化學反應過程課程設計-年產(chǎn)5800噸乙酸乙酯反應器的設計

1、<p><b>　　銀川能源學院</b></p><p><b>　　化學反應工程</b></p><p>　　題目：年產(chǎn)5800噸乙酸乙酯反應器的設計</p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　院 系 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　年 級 </p><p

3、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　1. 課程設計任務書3</p><p>　　1.1 設

4、計項目3</p><p>　　1.2 設計條件3</p><p>　　1.3 反應條件3</p><p>　　1.4 設計要求3</p><p><b>　　2. 背景介紹4</b></p><p>　　2.1. 乙酸乙酯的性質與用途4</p><p>　　2.

5、1.1. 理化特性4</p><p>　　2.1.2. 主要用途4</p><p>　　2.2. 國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)狀況5</p><p>　　2.2.1. 國外生產(chǎn)狀況5</p><p>　　2.2.2. 國內(nèi)生產(chǎn)狀況5</p><p>　　3. 工藝設計方案6</p><p>　　3.1

6、. 設計條件及任務6</p><p>　　3.1.1. 設計條件6</p><p>　　3.1.2. 設計任務6</p><p>　　3.2. 原料路線確定的原則和依據(jù)6</p><p>　　3.3. 物料計算及方案選擇7</p><p>　　3.3.1. 間歇進料的計算8</p><p

7、>　　3.3.2. 連續(xù)進料的計算9</p><p>　　3.1. 設計方案的選擇11</p><p>　　3.2. 工藝流程圖11</p><p>　　4. 熱量衡算12</p><p>　　4.1. 熱量衡算總式12</p><p>　　4.2. 每摩爾各種物值在不同條件下的值12</p&g

8、t;<p>　　4.3. 各種氣相物質的參數(shù)13</p><p>　　4.4. 每摩爾物質在80℃下的焓值13</p><p>　　4.5. 總能量衡算14</p><p>　　5. 反應釜釜體設計15</p><p>　　5.1. 反應器的直徑和高度15</p><p>　　5.2. 設備的壁

9、厚計算16</p><p>　　5.2.1. 釜體筒體壁厚計算16</p><p>　　5.2.2. 釜體封頭壁厚計算17</p><p>　　5.2.3. 夾套筒體壁厚設計計算18</p><p>　　5.2.4. 夾套封頭壁厚設計與選擇18</p><p>　　5.2.5. 反應釜設計參數(shù)18</

10、p><p>　　6. 攪拌器設計19</p><p>　　6.1. 攪拌器的形式選擇19</p><p>　　6.1.1. 傳動功率P：19</p><p>　　6.1.2. 電機功率19</p><p>　　6.1.3. 減速器的選擇19</p><p>　　6.2. 攪拌軸直徑的設計計

11、算19</p><p>　　6.2.1. 攪拌軸強度計算19</p><p>　　6.2.2. 攪拌軸剛度計算19</p><p>　　6.3. 夾套式反應釜附屬裝置的確定20</p><p>　　6.3.1. 支座的選定：（以下參考書[3]）20</p><p>　　6.3.2. 因發(fā)應釜需外加保溫，故選B

12、型懸掛式支座20</p><p>　　6.3.3. 反應釜總重20</p><p>　　6.4. 人孔C：20</p><p>　　6.5. 接管及其法蘭選擇20</p><p>　　6.5.1. 乙酸進料管20</p><p>　　6.5.2. 乙醇進料管21</p><p>　　

13、6.5.3. 濃硫酸進料管21</p><p>　　6.5.4. 出料管：21</p><p>　　7. 總結心得23</p><p>　　8. 致 謝23</p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　前 言</b></p

14、><p>　　此次課程設計，是結合《化學反應工程》這門課程的內(nèi)容及特點所進行的一次模擬設計。它結合實際進行計算，對我們理解理論知識有很大的幫助。同時，通過做課程設計，我們不僅熟練了所給課題的設計計算，而且通過分析課題、查閱資料、方案比較等一系列相關運作，讓我們對工藝設計有了初步的設計基礎。</p><p>　　酯化反應是有機工業(yè)中較成熟的一個工藝。盡管現(xiàn)在研制出不同的催化劑合成新工藝，但設計以

15、硫酸作為催化劑的傳統(tǒng)工藝是很有必要的。酯化反應器設計的基本要求是滿足傳質和傳熱要求。因此需要設計攪拌器。另外，反應器要有足夠的機械強度，抗腐蝕能力；結構要合理，便于制造、安裝和檢修；經(jīng)濟上要合理，設備全壽命期的總投資要少。</p><p>　　夾套式反應釜具有以下特點：1、溫度容易控制。2、濃度容易控制。3、傳質和傳熱良好。4、設備使用壽命長。</p><p>　　乙酸乙酯簡介：無色澄清液

16、體，有強烈的醚似的氣味，清靈、微帶果香的酒香，易擴散，不持久。分子量88.11，沸點77.2℃ ，微溶于水，溶于醇、醚等多數(shù)有機溶劑。通過給定設計的主要工藝參數(shù)和條件，綜合系統(tǒng)地應用化工理論及化工計算知識，完成對反應釜的工藝設計和設備設計。</p><p>　　化學反應工程課程設計是一項很繁瑣的設計工作，而且在設計中除了要考慮經(jīng)濟因素外，環(huán)保也是一項不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程

17、設計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學科的綜合和相互協(xié)調。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計對國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀的調查，市場需求量的分析以及各種乙酸乙酯合成法的比較進行了簡要的綜合考慮。分別對連續(xù)釜式反應器和間歇式反應器的體積計算，綜合其他因素，得出最佳的反應器——間歇釜式反應器。本選題為年產(chǎn)量5800噸的間歇釜式反應器的設計，反應轉化

18、率為60%，通過物料衡算、熱量衡算，反應器體積為、換熱量為。設備設計結果表明，反應器的特征尺寸為高1690mm，直徑1600mm；夾套的特征尺寸為高1200mm，內(nèi)徑為1800mm。攪拌器的形式為圓盤式攪拌器，攪拌軸直徑40mm，電功率1.44KW。在此基礎上繪制了整體工藝的工藝流程圖。</p><p>　　關鍵字：合成工藝；間歇釜式反應器; 熱量衡算; 壁厚設計</p><p><

19、b>　　Abstract</b></p><p>　　This design investigation of the development status of the domestic and international market demand, comparative analysis and a variety of ethyl acetate synthesis were cons

20、idered briefly. The continuous stirred tank reactor and a batch reactor volume calculation, combined with other factors, the reaction -- stirred batch reactor best. The batch reactor for 5800 T a year is to be designed，t

21、he reaction conversion rate is 60%.Through the material, heat balance reactor volume, heat transfer. Equipme</p><p>　　Key words: synthesis process;batch reactor, Heat balance, Thick wall design</p>&l

22、t;p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　設計項目</b></p><p>　　年產(chǎn)5800噸乙酸乙酯的反應器的設計 　</p><p><b>　　設計條件</b></p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模：5800噸/年</p><

23、;p>　　生產(chǎn)時間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時/年，間歇生產(chǎn)6000小時/年</p><p>　　物料損耗：按5%計算</p><p>　　乙酸的轉化率：60%</p><p><b>　　反應條件</b></p><p>　　反應在等溫下進行，反應溫度為80℃，以少量濃硫酸為催化劑，硫酸量為總物料量的1%，當乙醇過量時

24、，其動力學方程為：- rA=kCA2。A為乙酸，建議采用配比為乙酸：乙醇=1：5（摩爾比），反應物料密度為0.85㎏/L，反應速度常數(shù)k為15.00L/（kmol.min）</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　1、 設計方案比較 </p><p>　　對所有的設計方案進行比較，最后確定本次設計的設計方案。 <

25、;/p><p>　　2、反應部分的流程設計（畫出反應部分的流程圖） </p><p>　　3、反應器的工藝設計計算</p><p>　　物料衡算，熱量衡算，生產(chǎn)線數(shù)，反應器個數(shù)， 反應器體積，反應器基本尺寸。 </p><p>　　4、設計計算說明書內(nèi)容 </p><p>　　封皮（采用化工原理課程設計模版，格式排版要

26、求同化工原理課程設計要求）</p><p>　　設計任務書； 目錄； 設計方案比較； 工藝流程圖設計； 反應器的設計 </p><p><b>　　設計總結； </b></p><p><b>　　背景介紹</b></p><p>　　乙酸乙酯的性質與用途</p><p>&

27、lt;b>　　理化特性</b></p><p>　　乙酸乙酯（ethyl acetate）分子式為CH3COOC2H5，無色易揮發(fā)液體有水果香味，熔點-83.6 ℃，沸點77.06 ℃，相對密度0.9003；微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑；與水或乙醇都能生成二元共沸混合物；與水的共沸混合物的沸點70.4℃，與乙醇的共沸混合物的沸點71.8 ℃，與水和乙醇還可以形成三元共沸混合物，沸點70.

28、2 ℃。在酸或堿的催化下，易水解成乙酸和乙醇；此外，還可發(fā)生自縮合等反應。</p><p><b>　　主要用途</b></p><p>　　乙酸乙酯是應用最廣泛的脂肪酸酯之一，具有優(yōu)良的溶解性能，是一種較好的工業(yè)溶劑，已被廣泛應用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹脂、合成橡膠等生產(chǎn)，也可用于生產(chǎn)復印機用液體硝基纖維墨水，在紡織工業(yè)中用作清洗劑；在食

29、品工業(yè)中用作特殊改性酒精的香味萃取劑，在香料工業(yè)中是最重要的香料添加劑，可作為調香劑的組分，乙酸乙酯也可用作粘合劑的溶劑，油漆的稀釋劑以及作為制造藥物、染料等的原料。</p><p>　　制藥 醋酸乙酯在制藥行業(yè)用作溶劑，主要生產(chǎn)維生素E及一些醫(yī)藥中間體。我國是人口大國，人口凈增長、人口老齡化問題都將增加對醫(yī)藥品的需求量。同時，隨著我國加入世界貿(mào)易組織，醫(yī)藥出口量明顯增加?；瘜W原料藥依然是我國醫(yī)藥商品出口的主要

30、品種，產(chǎn)量與出口量快速上升，帶動了醋酸乙酯消費。</p><p>　　膠粘劑 膠粘劑的種類繁多，醋酸乙酯主要用于溶劑型膠粘劑，尤其是聚氨酯類膠粘劑。我國從20世紀50年代開始研制和開發(fā)聚氨酯膠粘劑，產(chǎn)量不斷增大。從未來發(fā)展看，我國聚氨酯類膠粘劑的應用領域擴展很快，我國是世界上最大的制鞋國，目前雖有相當部分的制鞋企業(yè)以氯丁膠作為膠粘劑，但氯丁膠盡管有初粘性好、可冷粘、價格較便宜等優(yōu)點，但其不耐增塑劑滲透，必須用苯

31、類有毒溶劑等是其致命弱點，使得氯丁膠已經(jīng)不適應制鞋工業(yè)的發(fā)展要求，國外的趨勢是逐漸被聚氨酯膠粘劑所代替，歐美等發(fā)達國家80%~90%的鞋用膠已經(jīng)被聚氨酯類膠粘劑占領，國內(nèi)也呈現(xiàn)這種趨勢。近年來，東北、華北和華中等內(nèi)地的鞋廠也開始使用，并有不斷擴大的勢頭。另外，聚氨酯膠在建筑、高速公路、飛機跑道嵌縫材料、高層建筑玻璃密封材料等方面的應用也在不斷增長。</p><p>　　涂料 醋酸乙酯主要用于高檔溶劑型涂料，如聚

32、氨酯涂料、環(huán)氧樹脂涂料、丙烯酸酯涂料、乙烯基涂料等。我國的醋酸酯涂料是20世紀90年代以后才迅速發(fā)展起來的，不僅增長速度快，并且在涂料總產(chǎn)量中所占的比例也不斷上升。此外，環(huán)氧樹脂涂料、丙烯酸酯等涂料也消費一些醋酸乙酯，但與發(fā)達國家相比，國內(nèi)乙酸乙酯在涂料方面的應用還比較落后。近年來，我國涂料行業(yè)迅猛發(fā)展，許多國外著名的涂料生產(chǎn)商采取獨資或合資的方式在我國建廠生產(chǎn)高檔涂料。隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，尤其是建筑和汽車業(yè)快速發(fā)展，對高檔涂料需求日

33、益增加，將極大促進對醋酸乙酯的需求。</p><p><b>　　國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)狀況</b></p><p><b>　　國外生產(chǎn)狀況</b></p><p>　　近年來，世界乙酸乙酯的生產(chǎn)能力不斷增加。2001年全球乙酸乙酯的生產(chǎn)能力只有125.0萬噸，2006年生產(chǎn)能力增加到222.0萬噸，2008年生產(chǎn)能力增加到約300

34、.0萬噸，同比增長約15.4%。其中北美地區(qū)的生產(chǎn)能力為26.6萬噸/年，約占世界乙酸乙酯總生產(chǎn)能力的8.89%； 中南美地區(qū)的生產(chǎn)能力為12.0萬噸/年，約占總生產(chǎn)能力的4.0%；西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為35.0萬噸/年， 約占總生產(chǎn)能力的11.7%，亞太地區(qū)的生產(chǎn)能力為215.4萬噸/年，約占總生產(chǎn)能力的71.8%； 世界其他國家和地區(qū)的生產(chǎn)能力為11.0萬噸/年，約占總生產(chǎn)能力的3.7%。</p><p>&l

35、t;b>　　國內(nèi)生產(chǎn)狀況</b></p><p>　　近年來，隨著我國化學工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的快速發(fā)展，乙酸乙酯的生產(chǎn)發(fā)展很快。2003年生產(chǎn)能力只有54.0萬噸，2006年增加到90.0萬噸，2008年進一步增加到約150.0萬噸，2003-2008年產(chǎn)能的年均增長率達到約10.8%。</p><p>　　2005 年以前，我國是乙酸乙酯的凈進口國，從2005年以后，隨著我

36、國乙酸乙酯生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的大量增加，由凈進口國轉變?yōu)閮舫隹趪?006年我國乙酸乙酯的凈出口量為10.0萬噸，約占國內(nèi)總產(chǎn)量的15.87%。2008年凈出口量達到18.28萬噸，同比增長41.27%。近兩年，我國乙酸乙酯的進口量逐年減少，2006 年進口量為0.96萬噸，2008年下降到0.11萬噸，同比下降約85.52%。2009年上半年進口量為0.03萬噸，同比減少約57.14%。與此相反，我國醋酸乙酯的出口量卻在逐年增加。2006

37、年出口量超過10.0 萬噸，達到10.94 萬噸，2008年盡管受到全球金融危機的影響，但出口量仍高達18.39萬噸，同比增長34.23%。2009年上半年出口量為8.73萬噸，同比增長0.23%。</p><p><b>　　工藝設計方案</b></p><p><b>　　設計條件及任務</b></p><p><

38、;b>　　設計條件</b></p><p>　　1、生產(chǎn)規(guī)模：5800噸/年</p><p>　　2、生產(chǎn)時間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時/年,間歇生產(chǎn)6000小時/年</p><p>　　3、物料消耗：按5%計算</p><p>　　4、乙酸的轉變化率：60%</p><p><b>　　設計任

39、務</b></p><p>　　乙酸乙酯酯化反應的化學式為：</p><p>　　催化劑為濃硫酸，硫酸量為總物料量的1%，乙醇過量，其動力學方程為： 。其中，乙酸：乙醇 = 1：5（摩爾比），反應物料密度為0.85，反應速度常數(shù)</p><p>　　k=15.00L/（kmol·min）。</p><p>　　原料路線確

40、定的原則和依據(jù)</p><p>　　乙酸乙酯的合成路線主要有四種，即乙醛縮合法、乙酸酯化法、乙烯加成法和乙醇脫氫法。傳統(tǒng)的乙酸酯化法工藝在國外被逐步淘汰，而大規(guī)模生產(chǎn)裝置主要是乙醛縮合法和乙醇脫氫法，在乙醛原料較豐富的地區(qū)乙醛縮合法裝置得到了廣泛的應用。乙醇脫氧法是近年開發(fā)的新工藝，在乙醇豐富且低成本的地區(qū)得到了推廣。最新的乙酸乙酯生產(chǎn)方法是乙烯加成法。</p><p><b>

41、　?。?）乙酸酯化法</b></p><p>　　乙醇乙酸酯化法是由乙酸和乙醇在硫酸等催化劑作用下直接酯化成乙酸乙酯，常用的催化劑是濃硫酸。該工藝是目前國內(nèi)廣泛采用的生產(chǎn)工藝，濃硫酸有酸性強、吸水性強、性能穩(wěn)定、價廉等優(yōu)點。用濃硫酸作催化劑，也有其不可克服的缺點，即硫酸對設備的嚴重腐蝕。</p><p><b>　?。?）乙醛縮合法</b></p&g

42、t;<p>　　乙醛縮合法是由兩分子乙醛縮合成一分子乙酸乙酯，催化劑為乙醇鋁、氯化鋁及氯化鋅等，反應溫度為0~100℃。乙醛縮合法優(yōu)點在于反應是在常壓低溫下進行，轉化率和收率高，對設備要求不高，生產(chǎn)成本較酯化法低；缺點是受原料來源限制，僅適宜于乙醛資源豐富的地區(qū)。因催化劑乙醇鋁無法回收，最后通過加水生成氫氧化鋁排放，對環(huán)境有一定污染。</p><p><b>　?。?）乙烯加成法</

43、b></p><p>　　乙烯與乙酸直接加成反應生產(chǎn)乙酸乙酯利用豐富的乙烯原料，原料利用合理，來源廣泛，價格低廉，生產(chǎn)成本較低，且對合成乙酸乙酯具有較高的產(chǎn)率與選擇性，既是一種原子經(jīng)濟型反應，又是一種環(huán)境友好型反應。缺點是此催化體系對設備腐蝕嚴重，投資成本高。</p><p><b>　?。?）乙醇脫氫法</b></p><p>　　脫氫

44、法反應特點是：反應溫和，各種反應條件變化彈性很大，工藝簡單，容易操作。脫氫法優(yōu)點：生產(chǎn)成本低，每噸乙酯副產(chǎn)氫氣509m3，適用于氫氣有用場合；基本無腐蝕和三廢排放。脫氫法缺點：產(chǎn)品質量不如酯化法，只適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)；技術較復雜，尚未成熟。</p><p><b>　　物料計算及方案選擇</b></p><p><b>　　表1 物料物性參數(shù)</b&

45、gt;</p><p>　　表2 乙酸規(guī)格質量 </p><p><b>　　續(xù)表2</b></p><p><b>　　間歇進料的計算</b></p><p><b>　　流量的計算</b></p

46、><p><b>　　乙酸乙酯的流量</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對分子質量為88，生產(chǎn)流量為</p><p>　　乙酸的流量 乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%） </p><p><b>　　乙醇的流量</b></p><p>　　乙酸：乙醇 =1：5（摩爾比），則乙

47、醇的進料量為</p><p>　　=5×19.66=98.3kmol/h</p><p>　　總物料量流量：=19.66+98.3=117.96</p><p><b>　　④硫酸的流量</b></p><p>　　總物料的質量流量 </p><p>　　硫酸為總流量的1%，則5759

48、0.01=57.59，</p><p>　　硫酸的流量 == 0.59</p><p><b>　　表3 物料進料量表</b></p><p>　　2、反應體積及反應時間計算</p><p>　　當乙醇過量時，反應物料密度為0.85,其反應速率方程,當反應溫度為80℃，催化劑為硫酸時，反應速率常數(shù)</p>

49、<p>　　k=15.00=0.9 m3/(kmol.h)</p><p>　　當乙酸轉化率=0.60，</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　反應時間t為</b></p><p><b>　　取，則反應體積</b></p>

50、<p>　　因裝料系數(shù)為0.75，故實際體積</p><p>　　要求每釜體積小于5，則間歇釜需3個，每釜體積V=3.51圓整，取實際體積。</p><p><b>　　連續(xù)進料的計算</b></p><p><b>　　1、流量的計算</b></p><p><b>　　乙

51、酸乙酯的流量</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對分子質量為88，生產(chǎn)流量為</p><p>　　乙酸的流量 乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%） </p><p><b>　　乙醇的流量</b></p><p>　　乙酸：乙醇 =1：5（摩爾比），則乙醇的進料量為 =5×14.75=73.75k

52、mol/h</p><p>　　總物料量流量：=14.75+73.75=88.5</p><p><b>　　④硫酸的流量</b></p><p><b>　　總物料的質量流量 </b></p><p>　　硫酸為總流量的1%，則43210.01=43.21，</p><p>

53、;　　硫酸的流量== 0.44</p><p>　　表4 物料進料量表 .</p><p>　　2、反應體積及反應時間計算</p><p>　　當乙醇過量時，反應物料密度為0.85,其反應速率方程,當反應溫度為80℃，催化劑為硫酸時，反應速率常數(shù)</p><p>　　k=15.00=0.9 m3/(k

54、mol·h)</p><p><b>　　乙酸的初始濃度為</b></p><p>　　對于連續(xù)式生產(chǎn)，采用兩釜串聯(lián)，系統(tǒng)為定態(tài)流動。</p><p><b>　　恒容系統(tǒng)，不變</b></p><p>　　采用兩釜等溫操作，則 </p><p><b>

55、　　解得 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　實際體積V==3.07 要求每釜體積小于5</p><p>　　則連續(xù)反應釜需2個，一條生產(chǎn)線串聯(lián)在一起即可；</p><p>　　連續(xù)性反應時間 </p><p><b>

56、　　設計方案的選擇</b></p><p>　　經(jīng)上述計算可知,間歇釜進料需要3反應釜2個,連續(xù)性進料需2個4反應釜。根據(jù)間歇性和連續(xù)性反應特征比較，間歇進料需2條生產(chǎn)線，連續(xù)性需1條生產(chǎn)線，因此選擇間歇生產(chǎn)比連續(xù)生產(chǎn)要優(yōu)越許多。故而，本次設計將根據(jù)兩釜串聯(lián)的的間歇性生產(chǎn)線進行，并以此設計其設備和工藝流程圖。</p><p><b>　　工藝流程圖</b>

57、</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　熱量衡算</b></p><p><b>　　熱量衡算總式</b></p><p>　　式中：進入反應器物料的能量， </p><p><b>　?。夯瘜W反應熱，</

58、b></p><p>　　：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，</p><p>　?。弘x開反應器物料的熱量，</p><p>　　每摩爾各種物值在不同條件下的值</p><p>　　對于氣象物質，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個公式計算：</p><p>　　各種液相物質的熱容參

59、數(shù)如下表：</p><p>　　表5 液相物質的熱容參數(shù)</p><p>　　由于乙醇和乙酸乙酯的沸點為78.5℃和77.2℃，所以：</p><p><b>　　乙醇的值</b></p><p><b>　　乙酸乙酯的值</b></p><p><b>　　水的值

60、</b></p><p><b>　　乙酸的值</b></p><p><b>　　各種氣相物質的參數(shù)</b></p><p>　　表6 氣相物質的熱容參數(shù)</p><p><b>　　乙醇的值</b></p><p><b>　　

61、乙酸乙酯的值</b></p><p>　　每摩爾物質在80℃下的焓值</p><p><b>　　每摩爾水的焓值</b></p><p><b>　　每摩爾的乙醇的焓值</b></p><p><b>　　每摩爾乙酸的焓值</b></p><p&

62、gt;　　每摩爾乙酸乙酯的焓值</p><p><b>　　總能量衡算</b></p><p><b>　　的計算</b></p><p><b>　　表7 物質進料</b></p><p>　　=124526.44+0+4580406.46+0</p><

63、p>　　=4704932.9 </p><p><b>　　的計算</b></p><p>　　-123632.14</p><p><b>　　的計算</b></p><p>　　=377957.776+533463.84+3920604.268+461604.2</p>&

64、lt;p>　　= 5293630.084</p><p><b>　　因為： </b></p><p>　　即：4704932.9 -123632.14 +=5293630.084 </p><p>　　求得：=712329.324</p><p>　　>0，故應是外界向系統(tǒng)供熱。</p>&

65、lt;p><b>　　反應釜釜體設計</b></p><p><b>　　反應器的直徑和高度</b></p><p>　　反應物料為液液相類型，由表H/Di=1.0-1.3，考慮容器不是很大，故可取H/Di=1.2，忽略罐底容積</p><p>　　由式 </p><p>&l

66、t;b>　　Di= =</b></p><p>　　反應釜內(nèi)徑的估算值應圓整到公稱直徑DN系列，故可取1600 mm 。封頭取相同內(nèi)徑，其直邊高度ho由附表12[3] 初選ho=40 mm 。</p><p><b>　　確定筒體高度H</b></p><p>　　當 Dg=1600 mm ，ho= 25 mm 時，</

67、p><p>　　由附表12[3]可查得橢圓形封頭的容積為 V封 =0.617 m </p><p>　　查得筒體1米高的容積V1米=2.014 m3</p><p><b>　　≈1.68m</b></p><p>　　取 H = 1680 mm 則 H/Di = 1680/1600≈1.0 選取橢圓封頭，其

68、公稱直徑為1600mm，曲面高度為400mm，直邊高度為25mm，容積為0.587 m3</p><p>　　夾套直徑、高度的確定</p><p>　　根據(jù)筒體的內(nèi)徑標準，經(jīng)計算查取，選取DN=1800的夾套。夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體取相同直徑 。</p><p><b>　　夾套高度H2：</b></p><p&g

69、t;　　≥ ,式中η為裝料系數(shù)，η = 0.75 ，代入式中得：</p><p>　　取：H2 = 1200 mm 。</p><p><b>　　設備的壁厚計算</b></p><p><b>　　釜體筒體壁厚計算</b></p><p><b>　　內(nèi)壓設計計算</b>

70、</p><p>　　根據(jù)工作條件，可選取P=0.2MPa為設計內(nèi)壓。 </p><p>　　根據(jù)式（10-12）[2]筒體的設計厚度：</p><p><b>　　≈3.8mm</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　δd —— 圓筒設計厚度

71、，mm ；</p><p>　　Di —— 圓筒內(nèi)徑 ，mm ；</p><p>　　P —— 內(nèi)壓設計壓力，MPa ；</p><p>　　Φ —— 焊接接頭系數(shù)，考慮到夾套的焊接取0.8（表10-9[2]）；</p><p>　　C2 —— 腐蝕裕量，取 2 mm ；</p><p>　　[σ]t——材料許用

72、應力：[σ]t = 113 MPa 。</p><p>　　考慮到鋼板負偏差，初選C1 = 0.6 mm 。</p><p>　　所以，內(nèi)壓計算筒體壁厚：3.8 + 0.6 = 4.4mm ；圓整取5mm，按鋼制容器的制造取壁厚。</p><p><b>　　外壓設計計算</b></p><p>　　按承受0.25MP

73、a 的外壓設計</p><p>　　設筒體的設計壁厚 δ = 7 mm ，并決定L/Do ；Do/δ 之值：</p><p>　　Do——筒體外徑，Do = Di + 2δd =1600 +2×7 =1614 mm；</p><p>　　L ——筒體計算長度，L = H2 + = 1200+ =1333 mm （h為封頭的曲面高度），則：</p&

74、gt;<p>　　L/Do = ≈ 0.83，Do/δ = ≈ 230，</p><p>　　由圖10-15[2]查得A = 0.00045，由圖10-17[2]差得 B = 65 MPa ，則許用外壓為：</p><p>　　[P] = = = 0.28 MPa＞0.25 MPa 。</p><p>　　可見，δ = 7 mm 滿足0.25 MP

75、a 外壓穩(wěn)定要求，考慮壁厚附加量C = C1 + C2 = 0.6 + 2 = 2.6 mm 后，筒體壁厚 δn = δ + C = 7 +2.6 = 9.6 mm ，圓整到標準鋼板規(guī)格，δn 取 10 mm 。</p><p>　　綜合外壓與內(nèi)壓的設計計算，釜體的筒體壁厚為10mm，經(jīng)計算校核，滿足設備安全要求。</p><p><b>　　釜體封頭壁厚計算</b>

76、</p><p>　　按內(nèi)壓計算：S封 =</p><p>　　P = 0.2MPa,</p><p>　　Di = 1600mm,</p><p><b>　　Φ = 0.8,</b></p><p>　　[σ]t = 113Mpa,</p><p>　　C = 0.6+

77、2 = 2.6mm,</p><p>　　代入得 S封= 4.4mm.</p><p>　　因為釜體的筒體S筒釜= 10mm，考慮到封頭與筒體的焊接方便，取封頭與筒體厚</p><p><b>　　S封頭= 10mm</b></p><p>　　經(jīng)采用圖解法外壓校核，由于[P]﹥PT ，外壓穩(wěn)定安全，故用S封筒=

78、 10 mm。 </p><p>　　夾套筒體壁厚設計計算</p><p>　　根據(jù)式（10-12）[2] 筒體的設計厚度：</p><p>　　δd =+ C2 =+ 2 ≈ 4.5 mm</p><p>　　考慮到鋼板負偏差，初選C1 = 0.6 mm </p><p>　　故夾套筒體的厚度為4.5+0.6 = 5

79、.1mm，圓整到標準系列取6 mm。經(jīng)校核，設備穩(wěn)定安全。</p><p>　　夾套封頭壁厚設計與選擇</p><p><b>　　S封夾=</b></p><p>　　S封夾=+2.6 ≈ 5.1 mm.</p><p>　　圓整到規(guī)格鋼板厚度，S封夾 = 6mm，與夾套筒體的壁厚相同，這樣便于焊接。經(jīng)校核，設備穩(wěn)定安

80、全符合要求。</p><p>　　據(jù)附表12[2]可查取到夾套封頭尺寸：</p><p>　　公稱直徑：1800mm，曲面高度：400mm，直邊高度：25mm</p><p><b>　　反應釜設計參數(shù)</b></p><p>　　表8 夾套反應釜的相關參數(shù)</p><p><b>　

81、　攪拌器設計</b></p><p><b>　　攪拌器的形式選擇</b></p><p>　　根據(jù)工作條件，由于物料的黏度不大，考慮到物料的流動、攪拌目的及轉速要求，選擇攪拌器的形式為：雙葉螺旋槳式，槳葉直徑為800 mm。</p><p>　　攪拌器轉速n：根據(jù)相關的工藝經(jīng)驗數(shù)據(jù)，選擇n = 100 rpm</p>

82、<p><b>　　傳動功率P：</b></p><p><b>　　攪拌的雷諾數(shù)Re</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　電機功率</b></p><p>　　本設計中考慮傳動效率為90%，則：<

83、;/p><p>　　P電 = P/0.9 = 1.3/0.9 = 1.44KW</p><p><b>　　減速器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)以上計算，并查取文獻，選用BLD1.5-2-29Q型減速器，其出軸轉速為100rpm，適用。</p><p>　　攪拌軸直徑的設計計算</p><p&g

84、t;<b>　　攪拌軸材料</b></p><p>　　選用Q235-A,選取其[τ]=16MPa （[τ]為軸材料的許用切應力，單位：MPa,對于Q235-A,取12～20MPa）</p><p><b>　　攪拌軸強度計算</b></p><p>　　圓整，取d = 40 mm</p><p>

85、<b>　　攪拌軸剛度計算</b></p><p>　　（式中[θ]為軸的許用扭轉角(°/m)，對于一般的傳動，可取0.5～1.0(°/m)，本設計中物料黏度不大，取為0.7）</p><p>　　經(jīng)計算比較，軸徑為40mm 滿足強度、剛度要求，故選擇攪拌軸徑為40 mm 。 </p><p>　　夾套式反應釜附屬裝置的確定

86、</p><p>　　支座的選定：（以下參考書[3]）</p><p>　　因發(fā)應釜需外加保溫，故選B型懸掛式支座</p><p><b>　　反應釜總重 </b></p><p>　　Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4</p><p>　　式中：Q1——筒體與夾套筒體總重</p&

87、gt;<p>　　Q2——封頭與夾套封頭總重</p><p>　　Q3——料液重，按水壓試驗時充滿水計</p><p>　　Q4——附件重，人孔重900N，其它接管和保溫層按1000N計</p><p><b>　　故：</b></p><p>　　Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 12357

88、 + 4690 + 53057 + 1900 = 72004N</p><p>　　按兩個支座承載計，每個支座承載36002N</p><p>　　由表11-6[2] 選：支座B4 JB/T 4735-92</p><p><b>　　人孔C：</b></p><p>　　選用長圓型回轉蓋快開人孔 人孔PN0.6，40

89、0×300 JB 579-79-1</p><p><b>　　接管及其法蘭選擇</b></p><p><b>　　水蒸氣進口管</b></p><p>　　φ108×4，L=200mm，10號鋼</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN100 HG 20592-97&

90、lt;/p><p><b>　　冷卻水出口管</b></p><p>　　φ57×3.5，L=150 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　乙酸進料管 </b></p><p><

91、b>　　管徑d=</b></p><p>　　根據(jù)管子規(guī)格圓整選用的無縫鋼管，L=150mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN25 HG 20592-97</p><p><b>　　乙醇進料管 </b></p><p><b>　　管徑</b></p>

92、<p>　　根據(jù)管子規(guī)格圓整選用的無縫鋼管，L=200mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　濃硫酸進料管 </b></p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　根據(jù)管子規(guī)格圓整選用的無縫鋼管，L

93、=100mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN10 HG 20592-97</p><p><b>　　出料管：</b></p><p><b>　　出料總質量流量</b></p><p>　　因密度，則體積流量為</p><p>　　由表1-1[4]得，因進

94、料黏度低，選取管道中流速</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)格選取φ50×3.5的無縫鋼管。</p><p>　　法蘭：P·N0.6 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　溫度計接管：</b></p>

95、<p>　　φ45×2.5，L=100mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN40 HG 20592-97</p><p><b>　　不凝氣體排出管：</b></p><p>　　φ32×3.5，L=100 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 D

96、N25 HG 20592-97</p><p><b>　　壓料管：</b></p><p>　　φ57×3.5，L=200 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　壓料管套管：</b></p&g

97、t;<p>　　φ108×4，L=200 mm，10號鋼</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN100 HG 20592-97</p><p><b>　　總結心得</b></p><p>　　在本次課程設計里，我學到了很多。在課堂的理論學習中，我們只重于一個反應過程中的反應時間、反應體積、轉化率等的計算，然而課

98、程設計中涉及到一些實際問題。當我們要生產(chǎn)一種產(chǎn)品時，會有許多不同的合成方法，它們有各自的優(yōu)缺點，也有不同的經(jīng)濟效率，我們要綜合實際情況考慮。通過與同學的交流和探討，查閱文獻資料，查閱互聯(lián)網(wǎng)以及老師的指導幫助下，問題都得到很好的解決。</p><p>　　通過本次的課程設計，對我這半個學期來學過的幾個章節(jié)做了很好的復習回顧。以前在課堂上沒有通過自己一步步推導的過程，在這次課程設計中都自己努力的去正確的推導了。通過課

99、程設計我更加了解到單純的理論忽略了很多實際因素，在實際的應用時這些是不能被忽略的，我們必須考慮這方面的問題，這使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設計是一個重要的教學環(huán)節(jié)，作為化工專業(yè)的學生，特別感謝老師能結合實際，對我們的課程有著精心合理的安排。讓我們能夠理論結合實踐進行學習，不僅提高了我

100、們的學習興趣，又與今后的工作間接接軌，這做了很好的鋪墊。</p><p>　　此外，在這次設計中和同學的討論、互相學習對我的設計完成有很大的幫助，在老師要求CAD作圖的前提下，在同學的幫助著我對CAD制圖更加鞏固了。</p><p>　　最后，再次的感謝老師和同學們的幫助！謝謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

101、<p>　　[1] 郭鍇等編著.《化學反應工程》.第二版.化學工業(yè)出版社，2007. </p><p>　　[2] 陳甘棠主編．《化學反應工程》．第三版．化學工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[3] 周大軍、揭嘉主編.《化工工藝制圖》.化學工業(yè)出版社，2005 </p><p>　　[4] 陳國桓主編．《化工機械基礎》．第二版. 化學工業(yè)出版

102、社，2007 </p><p>　　[5] 姚玉英主編．《化工原理》．修訂版.天津科學技術出版社，2006 </p><p>　　[6] 印永嘉等主編．《物理化學簡明教程》.第四版．高等教育出版社，2007</p><p>　　[7] 《實用化學手冊》．科學出版社 </p><p>　　[8] 馮新，宣愛國．化工熱力學[M]．.北京： 化學工

103、業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[9] 舒均杰．基本有機化工工藝學（第2版）[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2004 </p><p>　　[10] 丁伯民, 黃正林編. 《化工容器》[M]. 化學工業(yè)出版社. 2003. </p><p>　　[11] 王凱, 虞軍編. 攪拌設備[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社. 2003 </p><