乙酸乙酯间歇反应釜课程设计

乙酸乙酯间歇反应釜工艺设计说明书目录前言 (3)摘要 (4)一．设计条件和任务 (4)二.工艺设计 (6)1. 原料的处理量 (6)2. 原料液起始浓度 (7)3. 反应时间 (7)4. 反应体积 (8)三. 热量核算 (8)1. 物料衡算 (8)2. 能量衡算 (9)3. 换热设计 (12)四. 反应釜釜体设计 (13)1. 反应器的直径和高度 (13)2. 筒体的壁厚 (14)3. 釜体封头厚度 (15)五. 反应釜夹套的设计 (15)1. 夹套DN、PN的确定 (15)2. 夹套筒体的壁厚 (15)3. 夹套筒体的高度 (16)4. 夹套的封头厚度 (16)六. 搅拌器的选型 (17)1. 搅拌桨的尺寸及安装位置 (17)2. 搅拌功率的计算 (18)3. 搅拌轴的的初步计算 (18)结论 (19)主要符号一览表 (20)总结 (21)参考书目 (22)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，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。

摘要本选题为年产量为年产7100T 的间歇釜式反应器的设计。

通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为381.31m 、换热量为h kg /77.19916。

设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高3380mm ，直径3200mm ，壁厚8mm ，封头壁厚8mm ；夹套的特征尺寸为高2590mm ，内径为3400mm 壁厚8mm ，封头壁厚8mm 。

还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套完成。

搅拌器的形式为圆盘式搅拌器，搅拌轴直径60mm 。

在此基础上绘制了设备条件图。

本设计为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。

一．设计条件和任务一、设计目的和要求通过课程设计，要求更加熟悉工程设计基本内容，掌握化学反应器设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力、独立工作和创新能力二、设计题目和内容设计题目：年产量为年产7100T的间歇釜式反应器的设计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r R=k1(C A C B－C R C S/K)100℃时，k1=4.76×10-6L/(mol·min),平衡常数K=2.92。

乙酸的转化率A x=0.4，反应器的填充系数f=0.8，为此反应设计一个反应器。

二.工艺设计工艺流程图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L kmol Q /015.284.024300881071003=⨯⨯⨯⨯=由于原料液反应组分的质量比为：A ：B ：S=1：2：1.35 则 单位时间的处理量h m Q /17.71020)35.121(60015.2830=++⨯⨯=2. 原料液起始浓度L mol c A /91.317.7015.280==乙醇和水的起始浓度L mol c B /2.104626091.30=⨯⨯=L mol c S /6.171835.16091.30=⨯⨯=将速率方程变换成转化率的函数)1(0A A A x c c -= A A B B x c c c 00-= A A R x c c 0=A A S S x c c c 00+=将以上各式代人r R =k 1(c A c B －c R c S /K)中得()()()[]K x c c x c x c c x c k r A A S A A A A B A A R 00000011+---=整理得⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=2000000201111A A A S A B A B A R x K x K c c c c c c c k r )(2201A A A cx bx a c k ++=其中：61.291.32.1000===B A c c a 15.5)92.291.36.1791.32.101().1(0000-=⨯++-=++-=K c c c c b A S A B 66.092.21111=-=-=K c 43.466.061.24)15.5(422=⨯⨯--=-ac b3. 反应时间由dtdn V r RR R ='得 ()dt dx c dt x c d dt dc dtV dn r AA A A R R R R 00'====即 dtdx c cx bx a c k AA A A A 02201)(=++ 整理得 2011AA A A cx bx a dx c k dt ++⋅=积分得 ⎰++=Afx AA AA cx bx a dx c k t 0211 因为063.1966.061.24)15.5(422≥=⨯⨯--=-ac b故 上式积分为4.00222014242ln 411⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-++--+-⋅=acb b cx ac b b cx ac b c k t A⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----+-⨯⨯--⨯⨯⨯⨯⨯=-43.415.543.415.5ln43.415.54.066.0243.415.54.066.02ln 43.491.31076.414=153min4. 反应体积30045.25)160153(17.7)(m t t Q V r =+⨯=+=反应器的实际体积 381.318.045.25m f V V r ===三. 热量核算1. 物料衡算根据乙酸的每小时进料量为h kmol /015.28，再根据它的转化率和反应物的初始质量比算出各种物质的进料和出料量：h kmol x Q Q A inA outA /81.16)4.01(015.28)1(=-⨯=-=h kmol Q inB /08.7346260015.28=⨯⨯=h kmol Q Q Q Q outA inA inB outB /88.61)81.16015.28(08.73)(=--=--=h kmol Q inS /07.1261835.160015.28=⨯⨯=h kmol Q Q Q Q outA inA ivS outS /28.13781.16-015.2807.126)(=+=-+=）（ h kmol Q Q Q outA inA outR /21.1181.16015.28=-=-=2. 能量衡算热量衡算总式：1234Q Q Q Q ++= 式中：1Q 进入反应器无聊的能量，KJ2Q ：化学反应热，KJ3Q ：供给或移走的热量，外界向系统供热为正，系统向外界移去热量为负，KJ4Q ：离开反应器物料的热量，KJ每摩尔各种物值在不同条件下的m p c ,值: 对液相查得，2,CT BT A c m p ++= 各种液相物质的热容参数如下表： 乙醇的m p c ,值2)5.351,(,CT BT A c K l m p ++=2635.3511054.4983510510839.11191.100⨯⨯+⨯⨯-=--11204.123--••=K molJ乙酸的m p c ,值2)373,(,CT BT A c K l m p ++=26337310199.74437310595.32648.155⨯⨯+⨯⨯-=--1120.137--••=K molJ乙酸乙酯的m p c ,值2)3.350,(,CT BT A c K l m p ++=2633.35010283.7773.35010054.20799.162⨯⨯+⨯⨯-=--11839.185--••=K molJ水的m p c ,值查得，11)373,(,954.75--••=K mol J c K l m p 对气相各种气象物质的参数如下表气相物质的热容参数乙醇的m p c ,值()23,,g,373p m K c A BT CT DT =+++31026337310183.22237310558.11837310501.231296.6⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯+=--- 11304.77--••=K molJ乙酸乙酯的m p c ,值()23,g,373p m K c A BT CT DT =+++31026337310815.203373104119.9837310226.328673.24⨯⨯-⨯⨯-⨯⨯+=---11352.132--••=K mol J每摩尔物质在100℃下的焓值 (1) 每摩尔水的焓值m vap O H m p O H r H dT c H ∆+=∆⎰373298K 373(,)(22），656.40)298373(10954.753+-⨯⨯=-1352.46-•=mol KJ(2) 每摩尔的乙醇的焓值()()()351.5373r 32,32,,351.5,32,,373298351.5vap m m CH CH OH p m CH CH OH l Cp m CH CH OH l CH c dT H c dT ︒︒∆=+∆+⎰⎰3310)5.351373(304.77723.38)2985.351(10204.123--⨯-⨯++-⨯⨯=1976.46-•=mol KJ(3) 每摩尔乙酸的焓值⎰=∆373298)373,,dT c H K m p r)298373(102.1373-⨯⨯=-1290.10-•=mol KJ(4) 每摩尔乙酸乙酯的焓值()()()350.2373r 323,323,,350.2,323,,373298350.2vap m m CH COOOCH CH p m CH COOOCH CH l Cp m CH COOOCH CH l CH c dT H c dT︒︒∆=+∆+⎰⎰ )3.350373(10352.1323.32)2983.350(10839.18533-⨯⨯++-⨯⨯=--1024.45-•=mol KJ总能量衡算)2()()(13232233OH CH CH m r OH CH CH O H m r O H COOH CH m r COOH CH H n H n H n Q ∆⨯+∆⨯+∆⨯=29.1010015.28976.461008.73352.461007.126333⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯= h KJ /07.9564877= （2）2Q 的计算3253252CH COOH C H OH CH COOC H H O +=+)(1021.11)()2()()(32333232COOH CH m r OH CH CH m r COOCCH CH CH m r O H m r H H H H Q ∆-∆-∆+∆⨯⨯= )976.4629.10352.46024.45(1021.113--+⨯⨯=h KJ /1.382373= （3）4Q 的计算()()()()1111120r 2r 32r 323r 20232323n n n n H H O CH CH OH CH CH OOCCH m H m H O m CH CH OH m CH CH OOCCH Q H H H H =⨯∆+⨯∆+⨯∆+⨯∆ 310)29.1081.16976.4688.61024.4521.11352.4627.137⨯⨯+⨯+⨯+⨯= h KJ /86.9947307=因为2Q >0,说明反应吸热 故，有4321Q Q Q Q =+- 求得：3Q =764803.89/h KJ3Q >0，故应是外界向系统供热。