精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 乙酸乙酯反应器设计说明书 专 业： 化学工程与工艺 姓 名： xxx 学 号： 指导教师： 赵海鹏 化学与材料工程学院2014年5月 主要符号一览表V反应釜的体积t反应时间反应物A的起始浓度 f反应器的填充系数反应釜的内径H反应器筒体的高度 P操作压力Pc设计压力取焊缝系数t钢板的许用应力C1钢板的负偏差C2钢板的腐蚀裕量 筒壁的计算厚度筒壁的设计厚度筒壁的名义厚度反应器夹套筒体的高度v封头的体积水压试验压力夹套的内径 目 录 第二章 4致谢 256 绪论反应工程课程设计是化工设备机械基础和反应工程课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试反应釜机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。反应工程是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的：1、 熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。2、 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。3、 准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。4、 用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。 酯化反应是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺，但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。酯化反应器设计的基本要求是满足传质和传热要求。因此需要设计搅拌器。另外，反应器要有足够的机械强度，抗腐蚀能力；结构要合理，便于制造、安装和检修；经济上要合理，设备全寿命期的总投资要少。夹套式反应釜具有以下特点：1、温度容易控制。2、浓度容易控制。3、传质和传热良好。4、设备使用寿命长。产品乙酸乙酯简介： 无色澄清液体，有强烈的醚似的气味，清灵、微带果香的酒香，易扩散，不持久。 分子量 88.11，沸点：77.2 ，微溶于水，溶于醇、醚等多数有机溶剂.通过给定设计的主要工艺参数和条件，综合系统地应用化工理论及化工计算知识，完成对反应釜的工艺设计和设备设计。摘要：本选题为年产量为年产4000吨的间歇釜式反应器的设计。通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为 。设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高1820mm，直径1400mm； 还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。搅拌器的形式为圆盘式搅拌器，搅拌轴直径50mm。在此基础上绘制了设备条件图。本设计为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。关键字：间歇釜式反应器; 物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计; 第1章 设计方案对于乙酸乙酯的生产既可以采用间歇式生产，也可以采用连续式生产。本次设计将根据自己的生产规模计算，对设计方案进行比较，得出合理的工艺设计流程。第2章 物料计算及方案选择2.1 间歇进料的计算2.1.1 流量的计算乙酸乙酯的产量化学反应方程式：乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为F酯=乙酸的流量乙酸采用工业二级品（含量98%），乙酸与乙酸乙酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率x=0.50,物料损失以3%计， 则乙酸的进料量 FA0= 乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则乙醇的进料量为F乙醇=511.95=59.75kmol/h 总物料量流量：F= FA0+F乙醇=11.95+59.75=71.7 kmol/h 硫酸的流量：总物料的质量流量如下计算，W总=因硫酸为总流量的1%，则W硫酸=3500.50.01=35.0，即可算其物质的量流量F硫酸=35.0/98=0.357表1 物料进料量表 .名称乙酸乙醇浓硫酸流量kmol/h11.9559.750.3572.1.2 反应体积及反应时间计算当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反应，其反应速率方程（A为乙酸）当反应温度为100，催化剂为硫酸时，反应速率常数k=20.00=1.2m3/(kmol.h)因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于900kg/ m3,则乙酸的初始浓度为： 当乙酸转化率x=0.50，由间歇釜反应有： 取非生产时间 t=1h ，则反应体积 因装料系数为0.8，故实际体积 要求每釜体积小于5m3 则间歇釜需2个，每釜体积V=3.06 m3圆整，取实际体积V=3.5 m3 。 2.2 连续性进料的计算2.2.1 流量的计算 乙酸乙酯的产量化学反应方程式：乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为F酯= 乙酸的流量乙酸采用工业二级品（含量98%），乙酸与乙酸丁酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率x=0.50,物料损失以3%计， 则乙酸的进料量 FA0 = 乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则丁醇的进料量为 F=13.28 5=66.4 总物料量流量：F= 硫酸的流量：总物料的质量流量如下计算， W总=因硫酸为总流量的1%，则W硫酸=3890.10.01=38.9，即可算其物质的量流量F硫酸=38.9/98=0.397表2 物料进料量表 .名称乙酸乙醇浓硫酸流量kmol/h13.2866.40.402.2.2 反应体积及反应时间计算当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反应，其反应速率方程（A为乙酸）当反应温度为100，催化剂为硫酸时，反应速率常数k=20因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于900kg/ m3。因硫酸少量，忽略其影响， 对于连续式生产，若采用两釜串联，系统为定态流动，且对恒容系统，不变，不变 若采用两釜等温操作，则代数解得 所以 装料系数为0.8，故实际体积V=6.140.8=7.675。故采用一条的生产线生产即可，两釜串联， 每个反应器的体积V5，取V=4 m32.2.3 反应时间：连续性反应时间 2.3 设计方案的选择经上述计算可知,间歇釜进料需要2个3.5m3反应釜,而连续性进料需2个4m3反应釜。根据间歇性和连续性反应特征比较，间歇进料需2条生产线，连续性需1条生产线。虽然，间歇生产的检测控制等装备就比连续性生产成本高，所耗费的人力物力大于连续生产，但该课题年产量少，因而选择间歇生产比连续生产要优越许多。故而，本次设计将根据两釜并联的的间歇性生产线进行，并以此设计其设备和工艺流程图。附：表3. 物料物性参数1名称密度k（100oC）熔点/oC沸点/oC黏度/mPa.s百分含量乙酸95816.71180.44598%乙醇717-114.178.50.36198%乙酸乙酯797-83.677.20.21698%硫酸176110.53389.4698%表4.乙酸规格质量1：GB1628-79 一级二级外观 铂钴30号，透明液体无悬浮物KMnO4试验/min 5.0乙酸含量/%99.098.0甲酸含量/%0.150.35乙醛含量/%0.050.10蒸发残渣/%0.020.03重金属(以Pb计)/%0.00020.0005铁含量/%0.00020.0005 第3章热量核算3.1热量衡算总式式中：进入反应器物料的能量， ：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，3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值对于气,液象物质，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AB102C104D106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78.5和77.2，所以：(1) 乙醇的值 同理：(2) 乙酸乙酯的值(3) 水的值 (3) 乙酸的值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AB103C105D108乙醇4.3960.6285.546-7.024乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.736(1) 乙醇的值(2) 乙酸乙酯的值3.4每摩尔物质在100下的焓值(1) 每摩尔水的焓值 同理：(2)每摩尔的乙醇的焓值(3) 每摩尔乙酸的焓值(4) 每摩尔乙酸乙酯的焓值 3.5总能