化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計--乙酸乙酯間隙釜式反應(yīng)器的設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　生命科學(xué)學(xué)院</b></p><p>　　所屬課程 化學(xué)反應(yīng)工程 </p><p>　　設(shè)計題目 年產(chǎn)5005t乙酸乙酯間隙釜式反應(yīng)器的設(shè)計 </p>&l

2、t;p>　　專業(yè) 班級 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　設(shè)計組別 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　摘

3、 要</b></p><p>　　本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn)5005t的反應(yīng)器的設(shè)計。通過分別對連續(xù)釜式反應(yīng)器和間隙釜式反應(yīng)器的體積計算，和綜合其他因素，得出最佳的反應(yīng)器------間隙釜式反應(yīng)器。 由物料衡算、熱量衡算，得出反應(yīng)器體積為、換熱量為。設(shè)備設(shè)計結(jié)果表明，反應(yīng)器的特征尺寸為高3350mm，直徑3000mm；夾套的特征尺寸為高2570mm，內(nèi)徑為3200mm。還對塔體等進行了輔助設(shè)備設(shè)計，換

4、熱則是通過夾套與內(nèi)冷管共同作用完成。攪拌器的形式為圓盤式攪拌器，攪拌軸直徑75mm。</p><p>　　乙酸乙酯是重要的化工原料，可用作紡織工業(yè)的清洗劑和天然香料的萃取劑，也是制藥工業(yè)和有機合成的重要原料。它的產(chǎn)量，代表著一個國家生產(chǎn)水平的高低。合成乙酸乙酯對合成其他物質(zhì)起到拋磚引玉的作用。對此次的程序設(shè)計，乙酸乙酯采用的是酯化反應(yīng)。酯化反應(yīng)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

5、設(shè)計以硫酸作為催化劑的傳統(tǒng)工藝是很有必要的。由于反應(yīng)器要有足夠的機械強度，抗腐蝕能力，本課程設(shè)計采用的是夾套式反應(yīng)釜。通過給定設(shè)計的主要工藝參數(shù)和條件，綜合系統(tǒng)地應(yīng)用化工理論及化工計算知識，完成對反應(yīng)釜的工藝設(shè)計和設(shè)備設(shè)計。</p><p>　　在此基礎(chǔ)上繪制了間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)備圖，和整體工藝的工藝流程圖。</p><p>　　關(guān)鍵字：間歇釜式反應(yīng)器; 工藝流程圖；物料衡算; 熱量衡算;

6、 壁厚設(shè)計</p><p>　　Abstract </p><p>　　The design for the annual output of reactor with an annual output of 5005t this topic. Based on the continuous stirred tank reactor and gap reactor volume cal

7、culation, and other factors, the reactor - gap reactor best. From the material balance, heat balance, the reactor volume of 8.08 cubic meters, heat transfer for the 6.5×106 kJ per hour. The results showed that the c

8、haracteristics of equipment design, size of the reactor for high 3350mm, diameter 3000mm; feature size jacket for high 2570mm, </p><p>　　Ethyl acetate is an important chemical raw material, extraction agent

9、can be used as textile industrial cleaning agents and natural spices, but also an important raw material for pharmaceutical industry and organic synthesis. Its production, represents a country's production level. Syn

10、thesis of ethyl acetate to play the role of other synthetic materials. Program design of this, ethyl acetate is used in esterification reaction. Esterification is a relatively mature technology of organic industry.</p

11、><p>　　On the basis of drawing the batch reactor equipment diagram, process flow diagram and the overall process.</p><p>　　Keywords: batch reactor; process flow diagram; material balance; heat bala

12、nce; the design of wall thickness</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　反應(yīng)工程課程設(shè)計是《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》和《反應(yīng)工程》課程教學(xué)中綜合性和實踐性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學(xué)生體察工程實際問題復(fù)雜性，學(xué)習初次嘗試反應(yīng)釜機械設(shè)計。化工設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要同學(xué)獨立自主的解決所遇

13、到的問題、自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進行過程和設(shè)備的設(shè)計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。</p><p>　　反應(yīng)工程是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過裸程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立地運用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當學(xué)生首次完成該課程設(shè)計后，應(yīng)達到一下幾

14、個目的：</p><p>　　熟練掌握查閱文獻資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當缺乏必要的數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實際查定。</p><p>　　在兼顧技術(shù)先進性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。</p>&l

15、t;p>　　準確而迅速的進行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算及選型。</p><p>　　用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。</p><p>　　反應(yīng)工程課程設(shè)計是一項很繁瑣的設(shè)計工作，而且在設(shè)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)，因此在課程設(shè)計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。&l

16、t;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　前 言III</p><p>　　第1章 課程設(shè)計任務(wù)書1</p><p>

17、;　　第2章 概 述3</p><p>　　第 3 章 工藝設(shè)計計算4</p><p>　　3.1 設(shè)計依據(jù)4</p><p>　　3.2. 設(shè)計方案4</p><p>　　3.3 工藝計算及方案選擇4</p><p>　　3.3.1 間歇釜進料4</p><p>　　3.1.2

18、乙酸乙酯的產(chǎn)量4</p><p>　　3.1.3 乙酸的流量4</p><p>　　3.1.4 乙醇的流量5</p><p>　　3.1.5 反應(yīng)體積及反應(yīng)時間計算5</p><p>　　3.2 連續(xù)性進料的計算6</p><p>　　3.2.2 乙酸的流量6</p><p>　　3

19、.2.3 乙醇的流量6</p><p>　　3.2.6 反應(yīng)體積及反應(yīng)時間計算7</p><p>　　3.3 設(shè)計方案的選擇8</p><p>　　第4章 熱量核算9</p><p><b>　　4.1工藝流程9</b></p><p><b>　　4.2物料衡算9</

20、b></p><p><b>　　4.3能量衡算9</b></p><p>　　4.3.1熱量衡算總式9</p><p>　　4.3.2每摩爾各種物值在不同條件下的值10</p><p>　　4.3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表11</p><p>　　4.3.4每摩爾物質(zhì)在100℃下

21、的焓值11</p><p>　　4.3.5總能量衡算12</p><p>　　4.4換熱設(shè)計13</p><p><b>　　水蒸氣的用量13</b></p><p>　　4.5傳熱面積校核14</p><p>　　第 5 章 設(shè)備設(shè)計與選型15</p><p>

22、;　　5.1 反應(yīng)釜體及夾套的設(shè)計計算15</p><p>　　5.1.1筒體和封頭的幾何參數(shù)的確定15</p><p>　　5.1.3 筒體和封頭的直徑15</p><p>　　5.1.4 確定筒體高度H15</p><p>　　5.1.5夾套直徑、高度的確定16</p><p>　　5.2釜體及夾套厚度的

23、計算16</p><p>　　5.2.1設(shè)備材料16</p><p>　　5.1.2 設(shè)備的壁厚計算16</p><p>　　5.1.3 釜體筒體壁厚計算16</p><p>　　5.1.4 內(nèi)壓設(shè)計計算16</p><p>　　5.1.5 外壓設(shè)計計算17</p><p>　　5.

24、1.6 釜體封頭壁厚計算17</p><p>　　5.1.7 夾套筒體壁厚設(shè)計計算18</p><p>　　5.1.8夾套封頭壁厚設(shè)計與選擇18</p><p>　　5.1.9 反應(yīng)釜設(shè)計參數(shù)19</p><p>　　5.2 攪拌器設(shè)計19</p><p>　　5.2.1 攪拌器的形式選擇19</p&

25、gt;<p>　　5.2.4 電機功率19</p><p>　　5.2.5 減速器的選擇20</p><p>　　5.2.6 電動機的選擇20</p><p>　　5.3攪拌軸直徑的設(shè)計計算20</p><p>　　5.3.2 攪拌軸強度計算20</p><p>　　5.3.3 攪拌軸剛度計算

26、20</p><p>　　5.4夾套式反應(yīng)釜附屬裝置的確定21</p><p>　　5.4.4 接管及其法蘭選擇21</p><p>　　第6章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗24</p><p>　　6.1釜體的水壓試驗24</p><p>　　6.1.1水壓試驗壓力的確定24</p><p

27、>　　6.1.2水壓試驗的強度校核24</p><p>　　6.1.3壓力表的量程、水溫24</p><p>　　6.1.4水壓試驗的操作過程24</p><p>　　6.2夾套的液壓試驗25</p><p>　　6.2.1水壓試驗壓力的確定25</p><p>　　6.2.2水壓試驗的強度校核25&

28、lt;/p><p>　　6.2.3壓力表的量程、水溫25</p><p>　　6.2.4水壓試驗的操作過程25</p><p>　　第7章 支座的選擇26</p><p>　　第8章 工藝流程圖27</p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p>&

29、lt;b>　　附 錄28</b></p><p><b>　　總 結(jié)30</b></p><p><b>　　致　 謝31</b></p><p>　　第1章 課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　一、設(shè)計項目</b></p&g

30、t;<p>　　年產(chǎn)5005噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計 　</p><p><b>　　二、設(shè)計條件</b></p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模：（5000+學(xué)號） 噸/年</p><p>　　生產(chǎn)時間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時/年，間隙生產(chǎn)6000小時/年</p><p>　　物料損耗：按5%計算</p>

31、;<p>　　乙酸的轉(zhuǎn)化率：（50+學(xué)號）%（1—10號）；（40+學(xué)號）%（11—20號）</p><p>　　（30+學(xué)號）%（21—30號）；（20+學(xué)號）%（31—40號）</p><p>　?。?0+學(xué)號）%（41—50號）</p><p><b>　　三、反應(yīng)條件</b></p><p>　　反

32、應(yīng)在等溫下進行，反應(yīng)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，其動力學(xué)方程為：- rA=kCA2。A為乙酸，建議采用配比為乙酸：丁醇=1：5（摩爾比），反應(yīng)物料密度為0.85㎏/l，反應(yīng)速度常數(shù)k為15.00/（kmol.min）</p><p><b>　　四、設(shè)計要求</b></p><p>　　1、 設(shè)計方案比較 </p&

33、gt;<p>　　對所有的設(shè)計方案進行比較，最后確定本次設(shè)計的設(shè)計方案。 </p><p>　　2、反應(yīng)部分的流程設(shè)計（畫出反應(yīng)部分的流程圖） </p><p>　　3、反應(yīng)器的工藝設(shè)計計算</p><p>　　生產(chǎn)線數(shù)，反應(yīng)器個數(shù)，單個反應(yīng)器體積。 </p><p><b>　　4、攪拌器的設(shè)計</b>&

34、lt;/p><p>　　對攪拌器進行選型和設(shè)計計算。 </p><p>　　5、畫出反應(yīng)器的裝配圖</p><p>　　圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。 </p><p>　　6、設(shè)計計算說明書內(nèi)容 </p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書； </b></p><

35、p><b>　　目錄； </b></p><p>　　前言（對設(shè)計產(chǎn)品的理化性能，國內(nèi)外發(fā)展概況，應(yīng)用價值及其前景等方面進行介紹）</p><p>　　設(shè)計方案比較；(合成工藝介紹，通過分析各種工藝優(yōu)缺點，得到本設(shè)計選用的合成工藝流程)</p><p><b>　　工藝流程圖設(shè)計； </b></p>&

36、lt;p><b>　　反應(yīng)器的設(shè)計 </b></p><p><b>　　攪拌器的設(shè)計；</b></p><p>　　車間設(shè)備布置設(shè)計；（主要設(shè)備的布置）</p><p><b>　　環(huán)境保護；</b></p><p><b>　　設(shè)備裝配圖；</b>

37、;</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)； </b></p><p><b>　　參考資料。</b></p><p>　　7、繪制主要設(shè)備的裝配圖。</p><p>　　用A1圖紙繪制主要設(shè)備裝配圖（圖面應(yīng)包括設(shè)備主視圖、局部視圖等，并配備明細表、管口表、技術(shù)性能表、技術(shù)要求等），要求采用CAD制圖

38、。</p><p>　　指導(dǎo)老師：薛永萍，劉陽</p><p>　　2013年12月23日</p><p><b>　　第2章 概 述</b></p><p>　　此次課程設(shè)計，是結(jié)合《化學(xué)反應(yīng)工程》這門課程的內(nèi)容及特點所進行的一次模擬設(shè)計。它結(jié)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(shè)計，我們

39、不僅熟練了所給課題的設(shè)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(guān)運作，讓我們對工藝設(shè)計有了初步的設(shè)計基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中解決所遇難題，對我們養(yǎng)成獨立思考、態(tài)度嚴整的工作作風有極大的幫助，并為我們以后從事這個行業(yè)做好鋪墊。</p><p>　　酯化反應(yīng)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(shè)計以硫酸作為催化劑的傳統(tǒng)工藝是很有必要的。酯化反應(yīng)器設(shè)計的基本要求是滿足傳質(zhì)和傳熱

40、要求。因此需要設(shè)計攪拌器。另外，反應(yīng)器要有足夠的機械強度，抗腐蝕能力；結(jié)構(gòu)要合理，便于制造、安裝和檢修；經(jīng)濟上要合理，設(shè)備全壽命期的總投資要少。</p><p>　　夾套式反應(yīng)釜具有以下特點：1、溫度容易控制。2、濃度容易控制。3、傳質(zhì)和傳熱良好。4、設(shè)備使用壽命長。</p><p>　　產(chǎn)品乙酸乙酯簡介： 無色澄清液體，有強烈的醚似的氣味，清靈、微帶果香的酒香，易擴散，不持久。乙酸乙酯分

41、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(shè)計的主要工藝參數(shù)和條件，綜合系統(tǒng)地應(yīng)用化工理論及化工計算知識，完成對反應(yīng)釜的工藝設(shè)計和設(shè)備設(shè)計。</p><p>　　第 3 章 工藝設(shè)計計算</p><p><b>　　3.1 設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　　《乙酸乙酯生產(chǎn)設(shè)計任務(wù)書》</p>

42、;<p><b>　　3.2. 設(shè)計方案</b></p><p>　　對于乙酸乙酯的生產(chǎn)既可以采用間歇式生產(chǎn)，也可以采用連續(xù)式生產(chǎn)。本次設(shè)計將根據(jù)自己的生產(chǎn)規(guī)模計算，對設(shè)計方案進行比較，得出合理的工藝設(shè)計流程。</p><p>　　3.3 工藝計算及方案選擇</p><p>　　3.3.1 間歇釜進料</p><

43、;p>　　3.1.2 乙酸乙酯的產(chǎn)量</p><p><b>　　化學(xué)反應(yīng)方程式：</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對分子質(zhì)量為88，所以要求的生產(chǎn)流量為</p><p><b>　　F酯=</b></p><p>　　3.1.3 乙酸的流量</p><p>　

44、　乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%），乙酸與乙酸乙酯的物質(zhì)的量比為1:1，乙酸的轉(zhuǎn)化率%,物料損失以5%計， 則乙酸的進料量 </p><p>　　FA0= </p><p>　　3.1.4 乙醇的流量</p><p>　　乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則乙醇的進料量為</p><p>　　F乙醇=5×18.5=

45、92.5 kmol/h</p><p>　　3.1.1.4 總物料量流量：F= FA0+F乙醇=18.5+92.5=158.4 kmol/h</p><p>　　3.1.1.5 硫酸的流量：總物料的質(zhì)量流量如下計算，</p><p>　　W總=FAMA+F乙M乙+W硫酸=</p><p>　　因硫酸為總流量的1%，則</p>&

46、lt;p>　　W硫酸=5419.20.01=54.19，即可算其物質(zhì)的量流量</p><p>　　F硫酸=54.19/98=0.55</p><p>　　表1 物料進料量表 .</p><p>　　3.1.5 反應(yīng)體積及反應(yīng)時間計算</p><p>　　當乙醇過量時，可視為對乙酸濃度為二級的反

47、應(yīng)，其反應(yīng)速率方程（A為乙酸）</p><p>　　當反應(yīng)溫度為80℃，催化劑為硫酸時，反應(yīng)速率常數(shù)k=15.00=0.9m3/(kmol.h)</p><p>　　因為乙醇大大過量，反應(yīng)混合物密度視為恒定，等于0.85kg/L</p><p>　　當乙酸轉(zhuǎn)化率x=55%，由間歇釜反應(yīng)有：</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗取非生產(chǎn)時間，則反應(yīng)體積

48、</p><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5m3</p><p>　　則間歇釜需2個，每釜體積V=4.04 m3圓整，取實際體積。</p><p>　　3.2 連續(xù)性進料的計算</p><p>　　3.2.1 乙酸乙酯的產(chǎn)量</p><p>&l

49、t;b>　　化學(xué)反應(yīng)方程式：</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對分子質(zhì)量為88，所以要求的生產(chǎn)流量為</p><p><b>　　F酯=</b></p><p>　　3.2.2 乙酸的流量</p><p>　　乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%），乙酸與乙酸丁酯的物質(zhì)的量比為1:1，乙酸的轉(zhuǎn)化率%,

50、物料損失以5%計， 則乙酸的進料量 </p><p>　　FA0 = </p><p>　　3.2.3 乙醇的流量</p><p>　　乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則丁醇的進料量為</p><p>　　3.2.4 總物料量流量：F=</p><p>　　3.2.5 硫酸的流量：總物料的質(zhì)量流量如

51、下計算，</p><p>　　W總=FAMA+F乙M乙+W硫酸=</p><p>　　因硫酸為總流量的1%，則</p><p>　　W硫酸=5809.90.01=58.09，即可算其物質(zhì)的量流量</p><p>　　F硫酸=58.09/98=0.59</p><p>　　表2 物料進料量表

52、 .</p><p>　　3.2.6 反應(yīng)體積及反應(yīng)時間計算</p><p>　　當乙醇過量時，可視為對乙酸濃度為二級的反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程（A為乙酸）</p><p>　　當反應(yīng)溫度為80℃，催化劑為硫酸時，反應(yīng)速率常數(shù)k=15</p><p>　　因為乙醇大大過量，反應(yīng)混合物密度視為恒定，等于0.85。因硫酸少量，忽略其影響

53、，</p><p>　　對于連續(xù)式生產(chǎn)，若采用兩釜串聯(lián)，系統(tǒng)為定態(tài)流動，且對恒容系統(tǒng)，不變，不變 </p><p>　　若采用兩釜等溫操作，則</p><p><b>　　代數(shù)解得 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><

54、;p>　　裝料系數(shù)為0.75，故實際體積V=2.220.75=2.96。故采用一條的生產(chǎn)線生產(chǎn)即可，即兩釜串聯(lián)，反應(yīng)器的體積V<3，</p><p>　　3.2.7 反應(yīng)時間：連續(xù)性反應(yīng)時間 </p><p>　　3.3 設(shè)計方案的選擇</p><p>　　經(jīng)上述計算可知,間歇釜進料需要4.5m3反應(yīng)釜2個,而連續(xù)性進料需2個3m3反應(yīng)釜。根據(jù)間歇性和連

55、續(xù)性反應(yīng)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。雖然，間歇生產(chǎn)的檢測控制等裝備就比連續(xù)性生產(chǎn)成本高，所耗費的人力物力大于連續(xù)生產(chǎn)，但該課題年產(chǎn)量少，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(shè)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(shè)計其設(shè)備和工藝流程圖。</p><p>　　附：表3. 物料物性參數(shù)[1]</p><p>　　表4.乙酸規(guī)格質(zhì)量[1]：GB1628-7

56、9 </p><p><b>　　第4章 熱量核算</b></p><p><b>　　4.1工藝流程</b></p><p>　　反應(yīng)釜的簡單工藝流程圖</p><p><b>　　4.2物料衡算</b&g

57、t;</p><p>　　根據(jù)乙酸的每小時進料量為，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)的進料和出料量，具體結(jié)果如下表：</p><p><b>　　4.3能量衡算</b></p><p>　　4.3.1熱量衡算總式</p><p>　　式中：進入反應(yīng)器無用的能量， </p><p>

58、<b>　?。夯瘜W(xué)反應(yīng)熱，</b></p><p>　?。汗┙o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(yīng)器物料的熱量，</p><p>　　4.3.2每摩爾各種物值在不同條件下的值</p><p>　　對于氣象物質(zhì)，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個公式計算：</

59、p><p><b>　　[2]</b></p><p>　　各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表[3]：</p><p><b>　　液相物質(zhì)的熱容參數(shù)</b></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&

60、lt;/b></p><p><b>　　同理：</b></p><p><b>　　乙酸乙酯的值</b></p><p><b>　　(3) 水的值</b></p><p><b>　　乙酸的值</b></p><p>　　

61、4.3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表</p><p>　　氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)[4]</p><p><b>　　乙醇的值</b></p><p><b>　　乙酸乙酯的值</b></p><p>　　4.3.4每摩爾物質(zhì)在100℃下的焓值</p><p>　　(1) 每摩爾水的

62、焓值</p><p><b>　　同理：</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>　　每摩爾乙酸乙酯的焓值</p><p>　　4.3.5總能量衡算</p

63、><p><b>　?。?）的計算</b></p><p><b>　?。?）的計算</b></p><p><b>　　（3）的計算</b></p><p><b>　　因為： </b></p><p><b>　　即：-

64、+=</b></p><p>　　求得：=2699114</p><p>　　>0，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。</p><p><b>　　4.4換熱設(shè)計</b></p><p>　　換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)的過熱水蒸氣由140℃降到110℃，溫差為30℃。</p><p><

65、;b>　　水蒸氣的用量</b></p><p>　　忽略熱損失，則水的用量為</p><p><b>　　[5]</b></p><p><b>　　[5]</b></p><p>　　M=1023.61kg/h</p><p><b>　　4.5

66、傳熱面積校核</b></p><p>　　由于反應(yīng)釜內(nèi)進行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量不僅能夠維持反應(yīng)的不短進行，且會引起反應(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)置了冷凝器進行換熱，因此不需要進行傳熱面積的校核。如果反應(yīng)釜內(nèi)進行的是吸熱反應(yīng)，則需進行傳熱面積的校核。</p><p>　　第 5 章 設(shè)備設(shè)計與選型</p><p>　　

67、5.1 反應(yīng)釜體及夾套的設(shè)計計算</p><p>　　5.1.1筒體和封頭的幾何參數(shù)的確定</p><p>　　5.1.2 筒體和封頭的型式 選擇圓筒體，橢圓形封頭。</p><p>　　5.1.3 筒體和封頭的直徑</p><p>　　反應(yīng)物料為液夜相類型，由表H/Di=1.0︿1.4 考慮容器不是很大，故可取H/Di=1.1<

68、/p><p>　　由式 </p><p><b>　　Di= =</b></p><p>　　反應(yīng)釜內(nèi)徑的估算值應(yīng)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>　　5.1.4 確定筒體高度H</p>&l

69、t;p>　　當 Dg=1600 mm ，ho= 40 mm 時，</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 = 16

70、80 mm 則 H/Di = 1680/1600≈1.1 選取橢圓封頭，其公稱直徑為1600mm，曲面高度為400mm，直邊高度為40mm，容積為0.617 m3</p><p>　　5.1.5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>&l

71、t;b>　　夾套高度H2：</b></p><p>　　≥ ,式中η為裝料系數(shù)，η = 0.75 ，代入上式：</p><p>　　取：H2 = 1200 mm 。</p><p>　　5.2釜體及夾套厚度的計算</p><p><b>　　5.2.1設(shè)備材料</b></p><

72、p>　　根據(jù)設(shè)備的工作條件，可選擇Q235—A作為釜體及夾套材料，由附表6[2]查得所選材料許用應(yīng)力為：[σ]100 = 113 MPa</p><p>　　5.1.2 設(shè)備的壁厚計算</p><p>　　5.1.3 釜體筒體壁厚計算</p><p>　　5.1.4 內(nèi)壓設(shè)計計算</p><p>　　根據(jù)工作條件，可選取P=0.2MPa

73、為設(shè)計內(nèi)壓。 </p><p>　　根據(jù)式（10-12）[2]筒體的設(shè)計厚度：</p><p><b>　　≈3.8mm</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　δd —— 圓筒設(shè)計厚度，mm ；</p><p>　　Di —— 圓筒內(nèi)徑 ，

74、mm ；</p><p>　　P —— 內(nèi)壓設(shè)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——材料許用應(yīng)力：[σ]100 = 113 MPa 。</p><p>

75、;　　考慮到鋼板負偏差，初選C1 = 0.6 mm （表10-10[1]）。</p><p>　　所以，內(nèi)壓計算筒體壁厚：3.8 + 0.6 = 4.4mm</p><p>　　5.1.5 外壓設(shè)計計算</p><p>　　按承受0.25MPa 的外壓設(shè)計</p><p>　　設(shè)筒體的設(shè)計壁厚 δ = 7 mm ，并決定L/Do ；Do/δ

76、 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 +h = 1400+×400 =1533 mm （h為封頭的曲面高度），則：</p><p>　　L/Do = ≈ 0.95，Do/δ = ≈ 230，</p&g

77、t;<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 MPa 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

78、 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(shè)計計算，釜體的筒體壁厚為10mm，經(jīng)計算校核，滿足設(shè)備安全要求。</p><p>　　5.1.6 釜體封頭壁厚計算</p><p>　　按內(nèi)壓計算：S封 =</p><p>　　P = 0.2MPa

79、,</p><p>　　Di = 1600mm,</p><p><b>　　Φ = 0.8,</b></p><p>　　[σ]t = 113Mpa,</p><p>　　C = 0.6+2 = 2.6mm,</p><p>　　代入得 S封= 4.4mm.</p><

80、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= 10 mm。 </p><p>　　5.1.7 夾套筒體壁厚設(shè)計計算</p><p&g

81、t;　　根據(jù)式（10-12）[2] 筒體的設(shè)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 = 5.1mm，圓整到標準系列取6 mm。經(jīng)校核，設(shè)備穩(wěn)定安全。</p><p>　　5.1.8夾套封

82、頭壁厚設(shè)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(shè)備穩(wěn)定安全符合要求。</p><p>　　據(jù)附表12[2]可查取到夾套封頭尺寸：<

83、/p><p>　　公稱直徑：1800mm，曲面高度：450mm，直邊高度：40mm</p><p>　　5.1.9 反應(yīng)釜設(shè)計參數(shù)</p><p>　　表4 夾套反應(yīng)釜的相關(guān)參數(shù)</p><p><b>　　5.2 攪拌器設(shè)計</b></p><p>　　5.2.1 攪拌器的形式選擇</p&

84、gt;<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(zhuǎn)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>　　5.2.2 攪拌器轉(zhuǎn)速n：根據(jù)相關(guān)的工藝經(jīng)驗數(shù)據(jù)，選擇n = 100 rpm</p><p>　　5.2.3傳動功率P：</p><p><b>　　攪拌的雷諾數(shù)Re<

85、/b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　?。↘T可查取表3-9[1]）</p><p>　　5.2.4 電機功率</p><p>　　本設(shè)計中考慮傳動效率為90%，則：</p><p>　　P電 = P/0.9 = 1.3/0.9 = 1.44KW</p&g

86、t;<p>　　5.2.5 減速器的選擇</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(zhuǎn)速為100rpm，適用。</p><p>　　5.2.6 電動機的選擇</p><p>　　選用電動機的型號為：JO2-22-1</p><p>　　5.3攪拌軸直徑的設(shè)計計算</p>

87、<p>　　5.3.1 攪拌軸材料：選用Q235-A,選取其[τ]=16MPa （[τ]為軸材料的許用切應(yīng)力，單位：MPa,對于Q235-A,取12～20MPa）</p><p>　　5.3.2 攪拌軸強度計算</p><p>　　圓整，取d = 40 mm</p><p>　　5.3.3 攪拌軸剛度計算</p><p>　　（

88、式中[θ]為軸的許用扭轉(zhuǎn)角(°/m)，對于一般的傳動，可取0.5～1.0(°/m)，本設(shè)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>　　5.4夾套式反應(yīng)釜附屬裝置的確定</p><p>　　5.4.1支座的選定：（以下參考書[3]）</p

89、><p>　　因發(fā)應(yīng)釜需外加保溫，故選B型懸掛式支座</p><p>　　5.4.2 反應(yīng)釜總重 Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4</p><p>　　式中：Q1——筒體與夾套筒體總重</p><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>

90、;<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 + 4690 + 53057 + 1900 = 72004N</p><p>　　按兩個支座承載計，每個支座承載36002N<

91、/p><p>　　由表11-6[2] 選：</p><p>　　支座B4 JB/T 4735-92</p><p>　　5.4.3 人孔C：選用長圓型回轉(zhuǎn)蓋快開人孔 人孔PN0.6，400×300 JB 579-79-1</p><p>　　5.4.4 接管及其法蘭選擇</p><p>　　5.4.5 水蒸氣進

92、口管：φ108×4，L=200mm，10號鋼</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN100 HG 20592-97</p><p>　　5.4.6 冷卻水出口管：φ57×3.5，L=150 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN50 HG 20592-97</p><p>　　5.4.7

93、 進料管： </p><p><b>　　乙酸進料管 </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=150mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN25 HG 20592-97</p><p><

94、;b>　　乙醇醇進料管 </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=200mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　濃硫酸進料管 </b>&l

95、t;/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=100mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN10 HG 20592-97</p><p>　　出料管：出料總質(zhì)量流量</p><p>　　因密度，則體積流量為</p>&l

96、t;p>　　由表1-1[4]得，因進料黏度低，選取管道中流速</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)格選取φ57×3.5的無縫鋼管。</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN50 HG 20592-97</p><p>　　溫度計接管：φ45×2.5，L

97、=100mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN40 HG 20592-97</p><p>　　不凝氣體排出管：φ32×3.5，L=100 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN25 HG 20592-97</p><p>　　壓料管：φ57×3.5，L=200 mm，無

98、縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p>　　壓料管套管：φ108×4，L=200 mm，10號鋼</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN100 HG 20592-97</p><p>　　第6章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗</p><p>

99、　　6.1釜體的水壓試驗</p><p>　　6.1.1水壓試驗壓力的確定</p><p>　　6.1.2水壓試驗的強度校核</p><p>　　16MnR的屈服極限</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　所以水壓強度足夠</b></p&g

100、t;<p>　　6.1.3壓力表的量程、水溫</p><p>　　壓力表的最大量程：P表=2=2×0.55=1.1</p><p>　　或1.5PT P表4PT 即0.825MPa P表2.2</p><p><b>　　水溫≥5℃ </b></p><p>　　6.1.4水壓試驗的操作過程<

101、;/p><p>　　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0.55，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.44，保壓足夠長時間，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，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p>　　6.2夾套的液壓試驗&

102、lt;/p><p>　　6.2.1水壓試驗壓力的確定</p><p>　　且不的小于（p+0.1）=0.35MPa</p><p><b>　　所以取</b></p><p>　　6.2.2水壓試驗的強度校核</p><p>　　Q235—B的屈服極限</p><p><

103、b>　　由</b></p><p><b>　　所以水壓強度足夠</b></p><p>　　6.2.3壓力表的量程、水溫</p><p>　　壓力表的最大量程：P表=2=2×0.35=0.7</p><p>　　或1.5PT P表4PT 即0.525MPa P表1.4</p>

104、<p><b>　　水溫≥5℃ </b></p><p>　　6.2.4水壓試驗的操作過程</p><p>　　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

105、縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p><b>　　第7章 支座的選擇</b></p><p>　　查化工簡明設(shè)計手冊[6]：</p><p>　　內(nèi)徑為3000mm，厚度為8mm的16MnR的釜筒體一米重593Kg</p><p>　　內(nèi)徑為3200mm，

106、厚度為8mm的Q235—B的夾套筒體一米重632kg</p><p>　　內(nèi)徑為3000mm，厚度為8mm的16MnR的釜的封頭一米重約為550Kg</p><p>　　內(nèi)徑為3200mm，厚度為14mm的Q235—B的夾套封頭一米重1270Kg</p><p>　　其中筒體的高度為3.9m </p><p>　　則： =593 3.3

107、5=1987Kg</p><p>　　=550 2=1100Kg</p><p>　　=102022.013=22453.2Kg</p><p>　　=2.57 632+1270 2=4164.2Kg</p><p>　　=1978+1100+22453.2+4164.2=29695.4Kg</p><p>　　由于還

108、有電動機等一些其他設(shè)配的重量為500Kg,</p><p>　　則m總=30200Kg=302KN</p><p>　　選用三個耳式支座，則一個支座為100.7KN,選用支座本體允許載荷Q為150KN的B型耳式支座，高度為400mm，支座質(zhì)量為51.8Kg.</p><p>　　由于反應(yīng)釜在室內(nèi)，所以風載荷可以忽略，為了計算方便，我們把地震載荷也忽略。</p&

109、gt;<p>　　式中，n為支座的數(shù)量</p><p>　　所以選擇的支座本體允許載荷Q為150KN的B型耳式支座合[9]</p><p><b>　　第8章 工藝流程圖</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案由CAD作出其反應(yīng)流程圖如下</p><p>　　圖為反應(yīng)過程的工藝流程圖</p>

110、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳甘棠主編．《化學(xué)反應(yīng)工程》．第三版．化學(xué)工業(yè)出版社，2009[2]陳國桓主編．《化工機械基礎(chǔ)》．第二版. 化學(xué)工業(yè)出版社，2007[3]周大軍、揭嘉主編.《化工工藝制圖》.化學(xué)工業(yè)出版社，2005[4]《實用化學(xué)手冊》．科學(xué)出版社[5]姚玉英主編．《化工原理》．修訂版.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006</

111、p><p>　　[6]印永嘉等主編．《物理化學(xué)簡明教程》.第四版．高等教育出版社，2007</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　主要符號一覽表：</b></p><p><b>　　V——反應(yīng)釜的體積</b></p><

112、p><b>　　t——反應(yīng)時間</b></p><p>　　——反應(yīng)物A的起始濃度</p><p>　　——反應(yīng)物的B起始濃度</p><p>　　——反應(yīng)物S的起始濃度</p><p>　　f——反應(yīng)器的填充系數(shù)</p><p><b>　　——反應(yīng)釜的內(nèi)徑</b>&

113、lt;/p><p>　　——反應(yīng)器筒體的高度</p><p><b>　　——封頭的高度</b></p><p><b>　　P——操作壓力</b></p><p><b>　　Pc——設(shè)計壓力</b></p><p><b>　　φ——取焊縫系數(shù)

114、</b></p><p>　　[σ]t——鋼板的許用應(yīng)力</p><p>　　C1——鋼板的負偏差</p><p>　　C2——鋼板的腐蝕裕量</p><p>　　S——筒壁的計算厚度</p><p><b>　　——筒壁的設(shè)計厚度</b></p><p>&l

115、t;b>　　——筒壁的名義厚度</b></p><p>　　——反應(yīng)器夾套筒體的高度</p><p><b>　　V——封頭的體積</b></p><p><b>　　——水壓試驗壓力</b></p><p><b>　　——夾套的內(nèi)徑</b></p&g

116、t;<p><b>　　——乙酸的用量</b></p><p>　　——單位時間的處理量</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　此之課程設(shè)計，歷經(jīng)兩周時間，已基本完成。在此設(shè)計中遇到的難題，自己也通過各種學(xué)習之途徑有了解決。面對成果，不禁躊躇滿志。付出后收獲，喜悅之情，融化于心

117、田。天空不留下鳥的痕跡，但我已飛過……</p><p>　　紙上談來終覺淺，絕知此事要躬行。乙酸乙酯的反應(yīng)是一個成熟的有機工藝過程。在方案選擇過程中，它很好的將間歇反應(yīng)和連續(xù)性反應(yīng)結(jié)合起來比較，這樣掌握這部分知識就會更加容易，事實亦正是如此。通過這樣與實際情況聯(lián)系的學(xué)習，對以前許多比較抽象理論的理解會更加透徹。通過比較，才能得出最佳的方案。類比其他事物，沒有比較 怎會有優(yōu)劣。</p><p&g

118、t;　　此次課程設(shè)計前，我們也對其它學(xué)科進行過設(shè)計學(xué)習。將這次設(shè)計各部分都完成后，自己能體會到此次的差異。這次的課程設(shè)計有個最大的特點就是它的相對完整性。在以往課程設(shè)計中，我們接觸的都是單個的單元，而此次的設(shè)計要求我們對整個工藝有完整的流程。這不僅與本門課程的特征相關(guān)，也讓我們對一個工藝流程設(shè)計所需考慮的問題有比較全面的了解。對我們以后全面考慮問題有很好的幫助，可謂受益匪淺。</p><p>　　在這個過程中，我

119、學(xué)到了很多知識CAD作圖、查閱文獻資料、word排版等，這對我們的以后的發(fā)展更為有益，比如為即將面臨的畢業(yè)論文、考研或畢業(yè)后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。 </p><p>　　本次設(shè)計將工藝設(shè)計和設(shè)備設(shè)計結(jié)合，對二者有了全面的聯(lián)系和掌握。這不僅使自己對各個單元操作有了了解，同時對我們今后工作中考慮問題很有益處。這次的課程設(shè)計相當一次模擬實踐，幫助我們養(yǎng)成嚴整、務(wù)實的良好作風，提高了全面考慮問題的綜合能力，各方

120、面都有了較大程度的進步，達到了預(yù)期效果。</p><p><b>　　致　 謝</b></p><p>　　課程設(shè)計對于工科學(xué)生是一個十分重要的環(huán)節(jié)，作為制藥工程專業(yè)的學(xué)生，特別感謝**老師能結(jié)合實際，對我們的課程有著精心合理的安排。讓我們能夠理論和實踐及時結(jié)合學(xué)習，即提高了平日的學(xué)習興趣，又與今后的工作接軌，做了很好的鋪墊。</p><p>

121、;　　此次課程設(shè)計由**老師擔任我的指導(dǎo)老師。在課程設(shè)計過程中，只要我們有難題，兩位老師都會不辭辛勞，毫不猶豫趕過來為大家輔導(dǎo)。同時，兩位老師還是比較嚴格的教師。對于我們設(shè)計過程中的一些不良習慣，他都直接指出來，并要求我們及時改正。正是老師這種嚴格而又認真負責的工作作風，才使本次設(shè)計能順利完成。</p><p>　　此外，在這次設(shè)計中遇到了不少問題，都是和同學(xué)討論、互相學(xué)習解決的。特別是學(xué)環(huán)境工程的室友。在此，對

122、所有于自己有所幫助的同學(xué)一并表示感謝。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評語</b></p><p>　　課程設(shè)計成績： </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b><