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1、课程设计任务书设计题目：苯硝化反应生产硝基苯间歇式反应釜的设计设计条件1、生产能力：1000 吨年硝基苯。2、原料：苯含量为 99%的工业苯；硝化剂为由硝酸、硫酸和水组成的混酸，其质量分数分别为 20%、59.6%和20.4%。其中硝基苯产率为理论量的 98%。精细化工工程课程设计第 2 页 共 21 页目录1. 基本设计条件的选定-（3 ）1.1 反应温度的确定- （3 ）1.2 反应器的选择- （3）1.3 搅拌装置的选择- （3 ）1.4 换热装置的选择- （3）2. 反应釜体的设计-（4）2.1 工艺条件的确定- （4）2.2 反应釜体积的计算- （8）2.2.1 物料衡算-（8 ）2
2、.2.2 反应釜的体积-（9）2.2.3 反应釜体尺寸的设计- （9 ）2.2.4 夹套传热面积的计算及校核-(10)3. 夹套的设计- （11 ）3.1 热量衡算-（11 ）4. 搅拌装置的设计-（15）4.1 搅拌器的尺寸计算-（15）4.2 搅拌器的转速和功率计- (15)4.3 夹套传热面积的计算-（16）5. 附表-（19）6. 参考文献-（21）7. 附图-（另附）精细化工工程课程设计第 3 页 共 21 页1.基本设计条件的选定1.1 反应温度的确定设定: 物料的进料温度为 45, 出口温度为 55夹套中水的进口温度为-10,出口温度为-51.2 反应器的选择苯的硝化是一个强放热
3、反应，而且在以混酸作硝化剂时，混酸中的硫酸被反应生成水稀释而放出大量热量，其热量相当于反应热的 7.5-10%，苯在硝化时总的热效应约为-134.0kJ/mol。这样大的热量如不及时移出，势必会使反应温度迅速上升，不仅会引起多硝化、氧化等副反应，使产品质量变坏，同时还会发生硝酸分解，产生大量红棕色二氧化氮气体，污染周围环境，严重时甚至会发生爆炸事故。因此采取有效的冷却方式及时移出反应热是维持一定硝化温度、保持反应正常进行的重要条件。此外,本实验产量小.因此,选用夹套式间歇反应釜1.3 搅拌装置的选择搅拌器的作用是使釜内物料混合均匀。搅拌器的类型很多，分为推进式、桨式、涡轮式、锚式、框式、螺杆式
4、、螺带式等，搅拌器选型时，主要考虑（1）保证从反应器壁或浸入式热交换装置到反应混合物能有高的给热系数。（2）具有显著的搅拌效果，特别是对多相反应。（3）搅拌所消耗的能量应尽可能小。搅拌器结构的确定按标准构型搅拌装置考虑。由于本设计中的混合液为不互溶的硝化反应液,常采用径向涡轮式搅拌器;当搅拌器置于容器中心时搅拌粘度不高的液体时,液体易形成旋窝,为了改善搅拌效果,消除打旋,则在器内设挡板.涡轮式搅拌器直径小,转速高,产生循环量大反应釜的传动装置的选择1、电动机的基本特性及选用通常电动机与减速机配套供应，设计时可根据反应器应配电机功率、转速、安装形式及防爆要求，选择电动机及配套的减速机。电动机基本
5、特性见表精细化工工程课程设计第 4 页 共 21 页电动机基本特性分 类系列名称 特 点用途及使用范围使用条件及工作方式安装型式J2、JO2 系列小型三相异步电动机J2 型能防止水滴或其它杂物在垂直方向落入电机内部。JO2 型能防止灰尘，铁屑或其他杂质侵入电机内部。运行可靠，寿命长，使用维护方便，性能优良，体积小，重量轻，转动惯量小，用料省适用于拖动在起动性能，调速性能及转差率均无特殊的一般机械，JO2 可适用于灰尘较多，水土飞溅的地方1.环境温度不超过+402.海拔不超过1000 米a.额定电压380V，3 千伏以下为 Y 接法，其他均为 接法b.额定频率：50Hz c.工作方式：连续使用有
6、D，T 2，D 2/T2，L 3 等四种一般异步电动机JO3 系列三相异步电动机其结构能阻止机座内外空气自由交换，但不完全密封.采用新兴电磁材料及优质绝缘材料，较 JO2 系列体积缩小 37%，重量减轻 22%适用于对转差率无特殊要求的机械拖动，也可用于起动静止负荷或惯性负荷比较大的机械上额定电压：4KW 为220V( 接法)，0.83 0.9 0.96主要特点 本机为利用行星轮为柔轮的少齿差内啮合的大速比的新型机械传动，与其它型式啮合相比，具有结构简单，体积小，重量轻，速比大，承载能力高，运转平稳，封闭性能好本机为利用少齿差内啮合行星传动的减速装置，故减速比大，传动效率高，结构紧凑，装拆方便
7、，寿命长，承载能力高，工作平稳，重量轻，体积小，故障少，有取代涡轮减速机的趋向。本机为两级同中心距并流式斜齿轮减速传动装置，传动比准确，寿命长。在相同速比范围内，较之于其它传动来说，具有体积小，效率高，制造成本低，结构简单，装配检修方便等。本机为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起到安全保护作用，但由于皮带滑动不能保持精确的传动比。特性参数 柔轮分度圆直径 电动功率、机型号、减速比中心距 三角皮带型号及根数应用条件 不需多级传动而用于转速极低的搅拌传动装置，可用于有防爆要求的场合对过载和冲击载荷有较弱承载能力，可短期过载 75%，起动转矩为额定转矩的 2 倍，允
8、许反允许反正旋转，可采用夹壳式联轴节（HG521365）或弹性块式联轴节允许反正旋转，本系列采用夹壳式联轴节（HG521365）与搅拌轴联精细化工工程课程设计第 7 页 共 21 页正旋转，可用于有防爆要求的场合，与电动机直连供应，可依轴承载寿命来计算容许的轴向力，本机要求采用夹壳式联轴节（HG521365）（HG574378）与搅拌轴联接，不许承外加轴向载荷或允许轴向力小的场合，可用于有防爆要求的场合，与电机直连供应接，搅拌器及轴的重量均由本机轴承承受，本机不能用于有防爆要求的场合。标定符号 XB 分度圆公称直径顺序号BLD 型号代号机型号减速比轴头型号LC 中心距顺序号，输出轴结构或P 三
9、角皮带型号、三角皮带根数顺序号标准图号 HG574478 HG574578 HG574678 HG574778根据上表选择两级齿轮减速机型号为 A-LC100-12-型换热装置的选择苯的硝化是一个强放热反应，而且在以混酸作硝化剂时，混酸中的硫酸被反应生成水稀释而放出大量热量，苯在这样大的热量如不及时移出，势必会使反应温度迅速上升，不仅会引起多硝化、氧化等副反应，使产品质量变坏，同时还会发生硝酸分解，产生大量红棕色二氧化氮气体，污染周围环境，严重时甚至会发生爆炸事故。因此采取有效的冷却方式及时移出反应热是维持一定硝化温度、保持反应正常进行的重要条件.因此,就要用夹套式换热器,且要求传热效率高的,
10、因而选用铸铁制成的夹套式换热器.精细化工工程课程设计第 8 页 共 21 页2. 反应釜体积的计算2.1 工艺条件的确定2.1.1 反应釜中反应液的流动属于全混流2.1.2 硝化反应的动力学方程，根据反应条件而异。如在浓硫酸中用适量硝酸硝化许多芳香族化合物时，反应为二级，实验动力学方程式为（2） 。r=kC6H6HNO3 （2）2.2 反应釜的设计2.2.1 物料衡算以昼夜生产能力为基准：按年开工数为 330 天计，每昼夜生产硝基苯的量为：10000003603030 Kg化学反应式： C6H+HNO3 C6H5NO2+H2O78 63 123 1899x m 1 3030 /98% m2消耗
11、的工业苯：x1980Kg 纯苯：1980991960 Kg硝酸理论消耗量: m 1=1960（63/78）1580Kg生成水的量: m 2=196018/78=452Kg在实际生产中每加入 500Kg 工业苯消耗的混酸 2020Kg， 其中 H 2SO4占 59.6，硝酸占 20，水占 20.4。混酸总量：500/1980=2020/a a=8000 Kg物料总量：800019809980 Kg混酸中硫酸的量：800059.64770 Kg混酸中硝酸的量：800020 1600Kg混酸中水的量： 800020.41630 Kg反应后剩下的硝酸的量：1600158020 Kg反应后水的总量：16
12、304522082 Kg废酸总量：47702020826872 Kg苯的体积：V11980/0.879=2252.6(L)混酸的体积：V28000/1.55333.3(L)精细化工工程课程设计第 9 页 共 21 页V 总进料V1+V2=5333.3+2252.6=7585.2L=7.585 m 3反应后混合物的体积： V=6820 L2.2.2 反应釜的体积取反应操作时间：6h 每天可以完成 4 次操作V 总进料V 出料故反应釜的体积 Va7.585/41.895 m 3填充系数取 75.0V=1.895/0.75=2527反应釜的体积 圆整为 2.5m3 V 总进料/Vp7.585/（2.50.75）4.045 24/6=4 次设备台数：m p= / =4.045/4=1.0113安装台数：m 取两台设备后备系数：（m-m p）/m p = (2-1.0113)/1.0113 =97.8%2.2.3 反应釜体尺寸的设计反应釜 Va3.0m 3 取长径比 iHi / Di 1.3（表 42 化工设
