间歇式反应釜设计说明书

《间歇式反应釜设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《间歇式反应釜设计说明书（30页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、_反应釜设计任务书一、 设计题目：5103T/Y乙酸乙酯反应釜设计1、用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，年生产量为5000吨，2、反应式为3、原料中反应组分的质量比为：4、反应液的密度为，并假设在反应过程中不变5、每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1小时6、反应在100下等温操作，其反应速率方程式为7、100时，平衡常数8、反应器的填充系数取0.75二、 设计内容1、计算预算转化率为38%时所需的反应体积2、反应高经比，壁厚3、设备选材4、设备条件图5、搅拌器25_摘要摘要：本选题为年产量为5103T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、换热量为。设备设计结果表明

2、，反应器的特征尺寸为高2973.3mm，直径3000mm，还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。搅拌器的形式为圆盘桨式搅拌器，搅拌轴直径80mm，搅拌轴长度3601mm。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。关键字：间歇釜式反应器; 物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计;Abstract: The batch reactor for five million T a year is to be designed. Through the material, heat balance reactor volume, hea

3、t transfer. Equipment design results show that the characteristic dimensions for high reactor is 2973.3 mm, diameter is 3000mm, height is 3180mm , the auxiliary equipment also is to be designed , heat is finished through the clip with the common cold tube inside. The mixer for disk paddle type mixer

4、, stirring shaft diameter and length of stirring shaft is 3601mm , diameter is 80mm. Based on the condition of equipment drawing. This design for batch reactor industrial design provides a detailed data and drawings.Key words: batch reactor, Material, Heat balance, Thick wall design,目 录第一章 反应釜物料衡算1.

5、1 反应釜反应时间、反应体积的确定原料处理量,根据乙酸乙酯的产量，每小时的一算用量为：式中88为乙酸乙酯的相对分子质量。由于原料液中，所以4.35kg原料液中含1kg一算，由此可求单位时间的原料液量为：式中60为乙酸的相对分子质量，原料液的起始组成为乙醇和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液中个组分的质量比，可求出乙醇和水的起始浓度为由公式可求反应时间，为此需将题给的速率方程变换成转化率的函数，因为， ， 带入速率方程，整理后得：式中得反应时间1将有关数值代入式中得反应时间为：所以，所需反应体积为反应器的实际体积为：第二章 反应釜公称直径、公称压力的确定2.1 反应釜公

6、称直径的确定将反应釜视为筒体，取，由，则，圆整查到反应釜的2.2 反应釜PN的确定计算各物质的饱和蒸汽压2物质ABC乙醇7.338271652.05231.48乙酸9.312971416.7211乙酸乙酯9.222981238.71217由得一下数据在100下，各物质的饱和蒸汽压为下列图表乙醇乙酸乙酸乙酯水反应比例： 1 1 11初始条件： 1 2 1.35 0反应用量： -0.38 -0.38 0.38 0.38最终比例： 0.62 0.62 1.73 0.38总物质的量：4.35物质组成0.14250.37240.39770.08736黏度/MPa0.4450.3610.2160.2838

7、选取反应釜的操作压力大于反应釜内物质的最大饱和蒸汽压所以取操作压力，故第三章 反应釜体设计3.1 反应釜筒体壁厚的确定3.1.1 设计参数的确定设计压力：，取液体静压忽略不计计算压力:设计温度：焊缝系数：（双面对接焊，100%无损探伤）3许用应力：根据材料，设计温度为110，该材料的4钢板负偏差：腐蚀裕量：（双面腐蚀）3.2 筒体壁厚设计由公式5得：圆整刚度校核：不锈钢的6考虑筒体的加工壁厚不小于10mm，故筒体的壁厚取3.3 釜体封头设计3.3.1 封头的选型从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种

8、凸形封头进行计算、比较后，再确定封头形式。但由定性分析可知：半球形封头手里最好，壁厚最薄，重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；蝶形封头的深度可通过过渡半径加以调节，但由于蝶形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；保准椭圆形封头制造比较简单，受力状况比蝶形封头好，故该反应釜采用椭圆形封头。釜体的封头选取标准型椭圆型封头7，代号为、标准3.3.2 封头壁厚设计椭圆型封头由整块钢板冲压而成，所以取钢板负偏差：腐蚀裕量：（双面腐蚀）由公式得圆整得根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致封头的直边尺寸、体积及重量的确定8 直边高度体积深度内表面积质量3.3 筒体长度H设计筒体

9、长度H的设计,圆整得：釜体长径比的校核，设计参数9：种类釜内物料类型一般反应釜液-液相或液-固相物料气-液相物料11.312发酵罐气-液相物料1.72.5由表知，该反应釜的长径比满足要求3.4 反应釜的压力校核3.4.1 釜体的水压试验水压试验压力的确定水压试验的压力：且不小于查得， 取3.4.2 液压试验的强度校核由得：故液压强度足够压力表的量程、水温及水中氯离子浓度的要求压力表的最大量程：或即水温t水中氯离子浓度水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至，保证时间不低于30分钟，然后将压力缓慢降到，保证时间足够长，检查所有焊缝和

10、链接部位有无泄漏和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。如质量合格，修补后重新试压直到合格为止。水压试验合格后再做气压试验。3.5 釜体的气压试验3.5.1 气压试验压力的确定气压试验的压力：取气压试验的强度校核由得：因为所以气压强度足够气压试验的操作过程做气压实验时，将压缩空气的压力缓慢升到，保持5分钟进行初检。合格后继续升压到压力为，其后按每级的级差，逐级升到，保持10分钟，然后降到，保证时间足够长进行检查，如有泄露，修补后去年上述规定重新进行试验，釜体试压合格后再焊上夹套进行压力试验。第四章 反应釜夹套的设计4.1 夹套公称直径、公称压力的确定4.1.

11、1 夹套DN的确定由夹套的筒体内径与釜体的内径之间的关系可知：所以4.1.2 夹套PN的确定由设备设计条件知，夹套内介质的工作压力为常压，取4.2 夹套筒体的设计4.2.1 夹套筒体壁厚的设计因为为常压，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。因为，取且不小于再加，所以，圆整对于的筒体壁厚取。4.2.2 夹套筒体长度H的确定圆整后104.3 夹套封头的设计4.3.1 封头的选型夹套的下封头选标准椭圆型，内径与筒体相等（），代号,标准。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角椭圆型封头壁厚的设计因为，所以需要根据刚度条件设计封头的最小厚度因为，取且不小于再加上所以，圆整。对于制造的封头厚度取4.3

12、.2 椭圆型封头结构尺寸的确定封头尺寸直边高度深度容积质量840mm4.63m31270kg由设备条件知，下料口的，封头下部结构主要尺寸.带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的不厚一致，即。4.4 夹套的液压试验4.4.1 液压试验压力的确定水压试验的压力：且不小于查得， 取4.4.2 液压试验的强度校核由得：故液压强度足够压力表的量程、水温及水中氯离子浓度的要求11压力表的最大量程：或即水温t水压试验的操作过程操作过程：在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至，保证时间不低于30分钟，然后将

13、压力缓慢降到，保证时间足够长，检查所有焊缝和链接部位有无泄漏和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。如质量不合格，修补后重新试压直到合格为止。第五章 外压壁厚的设计5.1 圆筒的临界压力计算设计夹套内介质的工作压力为常压0.1试差法设计筒体壁厚：当时试差出不满足要求又设筒体的壁厚，则 由得：筒体的计算长度= = 21381.9 ；该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为：（对于圆筒m=3） 故 ；所以假设14满足稳定性要求。故筒体的壁厚14。5.2 外压封头壁厚设计设封头的壁厚，则，对于标准椭圆型封头系数K=1， 计算系数查得图在110，计算系数A下系数、又由 所以有

14、满足要求故取与筒体壁厚一致为14mm第六章 热量衡算6.1 热量衡算基本数据原料带入的热量Q1（KJ），反应完成后物料带出的热量Q2（KJ），反应热Q3（KJ），夹套传进的热量Q4（KJ），内冷管移热量Q5（KJ），热量衡算式为：各物质的比热容（25,101.325KPa）金克新 赵传钧 马沛生 化工热力学物质CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O比热容J/（molK）123.6112.25170.675.29标准摩尔生成焓 KJ/mol-484.30-276.98-478.82-285.8325进料，100下恒温反应6.2 原料带入的热量Q1的计算因为查得的比热容是25下的，而

15、进料也是在25下进行，所以原料带入的热量为Q1=0反应完成后物料带出的热量Q2的计算， 出料时（100）各物料的摩尔定压热容可根据下关联式来求取：各物质的液体热容与温度的关联式系数表物质AB10C103D105温度范围K乙酸65.981.4690.15295 400乙醇-67.444218.4252-7.297621.05224159 453乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.4592190 375水50.81112.12938-0.6309740.0648311273 623则各物质在100时的热容为：6.3 反应热的计算 25时的标准摩尔反应热为：25时的标准摩尔定压热容为：

16、由基希霍夫公式：可以求出100是的标准摩尔反应焓：该反应达到40%的转化率时的总反应热为：小于0，反应为放热反应即反应达到40%的转化率时总共放出的热量为：6.4 夹套给热量的计算要使反应在100下进行，启动反应时夹套需要传给的热量为：6.5 内冷管移热量的计算由热量恒算式可求出内冷管需要移走的热量为：换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130降到110，温差为20。水蒸气的用量忽略热损失，则水的用量为第七章 反应釜附件的选型及尺寸设计7.1 釜体法兰连接结构的设计根据，可以确定法兰的类型为乙型平焊法兰标记： 法兰 材料：法兰结构尺寸公 称直径DN/mm法兰/mm螺栓DD1D2D3D4d规

17、格数量2800296029152876285610235027M24727.2 密封面形式的选型由于，所以选用密封面形式为全平面垫片的设计垫片选用石棉橡胶板，7.3 工艺接管的设计7.3.1 原料液进口管原料液的量为，生产两小时所需要的原料液的量为：，但所有原料液需在1/3h 进完则进料的质量流量为：，相应的体积流量为，设进料的速率为1.5m/s，则进口管料的直径为，圆整之后取90mm。因此采用无缝钢管，管的一端切成45，伸入罐内一定长度。配用突面板式平焊管法兰： 法兰 7.3.2 物料出口管由于是间歇釜式反应器进料和出料管一样，是一次进料，一次出料，即进口管口直径和出口管直径是一样的。采用无

18、缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： 法兰 。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀 。7.3.3 催化剂进口设计催化剂选用H做催化剂，此催化剂不腐蚀设备，生产无废液排除，此反应为间歇反应器，催化剂做成颗粒状，则过滤后产品即可分离，便于操作。催化剂的用量当小于反应物总量的4%时，随着催化剂的用量增大酯化率液随之增大，当增大到0.4%时，在增大催化剂的用量对酯化率的影响减小，因此最佳催化剂的用量为反应物总质量的0.4%。反应物的总质量为10842.6Kg，则催化剂的量为：。由于催化剂的用量很少，采用无缝钢管，管的一端切成45，伸入罐内一定长度。配用突面板式平焊管法兰

19、： 法兰 7.3.4 温度计接口采用无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰： 法兰 7.3.5 视镜采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： 法兰 第八章 搅拌装置设计机械搅拌设备是实现聚合、混合、中和、溶解、结晶、吸收和传热等化工过程的单元设备。惯犯应用于是有、化工、食品、医药及冶金等行业。搅拌轴是搅拌设备的核心元件，包括传动轴本身和随轴转轴的附件，如联轴器、减半叶轮等，必须经过设计计算凸缘法兰一般还接于搅拌容器封头，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装、维修、检查用孔。8.1 凸缘法兰选择凸缘法兰的公称直径DN200900mm。形式如表所示12凸缘法兰形式结

20、构型式密封面型式突面凹面整体R M衬里LRLM安装底盖采用螺柱等紧固件与凸缘法兰连接，使整个减半传动装置与容器连接的主要连接件。 我国现行的设计标准5机械搅拌设备6 ( H G/T20569- 94) 是对保证设计质量和加快设计进度, 起到了很大作用。 标准中, 力学模型的主要假设有: 刚性联轴器联接的可拆轴视为整体轴; 搅拌器及轴上的其他零件( 附件) 的重力、惯性力、流体作用力均作用在零件轴套的中部; 轴受扭距作用外, 还考虑搅拌器上流体的径向力以及搅拌轴和搅拌器在组合重心处质量偏心引起的离心力的作用。在此基础上, 标准给出了两种常规的计算模型: 单跨轴及悬臂轴。 8.2 临界转速的计算在

21、临界转速的计算过程中, 该标准对搅拌轴及搅拌器的质量先作了有效质量的处理: 刚性轴的有效质量等于轴自身的质量加上轴附带的液体质量。 刚性搅拌轴的搅拌器( 包括附件) 有效质量等于搅拌器自身质量加上搅拌器附带的液体质量。可由下列公式计算 第 i 个搅拌器的附加质量系数, 第 i 个搅拌器的直径, mm; 第 i 个搅拌器的叶片宽度; 、 为搅拌器几何尺寸, , 之后, 再把各有效质量作了相当质量的简化。具体如下:单跨轴的有效质量 简化到轴的中点处, 相当质量为搅拌器在中点处的相当质量为: 中点处总的相当质量为两端简支的等直径单跨轴的一阶临界转速为- 空心轴内外径之比, 实心轴为 0;E 轴材料的

22、弹性模量, MPa;轴直径, mm。所以。选取减速器的转速为 搅拌功率的计算反应比例： 1 1 11初始条件： 1 2 1.35 0反应用量： -0.38 -0.38 0.38 0.38最终比例： 0.62 0.62 1.73 0.38总物质的量：4.35物质组成0.14250.37240.39770.08736黏度/MPa0.4450.3610.2160.2838液体的黏度对搅拌状态有很大影响，所以根据搅拌介质黏度大小来选型。传统的搅拌叶轮分成两大类。一类适用于低黏度流体，如蒋式、涡轮式等；另一类适用于高黏度流体，如螺带式叶轮。由于系统的黏度不高，且蒋式搅拌器的能耗比圆盘涡轮搅拌器的能耗高，

23、所以选择圆盘涡轮搅拌搅拌器。搅拌功率： 8.3 搅拌装置的选型与尺寸设计8.3.1 搅拌轴直径的初步计算有防腐或防污染物料等要求较高的场合，应选用耐酸不锈钢。奥氏体型不锈耐酸钢（321）有较高的抗晶间腐蚀能力，对一些有机酸和无机酸（尤其是在氧化性介质中）具有良好的耐腐蚀性能用于制造耐酸输送管道，大型锅炉过热器、再热器、蒸汽管道、石油化工的热交换器等。本设计中的物料中有乙酸，因此搅拌轴材料为奥氏体型不锈耐酸钢。电机的功率为，搅拌轴的转速，搅拌轴的材料为，剪切弹性模量，许用单位扭转角由得： 利用截面法得：由得： 搅拌轴为实心轴，则， 取搅拌轴刚度的校核，得因为最大单位扭转角所以圆轴的刚度足够。考虑

24、到搅拌轴与联轴器配合，可能需要进一步调整。8.3.2 搅拌轴临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速，故不作临界转速校核计算。联轴器额型式及尺寸的设计选用摆线针齿行星减速器，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴器（D型）。标记为,搅拌器选用圆盘涡轮式搅拌器8.4 搅拌轴的结构及尺寸设计8.4.1 搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度L近似由釜外长度、釜内未侵入液体的长度 、侵入液体的长度三部分组成。即其中（H机架高，M减速机输出轴长度）所以搅拌轴的长度当时为最佳装填高度，当时，设置一层搅拌桨8.4.2 搅拌桨的尺寸设计因为搅拌桨的长度，釜体的直径。所以取密封端面的平面度不大于0.0009mm，硬质材料密封端

25、面粗糙度不大于0.2，软质材料密封端面粗糙度不大于0.4第九章 支座夹套反应釜采用立式安装，采用耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为A型和B型两种，此设备需要保温110时选用B型。支座数设计为4个。结论依据GB 150-1988钢制压力容器尺寸为反应器体积为，反应釜高为2973.3mm，直径3000mm，完成设计任务，达到实际要求。设计结果一览表项目数值设计压力/Mpa反应釜0.385夹套0.1设计温度/373.15壁厚/mm反应釜体10夹套14材料选型反应釜体夹套直径/mm反应釜体2800夹套3000高度/mm反应釜体4180夹套2973.3传热量/KJ搅拌器材料人孔450m

26、m 1个支座4个搅拌器功率反应釜体积/m319.77参考文献1 李绍芬编. 反应工程M. 北京: 化学工出版社. 20002王志魁编. 化工原理M. 北京: 化学工业出版社，2006.3 谭蔚编.化工设备设计基础M. 天津: 天津大学出版社. 2006.4陈志平, 曹志锡编. 过程设备设计与选型基础M. 浙江: 浙江大学出版社. 2007.5金克新, 马沛生编. 化工热力学M, 北京: 化学工业出版社. 20036涂伟萍, 陈佩珍, 程达芳编. 化工过程及设备设计M. 北京: 化学工业出版社, 2000.7匡国柱,史启才编. 化工单元过程及设备课程设计M. 北京: 化学工业出版社, 2005.

27、8柴诚敬编. 化工原理M. 北京: 高等教育出版社, 2000. 9管国锋 ,赵汝编.化工原理M. 北京: 化学工业出版社, 2008.10朱有庭, 曲文海编. 化工设备设计手册M. 化学工业出版社, 2004.11丁伯民, 黄正林编. 化工容器M. 化学工业出版社. 2003. 12王凯, 虞军编. 搅拌设备M. 北京: 化学工业出版社. 2003.后 记今天我的设计说明书大部分都已经完工了，再此之际我要衷心的感谢尚书勇老师。谢谢他在这一年中交会了我很多东西，以前我就觉得我学习完全就是为了考试，宁愿在寝室里多看一会儿电视，我也不愿意多看一点课外的书。是尚老师让我再次明确了我上学的目的，让我反

28、思了这些年我在哪些方面做的不足，让我更加明确了我以后该走什么样的道路。昨天的考试已经顺利的结束了，今天看着很多同学回家的已经回家了，留校的正在往B区搬东西，心里难免有一些不快，因为考试本来是一个学期最后的一件事情，考试过后会开开心心的玩两天，然后再想其他的事情，但是今年考试过后还要留在实验室做课程设计，总觉得心里面有些不平衡。很多天以前，我还在为到底选哪种反应釜而烦恼，最后在再三考虑下，我选择了间歇式反应器，但是随之而来的问题却远比我想象的要困难的多，没想到这项看起来很小的一件事情确实非常需要耐心和精力，在今天我已经明白了课程设计虽我们工科性学生的意义，它提高了我那运用知识的能力，还让我们提高

29、了查阅文献的能力。更加提高了我们独立思考的能力。在这次设计中我遇到了很多困难，最开始连设备材料的选型我都不知道怎么选，因为这次设计的题目是一个有机酯化反应，以前在选型的时候随便就选了一个常用的16MnR作为材料，而这次就不行，所以在选材方面就花了很长的时间，然后就是很多物性参数不知道在哪去找，就比如乙酸乙酯的生成焓，因为乙酸乙酯不能由单质直接生成，随意标准摩尔生成焓查不到，然后又查乙酸乙酯的燃烧焓，可是找了很多书还是找不到，那时候都有想随便做一下应付一下的想法，但后来，在图书馆中我终于找到了这个数据，当时觉得真的好不容易。后来又涉及到搅拌装置的计算，这又是一个难题，让我想了好久，总之，在这次设

30、计中遇到了很多困难，但是都被我克服了，在设计的过程当中，有很多数据设计出来不一定能如人意，有些要反复试算很多遍，很能考验耐性。在这次设计中，我做了如下内容，反应釜的体积计算，物料衡算，热量衡算，搅拌装置的选型以及搅拌功率的计算，物料管道的计算，法兰的选型等。回想起这段时间的生活有些心酸，因为临近期末了，有很多门课都要复习考试，还有化工原理、设备课程设计和反应工程课程设计，很多时候在实验楼做了一天的课程设计，道路晚上一闭上眼睛，脑袋了出现的全是白天遇到的那些数据，还使劲的在脑子里转，总想着如何才能把设计和复习做到两不误，最终我还是做到了这一点，虽然我觉得我做的设计不如人意，但是我能够顺利交稿了。

31、两周的课程设计虽然短暂而劳累，但却让我提高了发现、提出、分析、解决问题和时间能力，这些都会受益于我在以后的学习、工作和生活中，设计过程好比我们人类成长的过程，长友一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解得不够深刻。掌握的不够牢固。通过查阅很多有关资料，并几个人在一起讨论了很多次，交流和自学，入到实在搞不懂的问题就几十的请教老师，是自己学到了很多知识，液经历了不少艰辛，但收获同样巨大，通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握了。但是运用到实际过程中任然有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决，这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这对我以后的学习残生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持、耐心和努力。这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样，同是我也对自己的专业产生了极大的兴趣。在这次设计中，得到了尚老师的耐心的指导，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我们，除了敬佩尚老师的专业水平外，他治学严谨和科学研究的精神也是我们永远学习的榜样，并将积极影响我们今后的学习和工作，再此，向尚老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。