乙酸乙酯反應(yīng)釜設(shè)計(jì)書

1、乙酸乙酯反應(yīng)釜設(shè)計(jì)書XXX大學(xué)XXX專業(yè)姓名XXX主要符號(hào)一覽表V反應(yīng)釜的體積t反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)物A的起始濃度反應(yīng)物的B起始濃度反應(yīng)物S的起始濃度f反應(yīng)器的填充系數(shù)反應(yīng)釜的內(nèi)徑H反應(yīng)器筒體的高度封頭的高度P操作壓力Pc設(shè)計(jì)壓力取焊縫系數(shù)t鋼板的許用應(yīng)力C1鋼板的負(fù)偏差C2鋼板的腐蝕裕量S筒壁的計(jì)算厚度筒壁的設(shè)計(jì)厚度筒壁的名義厚度反應(yīng)器夾套筒體的高度v封頭的體積水壓試驗(yàn)壓力夾套的內(nèi)徑Q乙酸的用量Q0單位時(shí)間的處理量目 錄第1章設(shè)計(jì)題目1第2章設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件22.1處理能力22.2設(shè)備形式22.3操作條件3第3章熱量核算43.1工藝流程43.2物料衡算43.3能量衡算43.3.1熱量衡算總式43.

2、3.2每摩爾各種物值在不同條件下的值53.3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表63.3.4每摩爾物質(zhì)在100下的焓值63.3.5總能量衡算73.4換熱設(shè)計(jì)83.4.1水蒸氣的用量8第4章反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)104.1反應(yīng)器的直徑和高度104.2筒體壁厚的設(shè)計(jì)114.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定114.2.2筒體的壁厚114.3釜體封頭厚11第5章反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)135.1夾套DN、PN的確定135.1.1夾套的DN135.1.2夾套的PN135.2夾套筒體的壁厚135.3夾套筒體的高度145.4夾套的封頭145.4.1封頭的厚度145.5傳熱面積校核14第6章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)156.1釜體的水壓試驗(yàn)15

3、6.1.1水壓試驗(yàn)壓力的確定156.1.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核156.1.3壓力表的量程、水溫156.1.4水壓試驗(yàn)的操作過程156.2夾套的液壓試驗(yàn)166.2.1水壓試驗(yàn)壓力的確定166.2.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核166.2.3壓力表的量程、水溫166.2.4水壓試驗(yàn)的操作過程16第7章攪拌器的選型177.1攪拌槳的尺寸及安裝位置177.2攪拌功率的計(jì)算177.3攪拌軸的的初步計(jì)算187.3.1攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)187.3.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算197.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)19結(jié)論 19參考書目 20一 設(shè)計(jì)題目500t/a安定車間反應(yīng)器設(shè)計(jì)二 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件2.1處理能力500（噸/

4、年）2.2設(shè)備形式2.3操作條件2.2原料液起始濃度乙醇和水的起始濃度將速率方程變換成轉(zhuǎn)化率的函數(shù)其中：2.3反應(yīng)時(shí)間2.4反應(yīng)體積反應(yīng)器的實(shí)際體積第3章熱量核算3.1工藝流程反應(yīng)釜的簡單工藝流程圖3.2物料衡算根據(jù)乙酸的每小時(shí)進(jìn)料量為，在根據(jù)它的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)物的初始質(zhì)量比算出各種物質(zhì)的進(jìn)料和出料量，具體結(jié)果如下表：物質(zhì)進(jìn)料出料乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.153.3能量衡算3.3.1熱量衡算總式式中：進(jìn)入反應(yīng)器無聊的能量， ：化學(xué)反應(yīng)熱，：供給或移走的熱量，有外界向系統(tǒng)供熱為正，有系統(tǒng)向外界移去熱量為負(fù)，：離開反應(yīng)器物料的熱量，3.3.

5、2每摩爾各種物值在不同條件下的值對(duì)于氣象物質(zhì)，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個(gè)公式計(jì)算：2各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表3：液相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)AB103C103D103乙醇-67.444218.4252-7.297261.05224乙酸65.981.4690.15乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592水50.81112.12938-0.6309740.0648311由于乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)為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3.3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)4物質(zhì)AB103C103D103

6、乙醇6.7318422.315286-12.116262.493482乙酸乙酯24.542753.288173-9.9263021.998997(1) 乙醇的值(2) 乙酸乙酯的值3.3.4每摩爾物質(zhì)在100下的焓值(1) 每摩爾水的焓值同理：(3) 每摩爾的乙醇的焓值(4) 每摩爾乙酸的焓值(5) 每摩爾乙酸乙酯的焓值 3.3.5總能量衡算（1）的計(jì)算物質(zhì)進(jìn)料出料乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.15（2）的計(jì)算（3）的計(jì)算因?yàn)椋?即：+=求得：=45437.2740，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。3.4換熱設(shè)計(jì)換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)的過熱水蒸

7、氣由130降到110，溫差為20。3.4.1水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為5第4章反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)4.1反應(yīng)器的直徑和高度在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的高徑比（H/Di），以確定罐體的直徑和高度。選擇罐體高徑比主要考慮以下兩方面因數(shù)：1、 高徑比對(duì)攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，（其中D攪拌器直徑，P攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小高徑比只能無謂地消耗一些攪拌功率。因此一般情況下，高徑比應(yīng)選擇大一些。2、 高徑比對(duì)傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)，H/Di越高，越有利于傳熱。31 高徑比的確定通常才用經(jīng)驗(yàn)值表6種類罐體物料類型H/Di一般攪拌釜液固或液液相物料1

8、1.3氣液相物料12發(fā)酵罐類氣液相物料1.72.5假定高徑比為H/Di=1.2，先忽略罐底容積7取標(biāo)準(zhǔn)表32用標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭參數(shù)見表8公稱直徑（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）內(nèi)表面積（m2）容積（m3）32008004011.54.61筒體的高度釜體高徑比的復(fù)核滿足要求4.2筒體壁厚的設(shè)計(jì)4.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定表33反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸汽壓9物質(zhì)水乙酸乙醇乙酸乙酯飽和蒸汽壓（MPa）0.1430.080.3160.272該反應(yīng)釜的操作壓力必須滿足乙醇的飽和蒸汽壓所以去操作壓力P=0.4MPa，該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力Pc=1.1P=1.10.4MPa=0.44MPa該反應(yīng)釜的操作溫度為1

9、00，設(shè)計(jì)溫度為120。由此選用16MnR卷制16MnR材料在120是的許用應(yīng)力t=170MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對(duì)接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm4.2.2筒體的壁厚計(jì)算厚度10鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚4.3釜體封頭厚計(jì)算厚度鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚第5章反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)5.1夾套DN、PN的確定5.1.1夾套的DN由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：5.1.2夾套的PN由設(shè)備設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取PN=0.25MPa，由于壓力不高所以夾套的材料選用Q235B卷制Q235B材料在12

10、0是的許用應(yīng)力t=113MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0（雙面對(duì)接焊，100無損探傷）腐蝕裕量C2=2mm5.2夾套筒體的壁厚計(jì)算厚度鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取5.3夾套筒體的高度5.4夾套的封頭5.4.1封頭的厚度夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，內(nèi)徑與筒體（）相同。夾套的上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角。計(jì)算厚度鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取帶折邊錐形封頭的壁厚考慮到風(fēng)頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體壁厚一致，即5.5傳熱面積校核由于反應(yīng)釜內(nèi)

11、進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量不僅能夠維持反應(yīng)的不短進(jìn)行，且會(huì)引起反應(yīng)釜內(nèi)的溫度升高。為防止反應(yīng)釜內(nèi)溫度過高，在反應(yīng)釜的上方設(shè)置了冷凝器進(jìn)行換熱，因此不需要進(jìn)行傳熱面積的校核。如果反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的是吸熱反應(yīng)，則需進(jìn)行傳熱面積的校核。第6章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)6.1釜體的水壓試驗(yàn)6.1.1水壓試驗(yàn)壓力的確定6.1.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核16MnR的屈服極限由所以水壓強(qiáng)度足夠6.1.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：P表=2=20.55=1.1或1.5PT P表4PT 即0.825MPa P表2.2水溫5 6.1.4水壓試驗(yàn)的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的

12、空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.55，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.44，保壓足夠長時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。6.2夾套的液壓試驗(yàn)6.2.1水壓試驗(yàn)壓力的確定且不的小于（p+0.1）=0.35MPa所以取6.2.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核Q235B的屈服極限由所以水壓強(qiáng)度足夠6.2.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程：P表=2=20.35=0.7或1.5PT P表4PT 即0.525MPa P表1.4水溫5 6.2.4水壓試驗(yàn)的操作過

13、程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.35，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.275，保壓足夠長時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。第7章攪拌器的選型攪拌設(shè)備規(guī)模、操作條件及液體性質(zhì)覆蓋面非常廣泛，選型時(shí)考慮的因素很多，但主要考慮的因素是介質(zhì)的黏度、攪拌過程的目的和攪拌器能造成的流動(dòng)形態(tài)。同一攪拌操作可以用多種不同構(gòu)型的攪拌設(shè)備來完成，但不同的實(shí)施方案所需的設(shè)備投資和功率消耗是不同的，甚至?xí)?/p>

14、成倍的差別。為了經(jīng)濟(jì)高效地達(dá)到攪拌的目的，必須對(duì)攪拌設(shè)備作合理的選擇。根據(jù)介質(zhì)黏度由小到大，各種攪拌器的選用順序是推進(jìn)式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式。根據(jù)攪拌目的選擇攪拌器的類型：均相液體的混合宜選推進(jìn)式，器循環(huán)量大、耗能低。制乳濁液、懸浮液或固體溶解宜選渦輪式，其循環(huán)量大和剪切強(qiáng)。氣體吸收用圓盤渦輪式最適宜，其流量大、剪切強(qiáng)、氣體平穩(wěn)分散。對(duì)結(jié)晶過程，小晶粒選渦輪式，大晶粒選槳葉式為宜。根據(jù)以上本反應(yīng)釜選用圓盤式攪拌器。7.1攪拌槳的尺寸及安裝位置葉輪直徑與反應(yīng)釜的直徑比一般為0.2 0.512，一般取0.33，所以葉輪的直徑，??；葉輪據(jù)槽底的安裝高度；葉輪的葉片寬度，取；葉輪的葉長度，?。?/p>

15、液體的深度；擋板的數(shù)目為4，垂直安裝在槽壁上并從槽壁地延伸液面上，擋板寬度槳葉數(shù)為6，根據(jù)放大規(guī)則，葉端速度設(shè)為4.3m/s,則攪拌轉(zhuǎn)速為：，取7.2攪拌功率的計(jì)算采用永田進(jìn)治公式進(jìn)行計(jì)算：13由于數(shù)值很大，處于湍流區(qū)，因此，應(yīng)該安裝擋板，一小車打旋現(xiàn)象。功率計(jì)算需要知到臨界雷諾數(shù)，用代替進(jìn)行攪拌功率計(jì)算?？梢圆楸砩贤牧饕粚恿鞔蟮霓D(zhuǎn)折點(diǎn)得出。查表知：所以功率：，取7.3攪拌軸的的初步計(jì)算7.3.1攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)（1）電機(jī)的功率3 ，攪拌軸的轉(zhuǎn)速90，根據(jù)文獻(xiàn)取用材料為1Cr18Ni9Ti ， 40，剪切彈性模量8.1104，許用單位扭轉(zhuǎn)角1/m。由得：=利用截面法得： =（）由 得：=攪拌軸

16、為實(shí)心軸，則：= 57.05mm 取60mm（2）攪拌軸剛度的校核：由 剛度校核必須滿足： ，即：所以攪拌軸的直徑取60mm滿足條件。7.3.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=90200，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。7.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)由于選用擺線針齒行星減速機(jī)，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)（D型）。標(biāo)記為：40 HG 2157095。結(jié)論依據(jù)GB 150-1988鋼制壓力容器尺寸為反應(yīng)器體積為，反應(yīng)釜高為3320mm，直徑3200mm，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)到實(shí)際要求。參考書目1 譚蔚主編，化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M，天津：天津大學(xué)出版社，2008.42 柴誠敬主編，化工原理上冊(cè)

17、M，北京：高等教育出版社，2008.93李少芬主編，反應(yīng)工程M，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.24王志魁編. 化工原理M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2006.5陳志平, 曹志錫編. 過程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型基礎(chǔ)M. 浙江: 浙江大學(xué)出版社. 2007.6金克新, 馬沛生編. 化工熱力學(xué)M, 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 20037涂偉萍, 陳佩珍, 程達(dá)芳編. 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.8匡國柱,史啟才編. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.9柴誠敬編. 化工原理M. 北京: 高等教育出版社, 2000. 10管國鋒 ,趙汝編.化工原

18、理M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.11朱有庭, 曲文海編. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.12丁伯民, 黃正林編. 化工容器M. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2003. 13王凱, 虞軍編. 攪拌設(shè)備M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 2003.總結(jié)在為期兩周的設(shè)計(jì)里，在此課程設(shè)計(jì)過程中首先要感謝老師，在這次課程設(shè)計(jì)中給予我們的指導(dǎo)，由于是初次做反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)，所以，再設(shè)計(jì)整個(gè)過程中難免遇到這樣那樣的難題不知該如何處理，幸好有尚書勇耐心教誨，給予我們及時(shí)必要的指導(dǎo)，在此向尚老師表最誠摯的感謝！從尚老師開始說要在做課程設(shè)計(jì)開始，我就一直擔(dān)心我到最后交不了稿，因?yàn)檫@都到期末了，有很多門專業(yè)課要考試，必須花上大量的時(shí)間復(fù)習(xí)，加上前面我們做了一個(gè)化工原理的課程設(shè)計(jì)，知道里面有很多需要查閱的東西，所以天天就一直在想到底是復(fù)習(xí)還是做課程設(shè)計(jì)。知道今天為止，我終于兩不誤，把兩樣事情都順利地完成了。課程設(shè)計(jì)不同于書本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，有些問題是實(shí)際實(shí)踐過程中的，無法用理論推導(dǎo)得到，因此不免過程中有很多困難，但通過與同學(xué)的交流和探討，查閱文獻(xiàn)資料，查閱互聯(lián)網(wǎng)以及在尚老師的指導(dǎo)幫助下，問題都得到很好的解決。這讓我