热面积校核由于反应釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不短进行，且会引起反应釜内的温度升高。为防止反应釜内温度过高，在反应釜的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果反应釜内进行的是吸热反应，则需进行传热面积的校核。第6章反应釜釜体及夹套的压力试验6.1釜体的水压试验6.1.1水压试验压力的确定6.1.2水压试验的强度校核16MnR的屈服极限由所以水压强度足够6.1.3压力表的量程、水温压力表的最大量程：P表=2=2×0.55=1.1或1.5PTP表4PT即0.825MPaP表2.2水温≥5℃6.1.4水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.55，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.44，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢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，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。6.2夹套的液压试验6.2.1水压试验压力的确定且不的小于（p+0.1）=0.35MPa所以取6.2.2水压试验的强度校核Q235—B的屈服极限由所以水压强度足够6.2.3压力表的量程、水温压力表的最大量程：P表=2=2×0.35=0.7或1.5PTP表4PT即0.525MPaP表1.4水温≥5℃6.2.4水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.35，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.275，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢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，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。第7章 搅拌器的选型搅拌设备规模、操作条件及液体性质覆盖面非常广泛，选型时考虑的因素很多，但主要考虑的因素是介质的黏度、搅拌过程的目的和搅拌器能造成的流动形态。同一搅拌操作可以用多种不同构型的搅拌设备来完成，但不同的实施方案所需的设备投资和功率消耗是不同的，甚至会由成倍的差别。为了经济高效地达到搅拌的目的，必须对搅拌设备作合理的选择。根据介质黏度由小到大，各种搅拌器的选用顺序是推进式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式。根据搅拌目的选择搅拌器的类型：均相液体的混合宜选推进式，器循环量大、耗能低。制乳浊液、悬浮液或固体溶解宜选涡轮式，其循环量大和剪切强。气体吸收用圆盘涡轮式最适宜，其流量大、剪切强、气体平稳分散。对结晶过程，小晶粒选涡轮式，大晶粒选桨叶式为宜。根据以上本反应釜选用圆盘式搅拌器。7.1搅拌桨的尺寸及安装位置叶轮直径与反应釜的直径比一般为0.2~0.5[12]，一般取0.33，所以叶轮的直径，取；叶轮据槽底的安装高度；叶轮的叶片宽度，取；叶轮的叶长度，取；液体的深度；挡板的数目为4，垂直安装在槽壁上并从槽壁地延伸液面上，挡板宽度桨叶数为6，根据放大规则，叶端速度设为4.3m/s,则搅拌转速为：，取7.2搅拌功率的计算采用永田进治公式进行计算：[13]由于数值很大，处于湍流区，因此，应该安装挡板，一小车打旋现象。功率计算需要知到临界雷诺数，用代替进行搅拌功率计算。可以查表上湍流一层流大的转折点得出。查表知：所以功率：，取7.3搅拌轴的的初步计算7.3.1搅拌轴直径的设计（1）电机的功率＝24，搅拌轴的转速＝90，根据文献取用材料为1Cr18Ni9Ti，[]＝40，剪切弹性模量＝8.1×104，许用单位扭转角[]＝1°/m。由得：= 利用截面法得：=（）由得：=搅拌轴为实心轴，则：=≥68.29mm取＝70mm（2）搅拌轴刚度的校核：由刚度校核必须满足：，即：所以搅拌轴的直径取＝70mm满足条件。7.3.2搅拌抽临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速=90＜200，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：40HG21570—95。结论依据GB150-1988《钢制压力容器》尺寸为反应器体积为，反应釜高为3024mm，直径2800mm，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：天津大学出版社，2008.4[2]柴诚敬主编，《化工原理》上册[M]，北京：高等教育出版社，2008.9[3]李少芬主编，反应工程[M]，北京：化学工业出版社，2010.2[4]王志魁编.《化工原理》[M].北京:化学工业出版社，2006.[5]陈志平,曹志锡编.《过程设备设计与选型基础》[M].浙江:浙江大学出版社.2007.[6]金克新,马沛生编.《化工热力学》[M],北京:化学工业出版社.2003[7]涂伟萍,陈佩珍,程达芳编.《化工过程及设备设计》[M].北京:化学工业出版社,2000.[8]匡国柱,史启才编.《化工单元过程及设备课程设计》[M].北京:化学工业出版社,2005.[9]柴诚敬编.《化工原理》[M].北京:高等教育出版社,2000.[10]管国锋,赵汝编.《化工原理》[M].北京:化学工业出版社,2008.[11]朱有庭,曲文海编.《化工设备设计手册》[M].化学工业出版社,2004.[12]丁伯民,黄正林编.《化工容器》[M].化学工业出版社.2003.[13]王凯,虞军编.搅拌设备[M].北京:化学工业出版社.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设计。知道今天为止，我终于两不误，把两样事情都顺利地完成了。课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在尚老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。这次的课程设计让我对某些反应工程的理论有了更加深入的了解，同时在具体的设计过程中我发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次设计使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。在这次设计和一年的学习中，尚老师不管是在学习上还是在生活中都教会了我很多东西，让我明确了学习和生活的目标，首先他严谨的治学态度，做事情的一丝不苟都让我非常的敬佩。还有他做人做事的方式让我自愧不如。同时还要感谢化工学院里的老师给我们提供教室，以及学校图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。由于首次做反应釜设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发HYPERLINK"/detail.htm?3