釜式反应器设计说明书123

一概述1.1醋酸乙酯生产工艺的现状和特点醋酸乙酯分子式C4H8O2，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate，简称EA。

醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。

EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。

还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。

在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。

同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。

在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。

当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。

由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。

醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。

醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。

受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。

“八五”期间，产量年均增长率为13.0%；1995-2000年，年均增长率达到20.5%；2000-2002年，年均增长率高达30.5%。

目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为57.2万吨。

其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。

2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，中英合资BP--扬子江乙酰化工有限公司8万吨/年醋酸乙酯装置投产，采用BP切换式醋酸乙酯技术生产醋酸乙酯和醋酸丁酯，工艺技术国内领先；2001年，江西南昌赣江溶剂厂将醋酸乙酯年产能力从2万吨扩至8万吨；2003年，江门谦信化工发展有限公司将产能从1.5万吨/年扩至3.5万吨/年。

近2-3年内，国内新增醋酸乙酯年产能力达31万吨。

虽然我国醋酸乙酯市场仍有潜力，但由于扩能速度太快，近两年已出现开工率不足的现象。

据了解，2002年国内装置平均开工率约77%，预计2003年平均开工率将为66%。

目前市场已经饱和，产品价格呈走软趋势，利润已渐微薄。

而在建和拟建醋酸乙酯项目尚有20万吨/年产能。

如果这些项目到2005年如期投产，我国醋酸乙酯供应将平衡有余。

随着国内新增能力陆续投产，近两年我国醋酸乙酯进口量有所下降。

2001年进口5.35万吨，2002年进口4.8万吨，2003年上半年进口2.45万吨。

醋酸乙酯制备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。

用醋酸和乙醇酯化制醋酸乙酯是开发较早，工艺成熟，且为目前主要采用的方法。

反应在酸催化剂（如硫酸）存在下进行液相酯化，分为间歇法和连续法。

间歇法使用釜式反应器，连续法则用塔式反应器。

因酯化是可逆反应，为提高酯的产率，要采用过量的乙醇，使醋酸完全反应。

粗醋酸乙酯经中和、蒸馏后，可得纯度98％以上的产品，收率按醋酸计为99％。

近年来，随着我国化学工业的发展和国民经济的迅速增长，醋酸乙酯的发展也较为迅速。

1.2设备介绍——釜式反应器釜式反应器是化工生产中常用的典型设备之一，其用途是实现化学反应过程。

在釜式反应器中物质发生了质的变化，生成新的物质而得到需要的中间产物或最终产品。

它可用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程。

广泛应用于医药、农药、染料、油漆、橡胶等生产行业。

这种设备主要是供液体和液体原料、液体和固体原料以及液体和气体原料之间进行化学反应。

一般来说，釜式反应器在化工生产中具有较大的灵活性、操作弹性大，在相同的设备中能进行多品种的生产，故常用于产量较少，品种较多的产品生产。

在化工生产中，釜式反应器因原料的物态（气体、液体、固体）、反应条件（温度、压力、浓度以及物质是静止的还是流动的）和反应的热效应（吸热反应、放热反应）的不同，则有多种多样的类型及结构，但它们都具有以下几点共同特点：（1）在釜式反应器内完成化学反应过程，并伴有搅拌、换热、传动装置，从而使原料在最佳反应条件下进行反应。

（2）高温、高压操作。

由于化学反应均需在一定压力、温度下进行，对温度和压力均有一定的要求，所以釜式反应器的操作压力和温度变化范围都很大。

（3）间歇操作。

大多数釜式反应器都需进行装料、取样、卸料、清洗等操作。

在化工生产中对产品的质量、种类的要求不断提高，釜式反应器也需不断改进和发展。

大容积化可减少批次之间的质量误差，从而提高产品的质量标准；开发新型的搅拌器，以复合型的搅拌器代替老式的单一型搅拌器；向自动化、连续化方向发展，目前用计算机控制生产，提高产品质量、提高效率、改变生产环境，以及消除环境污染已成为时代发展的趋势和目标。

为完成各种各样的化学反应过程，根据需要釜式反应器的材质及结构虽有所不同，但其基本结构却是相同的。

主要包括釜体、传动、传热、搅拌装置、工艺接管及密封装置等几个部分。

1.2-1釜体结构釜体部分是化工原料反应的空间，是釜式反应器的主要部分。

由筒体及上、下封头组成。

上、下封头常用的有三种基本形状：椭圆形、锥形、平板形。

根据化学反应的不同釜体需要适用于不同的压力情况。

而大多数化学反应都需要一定的压力，椭圆形封头较其他两种封头更耐压，所以椭圆形封头在釜式反应器中应用得最广泛。

上封头与筒体联接有两种方法：一种是上封头与筒体直接焊死结成一个整体；另一种形式是考虑拆卸方便用法兰联接以便于维护检修。

在上封头开有各种工艺接管孔、人孔、手孔、试镜及支座等部分。

釜式反应器的结构见图1-1。

筒体规格与化工工艺要求有关，筒体的高度与筒体直径有一定的比例。

这主要是受到搅拌器大小的影响。

釜式反应器筒体的直径增加将使搅拌器的直径也随之增大，而搅拌器的功率与搅拌器直径的五次方成正比，因此对于同容积的釜式反应器其直径不宜太大，但对于某些特定的化学反应，如在发酵釜式反应器中则需保持一定的液体高度，从而使通入的空气能与发酵液体充分接触，故筒体高度又不宜过矮。

釜式反应器的H筒/D内值如表1-1所示，筒体直径及高度见图1-2。

表1-1 釜式反应器的H筒/D内值釜体一般由钢板焊成，也有用铸铁制造的，或是采用合金钢或复合钢板。

为解决生产中的腐蚀问题，常选用各种耐腐蚀材料，例如：搪瓷、玻璃、橡胶等耐腐蚀材料作防腐衬里，而以价格较为低廉的钢材作为外层。

对于有一定卫生要求的产品采用全搪或玻璃制作釜体及搅拌、传热装置，这类设备多用于不需较高压力条件的反应，如在医药品、食品添加剂的生产上广泛使用，从而避免铁离子对产品的污染，保护了产品质量。

反应釜大多数是密封的，因为其中的化学反应物料可能是易燃、易爆或有毒，也可能要保持一定的操作温度、压力（或真空）等。

有时由于反应过程的允许，它也可设计成敞图1-2筒体直径及高度开的。

1.2-2换热装置化学反应过程常伴有放热和吸热反应，而且常常需要先加热促使反应的进行，一旦反应开始往往又需要冷却，并不断调节温度维持反应条件，直到反应完毕后，又需散热。

因此釜式反应器常备有加热或冷却装置，以维持最佳的工艺条件，取得最好的反应效果。

对于有热效应的反应，在容器的内部或外部装有加热或冷却装置，例如：电热器，列管、蛇管换热器、夹套等。

最常用的是夹套及蛇管换热装置。

釜式反应器的加热或冷却有多种方式：（1）夹套换热器（2）蛇管换热器（3）夹套内加传热挡板（4）回流冷凝法（5）料浆循环法1.2-3搅拌装置化学反应过程的种种化学变化，是以参加反应的物质是否充分混合为前提的。

搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散、从而达到均匀混合，也可以加速传热和传质过程。

搅拌装置分机械搅拌和气流搅拌两种。

绝大多数釜式反应器采用机械搅拌。

搅拌器一般有以下几种形式：（1）浆式搅拌器浆式搅拌器结构较简单如图1-3所示，其浆叶一般以扁钢制造，铸造浆叶很少用，小型浆叶常将其焊在轮廓上，形成一个整体，然后用键止动螺钉将轮廓连接在搅拌轴上。

图 1-3 桨式搅拌器浆式搅拌器在釜式反应器的搅拌装置中广泛用在促进传热、可溶性固体的混合与溶解以及需在慢速搅拌的情况下，如搅拌被混合的液体及带有固体颗粒的液体都有较好的效果。

在釜体内的料液比较高的情况下，为了将物料搅拌均匀，常装有几层浆叶，相邻二层搅拌叶常交叉成90°安装。

（2）框式及锚式搅拌器框式搅拌器可视为浆式的变形。

框式、锚式与搅拌轴的连接方式也与浆式类似，即浆叶与搅拌轴连接的一端制成半圆状的轴环，然后两侧浆叶的两个半圆环用螺栓栓在搅拌轴上夹紧，同时用穿轴螺栓固定浆叶与搅拌轴。

（3）涡轮式搅拌器涡轮式与浆式相比，浆叶数量较多，浆叶种类亦较多，浆的转速高，结构也复杂。

浆都是用毂键与止动螺钉连接于搅拌轴上，同时在搅拌轴的底部用拧入轴端的螺栓或轴端螺母挡住轮毂。

（4）推进式搅拌器推进式搅拌器常为整体铸造，加工方便，搅拌器采用轴套以平键和紧定螺钉与轴连接。

推进式搅拌器搅拌时能使物料在釜式反应器内循环流动，剪切作用小，上下翻腾效果好。

有的反应需要有更大的液流速度和液体循环时间，应安装导流筒。

（5）其他搅拌器除前面介绍的几种最常见的搅拌器外，尚有许多结构不同的特殊搅拌器，如螺带式、圆筒式及行星式等。

1.2-4传动装置为了使搅拌装置转动，需要有动力和传动装置。

电动机和减速机支承在机架上，机架下面是固定在封头上的底座。

1.2-5轴封结构由于搅拌轴是转动的，而反应釜的封头是静止的，在搅拌轴伸出封头处必须进行密封，以阻止釜内介质向外泄漏，或阻止空气漏入真空釜内，这种密封称为动密封。

反应釜上的动密封通常有填料密封和机械密封两种。

除了上述五部分主要结构外，还有各种接管、人孔、手孔及支座等附件。

1.3设计的意义和目的1.3-1设计的意义醋酸乙酯是一种重要的绿色有机溶剂，广泛应用于做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂。

尤其是在现代社会，随着经济、文化的发展和人们生活水平的提高，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，为满足人们对醋酸乙酯的需要量，提高醋酸乙酯生产的生产能力，这主要要从酯化反应器上着手。