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1、 青 海 大 学 化工过程设备设计 设计说明书 设计题目：年产2.76103t乙酸乙酯反应器设计 班 级：2013级化工2班 姓 名：邬天贵 学 号：1320103130 前言乙酸乙酯，又称醋酸乙酯，分子式C4H8O2。它是一种无色透明易挥发的可燃性液体，呈强烈清凉菠萝香气和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙醇、氯仿、乙醚、甘油、丙二醇和大多数非挥发性油等有机溶剂中，稍溶于水，25时，1ml乙酸乙酯可溶于10ml水中，而且在碱性溶液中易分解成乙酸和乙醇。水能使其缓慢分解而呈酸性。乙酸乙酯与水和乙醇都能形成二元共沸混合物，与水形成的共沸物沸点为70.4，其中含水量为6.1%（质量分数）。与乙醇形
2、成的共沸物沸点为71.8。还与7.8%的水和9.0%的乙醇形成三元共沸物，其沸点为70.2。乙酸乙酯应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已经被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙醛纤维树脂、合成橡胶等的生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂，在食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香味添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作黏合剂的溶剂，油漆的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料。目前，国内外市场需求不断增加。在人类不断注重环保的今天，在涂料油墨生产中采用高档溶剂是大势所趋。作为高档溶剂，乙酸乙酯在国
3、内外的应用在持续稳定的增长，在建筑、汽车等行业的迅速发展，也会带动对乙酸乙酯类溶剂的需求。工业生产技术目前全球乙酸乙酯工业生产方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙烯加成法等。传统的醋酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰，而大规模生产装置主要采用后三种方法，其中新建装置多采用乙烯加成法。本设计采用醋酸酯化法。醋酸酯化法在硫酸催化剂作用下，醋酸和乙醇直接酯化生成乙酸乙酯。该工艺方法技术成熟，投资少，操作简单，但缺点是生产成本高、硫酸对设备腐蚀性强、副反应多、产品处理困难、环境污染严重。目前我国大多数企业仍采用醋酸酯化法生产乙酸乙酯。目录一、工艺设计1 1.1原料液的处理量1 1.2原料液的起始
4、浓度1 1.3反应时间与反应体积1二、物料衡算2三、热量衡算3 3.1标准反应热3 3.2热量衡算3 3.3换热计算5四、反应釜釜体设计5 4.1反应器的直径与高度5 4.2筒体的壁厚7 4.3反应釜封头厚度8五、反应釜夹套设计8 5.1夹套DN、PN的确定8 5.2夹套筒体的壁厚9 5.3夹套筒体的高度10 5.4夹套的封头10 5.5换热面积校核10六、反应釜釜体及夹套压力试验10 6.1釜体的水压试验11 6.2夹套的液压试验11七、搅拌器12 7.1搅拌桨的尺寸与安装位置13 7.2搅拌功率的计算14 7.3搅拌轴直径设计15八、反应釜附件的选型与尺寸设计17 8.1原料液进料管17
5、8.2人孔与手孔17 8.3支座17 8.4传动装置17 8.5机架189、 设计结果一览表1810、 设计心得20 参考文献21一、工艺设计1.1原料液的处理量 根据乙酸乙酯的产量可计算出每小时乙酸用量为 Q=11.285kmol/h由于原料液的组分质量比为1:2:1.35所以单位时间处理量为 Q0=2.888m3/h1.2原料液的起始浓度CA0=3.908mol/L有质量比可得乙醇和水的起始浓度 CB0=10.195mol/L CS0=17.586mol/L1.3反应时间与反应体积将速率方程转换成转化率的函数 CA=CA0(1-XA) CB=CB0-CA0XA CR=CA0XA CS=CS
6、0+CA0XA RA=k1(a+bXA+cXA2)CA02=k1XA2-(1+)XA+CA02 由上式可得 a=2.609 b=-(1+)=-5.15 c=0.658所以：=4.434则：t=143.8min 所以：VR=Q0(t+t0)=9.328m3实际体积Vt=15.547m3 （对于沸腾或鼓泡的液体物料，f可取0.40.6 化学反应工程）二、物料衡算乙酸每小时进料量为11.285kmol/h，根据乙酸的转化率和反应物的初始质量比计算出各物料的进料和出料量。进料：乙醇：Q0=29.439kmol/h乙酸乙酯：Q0=0kmol/h水：Q0=50.783kmol/h出料：乙酸：Q=11.28
7、5-11.2850.386=6.929kmol/h乙醇：Q=29.439-11.2850.386=25.083kmol/h乙酸乙酯：Q=11.2850.386=4.356kmol/h水：Q=50.783+11.2850.386=55.139kmol/h列表如下： 物料 进料kmol/h 出料kmol/h 乙酸 11.285 6.929 乙醇 29.439 25.083 乙酸乙酯 0 4.356 水 50.783 55.139三、热量衡算3.1标准反应热以第一基准为计算基准反应方程式：CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O H=+输出niHi-输入niHi各物质的Hf0及HV(
8、蒸发焓)查得如下：（由化工工艺设计手册第四版上册查得） 乙酸：Hf0=-487.0KJ/mol 乙醇：Hf0=-277.6KJ/mol HV=39.33KJ/mol乙酸乙酯：Hf0=-463.3KJ/mol HV=32.24KJ/mol水：Hf0=-285.9KJ/mol HV=40.63KJ/molHr0=输出iHf0-输入iHf0 =-（463.3+285.9）+（487.0+277.6）=15.4KJ/mol3.2热量衡算从化工工艺设计手册第四版上册查出各组分在各温度段的CP值，经拟合呈线性关系，所以可用内插法求得各物质在反应温度段下的平均CP值。拟合结果如下：乙酸：y=0.1015X+131.25 k2=0.9961 得CP=137.803J/(molk)乙醇：y液=0.4845X+98.9 k2=0.9942 得CP液=124.678J/(molk) y气=0.1558X+61.593 k2=0.9998 得CP气=75.390J/(molk)乙酸乙酯：y液=0.225X+164.8 k2=0.9681 得CP液=177.038J/(mol
