河南城建学院反应工程课程设计专 业：化学工程与工艺姓 名： 任连成 学 号： 101410140 指导教师： 李山鹰 化学与材料学院2013年6月前言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。摘要：本选题为年产量为年产4103T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、换热量为。设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高3024mm，直径2800mm；夹套的特征尺寸为高2320mm，内径为3000mm。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60mm。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;AbstractThe batch reactor for annual production capacity of 60,000 10T is to be the designed. Through the material, heat balance reactor volume, heat transfer and Equipment design results show that the size of the reactor characteristics for high is 3320mm, diameter is 3200mm, The characteristics of clip size for high is 2550mm, diameter is 3400mm. Also auxiliary equipment on the tower as designed, heat is finished through the clip with the common cold tube inside. The mixer for dise-type mixer, stirring shaft of diameter is 60mm . Based on the condition of equipment drawing. This design for batch reactor industrial design provides a detailed data and drawings.Key words: batch reactor, Material, Heat balance, Thick wall design。主要符号一览表V反应釜的体积t反应时间反应物A的起始浓度反应物的B起始浓度反应物S的起始浓度f反应器的填充系数反应釜的内径H反应器筒体的高度封头的高度P操作压力Pc设计压力取焊缝系数t钢板的许用应力2C1钢板的负偏差C2钢板的腐蚀裕量S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Q乙酸的用量Q0单位时间的处理量年产410 T乙酸乙酯设计说明书目 录第1章 设计任务及条件3第2章 工艺设计42.1原料的处理量42.2原料液起始浓度42.3反应时间52.4反应体积5第3章 热量核算63.1工艺流程63.2物料衡算63.3能量衡算73.3.1热量衡算总式73.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值73.3.3各种气象物质的参数如下表83.3.4每摩尔物质在100下的焓值93.3.5总能量衡算103.4换热设计113.4.1水蒸气的用量11第4章 反应釜釜体设计124.1反应器的直径和高度124.2筒体壁厚的设计134.2.1设计参数的确定134.2.2筒体的壁厚134.3釜体封头厚14第5章 反应釜夹套的设计145.1夹套DN、PN的确定145.1.1夹套的DN145.1.2夹套的PN145.2夹套筒体的壁厚155.3夹套筒体的高度155.4夹套的封头155.4.1封头的厚度155.5传热面积校核16第6章 反应釜釜体及夹套的压力试验166.1釜体的水压试验166.1.1水压试验压力的确定166.1.2水压试验的强度校核166.1.3压力表的量程、水温176.1.4水压试验的操作过程176.2夹套的液压试验176.2.1水压试验压力的确定176.2.2水压试验的强度校核176.2.3压力表的量程、水温186.2.4水压试验的操作过程18第7章 搅拌器的选型187.1搅拌桨的尺寸及安装位置197.2搅拌功率的计算197.3搅拌轴的的初步计算207.3.1搅拌轴直径的设计207.3.2搅拌抽临界转速校核计算217.4联轴器的型式及尺寸的设计21结论21参考书目21总结22第 2 页第 1 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+H2OA B R S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(CACBCRCS/K) 1100时，k1=4.76L/(molmin),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AB10/K C10/KD10/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：(1) 乙醇的值=59.342+36.35810351.5-12.16410351.5+1.803010351.5=59.342+127.798-150.289+78.302=115.153(2) 乙酸乙酯的值=155.94+2.369710350.2-1.997610350.2+0.459210350.2=155.94+8.297-24.499+19.713=159.451(3) 水的值=92.053-3.995310373-2.110310373+0.5346910373=92.053-14.902-29.360+27.748=75.539(3) 乙酸的值=-18.944+109.7110373-28.92110373+2.927510373=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AB103C103D103乙醇4.3960.6285.546-7.024乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.736(1) 乙醇的值=4.396+0.62810351.5+5.54610351.5-7.02410351.5+2.68510351.5=(4.396+0.234+7.716-3.645+0.520)8.314=76.663(2) 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(3) 每摩尔的乙醇的焓值(4) 每摩尔乙酸的焓值(5) 每摩尔乙酸乙酯的焓值 3.3.5总能量