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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上年產(chǎn)7200t乙酸乙酯的工藝設(shè)計(jì)摘要:本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn)6×103T的間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。通過(guò)物料衡算、熱量衡算,反應(yīng)器體積為、換熱量為。設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果表明,反應(yīng)器的特征尺寸為高3320mm,直徑3200mm;夾套的特征尺寸為高2550mm,內(nèi)徑為3400mm。還對(duì)塔體等進(jìn)行了輔助設(shè)備設(shè)計(jì),換熱則是通過(guò)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60mm。在此基礎(chǔ)上繪制了設(shè)備條件圖。本設(shè)計(jì)為間歇釜式反應(yīng)器的工業(yè)設(shè)計(jì)提供較為詳盡的數(shù)據(jù)與圖紙。關(guān)鍵字:間歇釜式反應(yīng)器; 物料衡算; 熱量衡算; 壁厚設(shè)計(jì);主要符號(hào)一覽表專心-專注-專業(yè)V反應(yīng)釜
2、的體積t反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)物A的起始濃度反應(yīng)物的B起始濃度反應(yīng)物S的起始濃度f(wàn)反應(yīng)器的填充系數(shù)反應(yīng)釜的內(nèi)徑H反應(yīng)器筒體的高度封頭的高度P操作壓力Pc設(shè)計(jì)壓力取焊縫系數(shù)t鋼板的許用應(yīng)力C1鋼板的負(fù)偏差C2鋼板的腐蝕裕量S筒壁的計(jì)算厚度筒壁的設(shè)計(jì)厚度筒壁的名義厚度反應(yīng)器夾套筒體的高度v封頭的體積水壓試驗(yàn)壓力夾套的內(nèi)徑Q乙酸的用量Q0單位時(shí)間的處理量第1章設(shè)計(jì)任務(wù)及條件1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及條件乙酸乙酯酯化反應(yīng)的化學(xué)式為:CH3COOH+C2H5OH=CH3COOC2H5+H2OA B R S原料中反應(yīng)組分的質(zhì)量比為:A:B:S=1:2:1.35,反應(yīng)液的密度為1020Kg/m3,并假定在反應(yīng)過(guò)程中不變。每批裝
3、料、卸料及清洗等輔助操作時(shí)間為1h,每天計(jì)24h每年300d每年生產(chǎn)7200h。反應(yīng)在100下等溫操作,其反應(yīng)速率方程如下rR=k1(CACBCRCS/K) 1100時(shí),k1=4.76×10-6L/(mol·min),平衡常數(shù)K=2.92。乙酸的轉(zhuǎn)化率XA=0.4,反應(yīng)器的填充系數(shù)f=0.8,為此反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)反應(yīng)器。2.1原料的處理量根據(jù)乙酸乙酯的產(chǎn)量可計(jì)算出每小時(shí)的乙酸用量為由于原料液的組成為1+2+1.35=4.35Kg單位時(shí)間的處理量2.2原料液起始濃度乙醇和水的起始濃度將速率方程變換成轉(zhuǎn)化率的函數(shù)其中:2.3反應(yīng)時(shí)間2.4反應(yīng)體積反應(yīng)器的實(shí)際體積第3章熱量核算3.1
4、工藝流程反應(yīng)釜的簡(jiǎn)單工藝流程圖3.2物料衡算根據(jù)乙酸的每小時(shí)進(jìn)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(jìn)料和出料量,具體結(jié)果如下表:物質(zhì)進(jìn)料出料乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.153.3能量衡算3.3.1熱量衡算總式式中:進(jìn)入反應(yīng)器無(wú)聊的能量, :化學(xué)反應(yīng)熱,:供給或移走的熱量,有外界向系統(tǒng)供熱為正,有系統(tǒng)向外界移去熱量為負(fù),:離開反應(yīng)器物料的熱量,3.3.2每摩爾各種物值在不同條件下的值對(duì)于氣象物質(zhì),它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個(gè)公式計(jì)算:2各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表3:液相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)AB×103
5、C×103D×103乙醇-67.444218.4252-7.297261.05224乙酸65.981.4690.15乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592水50.81112.12938-0.0.由于乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)為78.5和77.2,所以:(1) 乙醇的值同理:(2) 乙酸乙酯的值(3) 水的值(3) 乙酸的值3.3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)4物質(zhì)AB×103C×103D×103乙醇6.2.-12.116262.乙酸乙酯24.542753.-9.1.(1) 乙醇的值(2) 乙酸乙酯的值3.3.4每摩
6、爾物質(zhì)在100下的焓值(1) 每摩爾水的焓值同理:(3) 每摩爾的乙醇的焓值(4) 每摩爾乙酸的焓值(5) 每摩爾乙酸乙酯的焓值 3.3.5總能量衡算(1)的計(jì)算物質(zhì)進(jìn)料出料乙酸23.67514.21乙醇36.3026.83乙酸乙酯09.47水81.6890.15(2)的計(jì)算(3)的計(jì)算因?yàn)椋?即:+=求得:=45437.274>0,故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。3.4換熱設(shè)計(jì)換熱采用夾套加熱,設(shè)夾套內(nèi)的過(guò)熱水蒸氣由130降到110,溫差為20。3.4.1水蒸氣的用量忽略熱損失,則水的用量為5第4章反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)4.1反應(yīng)器的直徑和高度在已知攪拌器的操作容積后,首先要選擇罐體適宜的高徑比(H/D
7、i),以確定罐體的直徑和高度。選擇罐體高徑比主要考慮以下兩方面因數(shù):1、 高徑比對(duì)攪拌功率的影響:在轉(zhuǎn)速不變的情況下,(其中D攪拌器直徑,P攪拌功率),P隨釜體直徑的增大,而增加很多,減小高徑比只能無(wú)謂地消耗一些攪拌功率。因此一般情況下,高徑比應(yīng)選擇大一些。2、 高徑比對(duì)傳熱的影響:當(dāng)容積一定時(shí),H/Di越高,越有利于傳熱。31 高徑比的確定通常才用經(jīng)驗(yàn)值表6種類罐體物料類型H/Di一般攪拌釜液固或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類氣液相物料1.72.5假定高徑比為H/Di=1.2,先忽略罐底容積7取標(biāo)準(zhǔn)表32用標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭參數(shù)見表8公稱直徑(mm)曲面高度(mm)直邊高度(mm)內(nèi)表
8、面積(m2)容積(m3)32008004011.54.61筒體的高度釜體高徑比的復(fù)核滿足要求4.2筒體壁厚的設(shè)計(jì)4.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定表33反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸汽壓9物質(zhì)水乙酸乙醇乙酸乙酯飽和蒸汽壓(MPa)0.1430.080.3160.272該反應(yīng)釜的操作壓力必須滿足乙醇的飽和蒸汽壓所以去操作壓力P=0.4MPa,該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力Pc=1.1P=1.1×0.4MPa=0.44MPa該反應(yīng)釜的操作溫度為100,設(shè)計(jì)溫度為120。由此選用16MnR卷制16MnR材料在120是的許用應(yīng)力t=170MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0(雙面對(duì)接焊,100無(wú)損探傷)腐蝕裕量C2=2
9、mm4.2.2筒體的壁厚計(jì)算厚度10鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚4.3釜體封頭厚計(jì)算厚度鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容器的制造取壁厚第5章反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)5.1夾套DN、PN的確定5.1.1夾套的DN由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知:5.1.2夾套的PN由設(shè)備設(shè)計(jì)條件可知,夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓,取PN=0.25MPa,由于壓力不高所以?shī)A套的材料選用Q235B卷制Q235B材料在120是的許用應(yīng)力t=113MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)=1.0(雙面對(duì)接焊,100無(wú)損探傷)腐蝕裕量C2=2mm5.2夾套筒體的壁厚計(jì)算厚度鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容
10、中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取5.3夾套筒體的高度5.4夾套的封頭5.4.1封頭的厚度夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭,內(nèi)徑與筒體()相同。夾套的上封頭選帶折邊形的封頭,且半錐角。計(jì)算厚度鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度名義厚度按鋼制容中DN=3400mm的壁厚最小不的小于8mm所以取帶折邊錐形封頭的壁厚考慮到風(fēng)頭的大端與夾套筒體對(duì)焊,小端與釜體筒體角焊,因此取封頭的壁厚與夾套筒體壁厚一致,即5.5傳熱面積校核由于反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)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(jìn)行,且會(huì)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(guò)高,在反應(yīng)釜的上方設(shè)置了冷凝器進(jìn)行換熱,因此不需要進(jìn)行傳熱面積的校
11、核。如果反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的是吸熱反應(yīng),則需進(jìn)行傳熱面積的校核。第6章反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)6.1釜體的水壓試驗(yàn)6.1.1水壓試驗(yàn)壓力的確定6.1.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核16MnR的屈服極限由所以水壓強(qiáng)度足夠6.1.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程:P表=2=2×0.55=1.1或1.5PT P表4PT 即0.825MPa P表2.2水溫5 6.1.4水壓試驗(yàn)的操作過(guò)程操作過(guò)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(zhǎng)時(shí)間,檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格,緩
12、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(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。6.2夾套的液壓試驗(yàn)6.2.1水壓試驗(yàn)壓力的確定且不的小于(p+0.1)=0.35MPa所以取6.2.2水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核Q235B的屈服極限由所以水壓強(qiáng)度足夠6.2.3壓力表的量程、水溫壓力表的最大量程:P表=2=2×0.35=0.7或1.5PT P表4PT 即0.525MPa P表1.4水溫5 6.2.4水壓試驗(yàn)的操作過(guò)程操作過(guò)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
13、夠長(zhǎng)時(shí)間,檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)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(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。第7章攪拌器的選型攪拌設(shè)備規(guī)模、操作條件及液體性質(zhì)覆蓋面非常廣泛,選型時(shí)考慮的因素很多,但主要考慮的因素是介質(zhì)的黏度、攪拌過(guò)程的目的和攪拌器能造成的流動(dòng)形態(tài)。同一攪拌操作可以用多種不同構(gòu)型的攪拌設(shè)備來(lái)完成,但不同的實(shí)施方案所需的設(shè)備投資和功率消耗是不同的,甚至?xí)沙杀兜牟顒e。為了經(jīng)濟(jì)高效地達(dá)到攪拌的目的,必須對(duì)攪拌設(shè)備作合理的選擇。根據(jù)介質(zhì)黏度由小到大,各種攪拌器的選用順序是推進(jìn)式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式。
14、根據(jù)攪拌目的選擇攪拌器的類型:均相液體的混合宜選推進(jìn)式,器循環(huán)量大、耗能低。制乳濁液、懸浮液或固體溶解宜選渦輪式,其循環(huán)量大和剪切強(qiáng)。氣體吸收用圓盤渦輪式最適宜,其流量大、剪切強(qiáng)、氣體平穩(wěn)分散。對(duì)結(jié)晶過(guò)程,小晶粒選渦輪式,大晶粒選槳葉式為宜。根據(jù)以上本反應(yīng)釜選用圓盤式攪拌器。7.1攪拌槳的尺寸及安裝位置葉輪直徑與反應(yīng)釜的直徑比一般為0.2 0.512,一般取0.33,所以葉輪的直徑,??;葉輪據(jù)槽底的安裝高度;葉輪的葉片寬度,?。蝗~輪的葉長(zhǎng)度,?。灰后w的深度;擋板的數(shù)目為4,垂直安裝在槽壁上并從槽壁地延伸液面上,擋板寬度槳葉數(shù)為6,根據(jù)放大規(guī)則,葉端速度設(shè)為4.3m/s,則攪拌轉(zhuǎn)速為:,取7.2
15、攪拌功率的計(jì)算采用永田進(jìn)治公式進(jìn)行計(jì)算:13由于數(shù)值很大,處于湍流區(qū),因此,應(yīng)該安裝擋板,一小車打旋現(xiàn)象。功率計(jì)算需要知到臨界雷諾數(shù),用代替進(jìn)行攪拌功率計(jì)算??梢圆楸砩贤牧饕粚恿鞔蟮霓D(zhuǎn)折點(diǎn)得出。查表知:所以功率:,取7.3攪拌軸的的初步計(jì)算7.3.1攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)(1)電機(jī)的功率3 ,攪拌軸的轉(zhuǎn)速90,根據(jù)文獻(xiàn)取用材料為1Cr18Ni9Ti , 40,剪切彈性模量8.1×104,許用單位扭轉(zhuǎn)角1°/m。由得:=利用截面法得: =()由 得:=攪拌軸為實(shí)心軸,則:= 57.05mm 取60mm(2)攪拌軸剛度的校核:由 剛度校核必須滿足: ,即:所以攪拌軸的直徑取60mm滿
16、足條件。7.3.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=90200,故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。7.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)由于選用擺線針齒行星減速機(jī),所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)(D型)。標(biāo)記為:40 HG 2157095。結(jié)論依據(jù)GB 150-1988鋼制壓力容器尺寸為反應(yīng)器體積為,反應(yīng)釜高為3320mm,直徑3200mm,完成設(shè)計(jì)任務(wù),達(dá)到實(shí)際要求。參考書目1 譚蔚主編,化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M,天津:天津大學(xué)出版社,2008.42 柴誠(chéng)敬主編,化工原理上冊(cè)M,北京:高等教育出版社,2008.93李少芬主編,反應(yīng)工程M,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.24王志魁編. 化工原理M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2006.5陳志平, 曹志錫編. 過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型基礎(chǔ)M. 浙江: 浙江大學(xué)出版社. 2007.6金克新, 馬沛生編. 化工熱力學(xué)M, 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 20037涂偉萍, 陳佩珍, 程
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