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1、间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 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
2、，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
3、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。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0Ac反应物的 B 起始浓度0Bc反应物 S 的起始浓度0Scf反应器的填充系数反应釜的内径iDH反应器筒体的高度封头的高度2hP操作压力 Pc设计压力 取焊缝系数t钢板的许用应力间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 C1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dS筒壁的名义厚度nS反应器夹套筒体的高度jHv封头的体积水压试验压力T
4、P夹套的内径jDQ乙酸的用量Q0单位时间的处理量 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)100时，k1=4.7610-6L/(molmin),平衡常数 K=2.92。乙酸的转化率 XA=0
5、.4，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LkmolQ/675.234 . 02430088 1010633 由于原料液的组成为 1+2+1.35=4.35Kg 单位时间的处理量hmQ/06. 6102035. 460675.233 02.2 原料液起始浓度LmolcA/908. 306. 6675.230乙醇和水的起始浓度LmolcB/2 .1046260908. 30LmolcS/59.171835. 160908. 30将速率方程变换成转化率的函数)1 (0AAAXccAABBXc
6、cc00AARXcc0AASSXccc00间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 2 02 1)(AAAAccXbXakr其中：61. 2908. 32 .1000BA cca15. 5)92. 2908. 359.17 908. 32 .101 ().1 (0000Kcc ccbASAB6575. 092. 21111kc434. 46575. 061. 24)15. 5(422 acb2.3 反应时间AfXAAAAcXbXadX ckt 02 011aXacbbaXacbbacbckAfAfA2)4(2)4(ln 41222 01min18861. 224 . 0)434. 415. 5
7、(61. 224 . 0)434. 415. 5(ln434. 4908. 31076. 414 2.4 反应体积3 00048.25) 160188(06. 6)(mttQVr反应器的实际体积331.318 . 0 048.25mfVVr第 3 章反应釜釜体设计 3.1 反应器的直径和高度 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的高径比（H/Di） ，以确定罐体的直径和 高度。选择罐体高径比主要考虑以下两方面因数：1、 高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，（其中 D搅拌器直径，P3 iDp搅拌功率） ，P 随釜体直径的增大，而增加很多，减小高径比只能无谓地消耗一些搅拌 功率。因
8、此一般情况下，高径比应选择大一些。 2、 高径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高，越有利于传热。31 高径比的确定通常才用经验值表种类罐体物料类型H/Di液固或液液相物料11.3一般搅拌釜气液相物料12发酵罐类气液相物料1.72.5假定高径比为 H/Di=1.2，先忽略罐底容积间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 iiiDHDHDV3 44mDi21. 3取标准mmmDi32002 . 3表 32 用标准椭球型封头参数见表公称直径 （mm）曲面高度 （mm）直边高度 （mm）内表面积 （m2）容积（m3）32008004011.54.61筒体的高度mmmDVHi332032. 34
9、 2 . 3 61. 431.3142釜体高径比的复核05. 1320033602iiDhH DH满足要求 3.2 筒体壁厚的设计 3.2.1 设计参数的确定 表 33 反应器内各物质的饱和蒸汽压物质水乙酸乙醇乙酸乙酯饱和蒸汽压 （MPa）0.1430.080.3160.272该反应釜的操作压力必须满足乙醇的饱和蒸汽压所以去操作压力 P=0.4MPa，该反应器的设 计压力Pc=1.1P=1.10.4MPa=0.44MPa 该反应釜的操作温度为 100，设计温度为 120。 由此选用 16MnR 卷制 16MnR 材料在 120是的许用应力t=170MPa 焊缝系数的确定 取焊缝系数 =1.0（
10、双面对接焊，100无损探伤） 腐蚀裕量 C2=2mm 3.2.2 筒体的壁厚计算厚度 mmPDPSctic1465. 444. 011702320044. 02钢板负偏差mmC8 . 01设计厚度mmCSSd1465. 621465. 42间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 名义厚度mmCSSdn78 . 01465. 61圆整按钢制容器的制造取壁厚mmSn83.3 釜体封头厚计算厚度 mmPDPSctic15. 444. 05 . 011702 320044. 05 . 02钢板负偏差mmC6 . 01设计厚度mmCSSd15. 6215. 42名义厚度mmCSSdn78 . 015.
11、 61圆整按钢制容器的制造取壁厚mmSn8第 4 章反应釜夹套的设计 4.1 夹套 DN、PN 的确定 4.1.1 夹套的 DN 由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：mmDDij340020032002004.1.2 夹套的 PN 由设备设计条件可知，夹套内介质的工作压力为常压，取 PN=0.25MPa，由于压力不高所 以夹套的材料选用 Q235B 卷制Q235B 材料在 120是的许用应力t=113MPa 焊缝系数的确定 取焊缝系数 =1.0（双面对接焊，100无损探伤） 腐蚀裕量 C2=2mm 4.2 夹套筒体的壁厚计算厚度 mmPDPSctic77. 325. 01113234
12、0025. 02钢板负偏差mmC8 . 01设计厚度mmCSSd77. 5277. 32名义厚度mmCSSdn78 . 077. 51圆整按钢制容中 DN=3400mm 的壁厚最小不的小于 8mm 所以取mmSn84.3 夹套筒体的高度间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 m DvfVHij55. 22 . 3461. 431.318 . 0422 4.4 夹套的封头 4.4.1 封头的厚度夹套的下封头选标准椭球封头，内径与筒体（）相同。夹套的上封头选带mmDj3400折边形的封头，且半锥角。 45计算厚度 mmPDPSctic77. 325. 05 . 011132 340025. 05
13、 . 02钢板负偏差mmC8 . 01设计厚度mmCSSd77. 5277. 32名义厚度mmCSSdn78 . 077. 51圆整按钢制容中 DN=3400mm 的壁厚最小不的小于 8mm 所以取mmSn8带折边锥形封头的壁厚 考虑到风头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体壁厚一致，即mmSn84.5 传热面积校核 由于反应釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不短进行，且会引 起反应釜内的温度升高。为防止反应釜内温度过高，在反应釜的上方设置了冷凝器进行换 热，因此不需要进行传热面积的校核。如果反应釜内进行的是吸热反应，则需进行传热面 积的校核
14、。 第 5 章反应釜釜体及夹套的压力试验 5.1 釜体的水压试验 5.1.1 水压试验压力的确定 MPaPPtcT55. 0144. 025. 125. 15.1.2 水压试验的强度校核MPaCSCSDPnniT T170)8 . 28(2)8 . 283200(55. 0)(2)(16MnR 的屈服极限MPas345MPas5 .31013459 . 09 . 0由MPaMPasT5 .3109 . 0170间歇式反应釜 年产 6103T 乙酸乙酯 所以水压强度足够 5.1.3 压力表的量程、水温压力表的最大量程：P表=2=20.55=1.1TpMPa或 1.5PT P表4PT 即 0.825MPa P表2.2MPa 水温5 5.1.4 水压试验的操作过程 操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力
