化工反应工程反应器课程设计

化学反应工程课程设计题目年产80000t乙酸乙酯间歇釜式反应器设计系别化学与化工学院

专业应用化学

学生姓名

学号年级

指导教师职称副教授

2013 年 6 月20 日

一、设计任务书及要求

1.1设计题目

80000t/y 乙酸乙酯反应用间歇釜式反应器设计

1.2设计任务及条件

（1）反应方程式：

)()()()(2523523S O H R H C O O C CH B OH H C A COOH CH +⇒+ （2）原料中反应组分的质量比：A ：B ：S=1：2：1.35。

（3）反应液的密度为1020kg/3m ,并假设在反应过程中不变。C 100︒时被搅拌液体物料的物性参数为： 比热容为13.124-⋅⋅=K mol J C p ，导热系数()C m W ︒⋅=/325.0λ，黏度

s Pa .101.54-⨯=μ。

（4）生产能力：80000t/y 乙酸乙酯，年生产8000小时，，每小时生产10t,乙酸的转化率为40℅。每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1h 。 （5）反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下：

()K c c c c k r S R B A A /1-=

100℃时，min)./(1076.441mol L k -⨯=，平衡常数K =2.92。反应器填充系数可取0.70-0.85。乙酸乙酯相对分子质量88；乙酸相对分子质量60；乙醇相对分子质量46；水相对分子质量18。

（6）最大操作压力为10.4P MPa =。加热的方式为用夹套内的水蒸汽进行电加热。

1.3设计内容

1、物料衡算及热量衡算；

2、反应器体积计算及高径比、直径等参数确定；

3、反应搅拌器设计；

4、其他配件；

5、带管口方位图的设备条件图绘制（不用绘制零件图，不用达到设备装配图水平）；

6、设计体会；

7、参考文献。

二、反应釜基本计算

2.1 反应器类型选择

常用反应器的类型有：①管式反应器；②釜式反应器；③有固体颗粒床层的反应器；④塔式反应器；⑤喷射反应器；⑥其他多种非典型反应器。如回转窑、曝气池等。

由于本设计是液液相反应，综合考虑以上反应器的处理能力以及其优缺点，选用釜式反应器。

反应器的操作方式包括间歇、连续、半连续。由于反应原料是混合加入，不采用半连续反应釜。因此，本设计的反应器在间歇反应釜和连续反应釜之间选择。

2.2 物料衡算

根据生产任务计算原料处理量：80000t/y 乙酸乙酯，年生产8000小时，，每小时生产10t,乙酸的转化率为40℅。每小时乙酸需用量为：

h kmol /09.2844

.08810000

=⨯

式中：88为乙酸乙酯的相对分子质量。

由于原料种乙酸：乙醇：水=1：2：1。35，则1+2+1.35=4.35kg 原料液中含1kg 乙酸，可求单位时间的原料液量为：

h m q /70.721020

35

.46009.28430=⨯⨯=

式中，60为乙酸的相对分子质量。原料液的起始组成为：

L mol c A /908.370

.7209

.2840==

乙醇与水的相对分子质量分别为46和18，通过乙酸的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙醇和水的起始浓度为：

L

mol c B /195.10462

60908.30=⨯⨯= L mol c S /586.1718

35.160908.30

⨯⨯=

采用间歇反应釜，假设每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1h 。求反应釜的实

际体积为V ，计算如下：因为

()A A A X c c -=10，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+=

带入速率方程，整理后得：

()2021A A

A c cX b a k ++=γ 其中，00A

B c c a =，()K ++-=00001A S A B c c c c b ，K -=11c 。 带入数据： 61.2908.3195.10==a ，

()()15.592.2908.3586.17908.3195.101-=⨯++-=b

6575.092.211=-=c

根据公式：

X Af

A

AO

A dX t c R =-⎰

求得反应时间

(

)

(

)()

a

X ac b b a X ac b b Ln ac b c k cX b a dX c k t Af Af A X A A A Af

242441

1222010

20

1+--+-+-=++=

⎰ 其中，()434.46575.061.2415.5422=⨯⨯--=-ac b

将有关数据带入上式得反应时间为：

()()min 9.15361.2240.0434.415.561.2240.0434.415.5434

.4908.31076.41

4=⨯+⨯--⨯+⨯+-⨯⨯⨯=

-Ln

t 所需的反应体积为：

()30042.183)160/9.153(70.72m t t q V t =+⨯=+=

通常反应器的装填系数η可取0.6-0.85。如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态，通常装填系数应取较低值，一般为0.6—0.7；若反应状态平稳，可取0.8—0.85（物料黏度大时，可取最大值）。本设计综合考虑反应物和生成物的物性参数，最终选用装填系数η=0.8。则反应器的实际体积为：

3323075.2298.042.1838.0m m V V t ≈===