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1、反响工程课程设计说明书-年产吨乙酸乙酯的反响器的设计目录一设计任务书 3 二概述 6三工艺设计计算 7 1设计依据 72 设计方案 73 设计计算 731 间歇反响釜的生产计算 732 连续反响釜的生产计算 9 33 热量的衡算 12四设备设计与选型 171 反响釜及夹套的设计计算 172 搅拌器的设计 183 夹套式反响釜附属装置确实定 21 五总结 24六参考文献 25化学工程与工艺专业化学反响工程课程设计任务书一设计工程年产 2023 学号100 吨乙酸乙酯的反响器的设计二设计条件生产规模 5800 吨年生产时间连续生产 8000 小时年间隙生产 6000 小时年物料损耗按 5 计算乙酸
2、的转化率 60 三反响条件反响在等温下进展反响温度为 80以少量浓硫酸为催化剂硫酸量为总物料量的 1 当乙醇过量时其动力学方程为- rA kCA2A 为乙酸建议承受配比为乙酸乙醇 15 摩尔比反响物料密度为 085 l 反响速度常数 k 为 1500kmolmin四设计目的和要求通过课程设计要求更加生疏工程设计根本内容 把握化学反响器设计的主要程序及方法熬炼和提高学生综合运用理论学问和技能的力量独立工作和创力量概述此次课程设计是结合化学反响工程这门课程的内容及特点所进展的一次模拟设计它结合实际进展计算对我们理解理论学问有很大的帮助同时通过做课程设计我们不仅娴熟了所给课题的设计计算而且通过分析课
3、题查阅资料方案比较等一系列相关运作让我们对工艺设计有了初步的设计根底在设计过程中解决所遇难题对我们养成独立思考态度严整的工作作风有极大的帮助并为我们以后从事这个行业做好铺垫酯化反响是有机工业中较成熟的一个工艺尽管现在研制出不同的催化剂合成工艺但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的酯化反响器设计的根本要求是满足传质和传热要求因此需要设计搅拌器另外反响器要有足够的机械强度抗腐蚀力量构造要合理便于制造安装和检修经济上要合理设备全寿命期的总投资要少夹套式反响釜具有以下特点 1 温度简洁掌握 2 浓度简洁掌握 3 传质和传热良好 4 设备使用寿命长产品乙酸乙酯简介 无色澄清液体有猛烈的醚似的气味清
4、灵微带果香的酒香易集中不长久分子量 8811 沸点 772 微溶于水溶于醇醚等多数有机溶剂通过给定设计的主要工艺参数和条件综合系统地应用化工理论及化工计算学问完成对反响釜的工艺设计和设备设计工艺设计计算1 设计依据乙酸乙酯生产设计任务书2 设计方案对于乙酸乙酯的生产既可以承受间歇式生产也可以承受连续式生产本次设计将依据自己的生产规模计算对设计方案进展比较得出合理的工艺设计流程3 工艺计算及方案选择31 间歇釜进料com 流量的计算com1 乙酸乙酯的产量化学反响方程式乙酸乙酯的相对分子质量为 88 所以要求的生产流量为F 酯com2 乙酸的流量乙酸承受工业二级品含量98 乙酸与乙酸乙酯的物质的
5、量比为11 乙酸的转化率物料损失以 5 计 则乙酸的进料量FA0com3 乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为 51 则乙醇的进料量为F 乙醇 51966983kmolhcom4 硫酸的流量总物料的质量流量如下计算W 总 FAMAF 乙 M 乙 W 硫酸因硫酸为总流量的 1 则 W 硫酸 com5759 即可算其物质的量流量 F 硫酸5759 98 059com5 总物料量流量 FFA0F 乙醇 F 硫酸 1966 983059 11855 kmolh 表 1物料进料量表名称 乙酸乙醇浓硫酸流量 kmolh 1966983 059com 反响体积及反响时间计算当乙醇过量时可视为对乙酸浓度为二级的反
6、响其反响速率方程 A 为乙酸当反响温度为 80催化剂为硫酸时反响速率常数 k 1500 09m3 kmolh 由于乙醇大大过量反响混合物密度视为恒定等于 085kgL当乙酸转化率由间歇釜反响有依据阅历取非生产时间则反响体积因装料系数为 075 故实际体积要求每釜体积小于 5m3则间歇釜需 3 个每釜体积 V 319 m3 圆整取实际体积32 连续性进料的计算com 流量的计算com1 乙酸乙酯的产量化学反响方程式乙酸乙酯的相对分子质量为 88 所以要求的生产流量为F 酯com2 乙酸的流量乙酸承受工业二级品含量98 乙酸与乙酸丁酯的物质的量比为11 乙酸的转化FA0com3 乙醇的流量乙醇与乙
7、酸的摩尔配比为 51 则丁醇的进料量为com4 硫酸的流量总物料的质量流量如下计算W 总 FAMAF 乙 M 乙 W 硫酸因硫酸为总流量的 1 则W 硫酸 com 4321 即可算其物质的量流量F 硫酸 432198 044表 2物料进料量表当乙醇过量时可视为对乙酸浓度为二级的反响其反响速率方程 A 为乙酸当反响温度为 80催化剂为硫酸时反响速率常数 k 15由于乙醇大大过量反响混合物密度视为恒定等于 085 因硫酸少量无视其影响对于连续式生产假设承受两釜串联系统为定态流淌且对恒容系统不变不变假设承受两釜等温操作则代数解得所以装料系数为 075 故实际体积 V com 299 故承受一条的生产
8、线生产即可即两釜串联反响器的体积 V 5com 反响时间连续性反响时间com 设计方案的选择经上述计算可知间歇釜进料需要 45m3 反响釜 3 个而连续性进料需 2 个4m3 反响釜依据间歇性和连续性反响特征比较间歇进料需 2 条生产线连续性需 1 条生产线虽然间歇生产的检测掌握等装备就比连续性生产本钱高所消耗的人力物力大于连续生产但该课题年产量少选择间歇生产比连续生产要优越很多故而本次设计将依据两釜串联的的间歇性生产线进展并以此设计其设备和工艺流程图附表 3 物料物性参数1名称 密度 80oC 熔点 oC 沸点 oC 黏度 mPas 百分含量乙酸1045167 118 045 98乙醇081
9、0-1141783 052 98乙酸乙酯 0894-836772 025 98表 4 乙酸规格质量1GB1628-79一级二级外观 铂钴 30 号透亮液体无悬浮物KMnO4 试验 min 50乙酸含量990 980甲酸含量015035乙醛含量005 010蒸发残渣002 003重金属 以 Pb 计00002 000054 工艺流程图热 量 核 算31 工艺流程铁含量 0000200005反响釜的简洁工艺流程图32 物料衡算物质 进料出料乙酸196 784乙醇983 8414乙酸乙酯 0118水0118依据乙酸的每小时进料量为在依据它的转化率和反响物的初始质量比算出各种物质的进料和出料量具体结果
10、如下表33 能量衡算com 算总式式中进入反响器的能量化学反响热供给或移走的热量有外界向系统供热为正有系统向外界移去热量为负离开反响器物料的热量com 各种物质在不同条件下的值对于气象物质它的气相热容与温度的函数由下面这个公式计算2各种液相物质的热容参数如下表3 液相物质的热容参数物质 A B102 C104 D106乙醇5934236358 -1216418030乙酸-18944 10971-28921 29275乙酸乙酯4747981081-26421 36081水 92053 -15208 21058 032259由于乙醇和乙酸乙酯的沸点为 785和 772所以乙醇的值同理乙酸乙酯的值3
11、水的值乙酸的值com 象物质的参数如下表气相物质的热容参数4物质乙醇439606285546-7024-2685乙酸乙酯10228-14948 13033 -15736 5999乙醇的值乙酸乙酯的值com 物质在 80下的焓值1每摩尔水的焓值同理每摩尔的乙醇的焓值每摩尔乙酸的焓值每摩尔乙酸乙酯的焓值com 衡算1 的计算470493292 的计算-123632143 的计算37795777653346384392060426846160425293630084由于即 47049329 -123632145293630084求得 7123293240 故应是外界向系统供热设备设计与选型1反响釜体
12、及夹套的设计计算11 筒体和封头的几何参数确实定com 筒体和封头的型式 选择圆筒体椭圆形封头com 筒体和封头的直径反响物料为液夜相类型由表 HDi 1014考虑容器不是很大故可取 HDi 10 由式Di反响釜内径的估算值应圆整到公称直径 DN 系列故可取 1600 mm 封头取一样内径其直边高度 ho 由附表 123 初选 ho 40 mmcom 确定筒体高度 H当 Dg 1600 mm ho25 mm 时由附表 123可查得椭圆形封头的容积为 V 封0617 m 查得筒体 1 米高的容积 V1 米 201 m3145m取 H1450 mm则 HDi1450160010 选取椭圆封头其公称
13、直径为 1600mm 曲面高度为 400mm 直边高度为 25mm 容积为 0587 m3com 夹套直径高度确实定依据筒体的内径标准经计算查取选取DN 1800 的夹套夹套封头也承受椭圆形并与夹套筒体取一样直径夹套高度 H2式中为装料系数075代入上式取 H21100 mm12 釜体及夹套厚度的计算com 料依据设备的工作条件可选择 Q235A 作为釜体及夹套材料由附表 62查得所选材料许用应力为100113 MPa13 设备的壁厚计算 com 釜体筒体壁厚计算com 内压设计计算依据工作条件可选取 P 02MPa 为设计内压依据式 10-122筒体的设计厚度38mm式中d圆筒设计厚度 mm
14、 Di圆筒内径 mmP内压设计压力 MPa焊接接头系数考虑到夹套的焊接取 08 表 10-92C2腐蚀裕量取 2 mmt 材料许用应力100113 MPa考虑到钢板负偏差初选 C106 mm 表 10-101所以内压计算筒体壁厚 380644mm com 外压设计计算按承受 025MPa 的外压设计设筒体的设计壁厚 7 mm 并打算 LDo Do之值Do 筒体外径 DoDi2d1600 271614 mmL 筒体计算长度 LH2 h 14004001533 mm h 为封头的曲面高度则LDo 095Do 23010-152查得 A000045 由图 10-172差得 B65MPa则许用外压为P
15、028 MPa025 MPa7 mm满足 025 MPa 外压稳定要求考虑壁厚附加量 CC1C206226 mm 后筒体壁厚 n C7 2696 mm 圆整到标准钢板规格n 取 10 mm综合外压与内压的设计计算釜体的筒体壁厚为 10mm 经计算校核满足设备安全要求com 釜体封头壁厚计算按内压计算 S 封P02MPaDi1600mm08t113Mpa C06226mm代入得S 封44mm由于釜体的筒体 S 筒釜 10mmS 封头10mmPPT S 封筒10 mm10-12 筒体的设计厚度dC22 45 mm考虑到钢板负偏差初选 C106 mm故夹套筒体的厚度为 450651mm 圆整到标准系
16、列取 6 mm 经校核设备稳定安全com 夹套封头壁厚设计与选择S 封夹S 封夹 26 51 mmS 封夹6mm122可查取到夹套封头尺寸公称直径 1800mm 曲面高度 400mm 直边高度 25mm com 反响釜设计参数表 4夹套反响釜的相关参数工程 釜体 夹套公称直径 DNmm 16001800公 称 压 力PNMPa 02 025高度 mm 16801200筒体壁厚 mm10 6封头壁厚 mm10 62 搅拌器设计21 搅拌器的形式选择依据工作条件由于物料的黏度不大考虑到物料的流淌搅拌目的及转速要求选择搅拌器的形式为双叶螺旋桨式桨叶直径为 800 mmcom 搅拌器转速 n 依据相关
17、的工艺阅历数据选择 n100 rpm com 传动功率 P搅拌的雷诺数 Re 则KT 可查取表 3-91 com 电机功率本设计中考虑传动效率为 90 则P 电P091309144KWBLD15-2-29Q 型减速器其出轴转速为 100rpm 适用com 电动机的选择选用电动机的型号为 JO2-22-1 22 搅拌轴直径的设计计算com 搅拌轴材料选用 Q235-A 选取其 16MPa 为轴材料的许用切应力单位 MPa 对于 Q235-A 取 1220MPa圆整取 d40 mm com 搅拌轴刚度计算式中为轴的许用扭转角 m 对于一般的传动可取 0510 m 07 经计算比较轴径为 40mm
18、满足强度刚度要求应选择搅拌轴径为 40 mm 3 夹套式反响釜附属装置确实定支座的选定以下参考书3com 釜需外加保温应选 B 型悬挂式支座com反响釜总重QQ1Q2Q3Q4 式中 Q1 筒体与夹套筒体总重Q2 封头与夹套封头总重Q3 料液重按水压试验时布满水计Q4 附件重人孔重 900N 其它接收和保温层按 1000N 计故QQ1Q2Q3Q412357469053057190072023N按两个支座承载计每个支座承载 36002N 由表 11-62 选支座 B4 JBT 4735-9232 人孔 C 选用长圆型回转盖快开人孔 人孔 PN06400300 JB 579-79-133 接收及其法
19、兰选择com 水蒸气进口管1084L 200mm10 号钢法兰 PN06 DN100HG 20592-97com 冷却水出口管5735L 150 mm 无缝钢管法兰 PN06 DN50HG 20592-97com 进料管com 1 乙酸进料管管径依据管子规格圆整选用的无缝钢管 L 150mm 法兰 PN025 DN25HG 20592-97com2 乙醇醇进料管管径依据管子规格圆整选用的无缝钢管 L 200mm 法兰 PN025 DN50HG 20592-97com3 浓硫酸进料管管径依据管子规格圆整选用的无缝钢管 L 100mm 法兰 PN025 DN10HG 20592-97com 出料管
20、出料总质量流量因密度则体积流量为由表 1-14得因进料黏度低选取管道中流速则管径依据规格选取5735 的无缝钢管法兰 PN06DN50HG 20592-97com 温度计接收4525L 100mm 无缝钢管法兰 PN025 DN40HG 20592-97com 不凝气体排出管3235L 100 mm 无缝钢管法兰 PN06 DN25HG 20592-97com 压料管5735L 200 mm 无缝钢管法兰 PN025 DN50HG 20592-97com 压料管套管1084L 200 mm10 号钢法兰 PN025 DN100HG 20592-97总结经过接近两周的努力课程设计最终完成了在此我
21、首先要感谢赐予我很多帮助的指导教师作为一名化工系大三的学生我觉得能做这样的课程设计是格外有意义的在已度过的三年大学生活里我们大多数接触的是专业根底课我们在课堂上把握的仅仅是专业根底课的理论面如何去面对现实中的各种化工工艺的设计如何把我们所学到的专业根底理论学问用到实践中去呢我想做类似的大作业就为我们供给了良好的实践平台在做本次课程设计的过程中我感受最深的当属查阅了很屡次设计书和指导书为了让自己的设计更加完善更加符合工程标准一次次翻阅化工原理设计书是格外必要的同时也是必不行少的我们做的是课程设计而不是艺术家的设计艺术家可以抛开实际尽情在梦想的世界里飞行我们是工程师一切都要有据可依有理可寻不切实际的设想永久只能是设想永久无法升级为设计在这个过程中我学到了很多学问 CAD 作图查阅文献资料 word 排版等这对我们的以后的进展更为有益比方为马上面临的毕业论文考研或毕业后的工作打下坚实的根底对于那些在设计过程中帮助过我的全部教师和同学我再一次的表示深深的感谢参考文献1陈国桓主编化工机械根底其次版 化学工业出版社 2023 2陈甘棠主编化学反响工程第三版化学工业出版社 20233 柴诚敬 主编化工原理高等教育出版社 2023 4有用化学手册科学出版社5 周大军揭嘉主编化工工艺制图化学工业出版社 20236 印永嘉等主编物理化学简明教程第四版高等教育出版社 2023