反应工程课程设计反应釜设计任务书一、设计题目：5×103T/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()()()()3253252CH COOH A C H OH B CH COOC H R H O S +=+3、原料中反应组分的质量比为：::1:2:1.35A B S =4、反应液的密度为31020/kg m ，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678二、摘要摘要：本选题为年产量为5×103T 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319.77m 、换热量为62.8710KJ 。

设备设计结果表明，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, heat 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, 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)1.1 反应釜反应时间、反应体积的确定 (1)第二章反应釜公称直径、公称压力的确定 (2)2.1 反应釜公称直径的确定 (2)2.2 反应釜PN的确定 (2)第三章反应釜体设计 (3)3.1 反应釜筒体壁厚的确定 (3)3.1.1 设计参数的确定 (3)3.2 筒体壁厚设计 (4)3.3 釜体封头设计 (4)3.3.1 封头的选型 (4)3.3.2 封头壁厚设计 (4)3.3 筒体长度H设计 (5)3.4 反应釜的压力校核 (6)3.4.1 釜体的水压试验 (6)3.4.2 液压试验的强度校核 (6)3.5 釜体的气压试验 (7)3.5.1 气压试验压力的确定 (7)第四章反应釜夹套的设计 (8)4.1 夹套公称直径、公称压力的确定 (8)4.1.1 夹套DN的确定 (8)4.1.2 夹套PN的确定 (8)4.2 夹套筒体的设计 (8)4.2.1 夹套筒体壁厚的设计 (8)4.2.2 夹套筒体长度H的确定 (8)4.3 夹套封头的设计 (9)4.3.1 封头的选型 (9)4.3.2 椭圆型封头结构尺寸的确定 (9)4.4 夹套的液压试验 (9)4.4.1 液压试验压力的确定 (9)4.4.2 液压试验的强度校核 (10)第五章外压壁厚的设计 (10)5.1 圆筒的临界压力计算 (10)5.2 外压封头壁厚设计 (11)第六章热量衡算 (11)6.1 热量衡算基本数据 (11)6.2 原料带入的热量Q1的计算 (12)6.3 反应热的计算 (13)6.4 夹套给热量的计算 (14)6.5 内冷管移热量的计算 (14)第七章反应釜附件的选型及尺寸设计 (15)7.1 釜体法兰连接结构的设计 (15)7.2 密封面形式的选型 (15)7.3 工艺接管的设计 (15)7.3.1 原料液进口管 (15)7.3.2 物料出口管 (16)7.3.3 催化剂进口设计 (16)7.3.4 温度计接口 (16)7.3.5 视镜 (17)第八章搅拌装置设计 (17)8.1 凸缘法兰选择 (17)8.2 临界转速的计算 (17)8.3 搅拌装置的选型与尺寸设计 (19)8.3.1 搅拌轴直径的初步计算 (19)8.3.2 搅拌轴临界转速校核计算 (20)8.4 搅拌轴的结构及尺寸设计 (20)8.4.1 搅拌轴长度的设计 (20)8.4.2 搅拌桨的尺寸设计 (21)第九章支座 (21)结论 (21)设计结果一览表 (22)参考文献 (23)第一章 反应釜物料衡算1.1 反应釜反应时间、反应体积的确定原料处理量0Q ,根据乙酸乙酯的产量，每小时的一算用量为：500020.77/Kmol h=原料1BO SO AO AO c c b c c K ⎛⎫=-++ ⎪⎝⎭11c K =-得反应时间[1]212 1Af Af XAAO A Ab X adXtk c a bX cX++ ==++⎰10.23.908a=()10.217.591 5.153.908 3.908 2.92b⎛⎫=-++=-⎪⨯⎝⎭110.65752.92c=-=查到反应釜的2800DN mm=2.2 反应釜PN的确定[2]由lg s Bp A t C =-+得一下数据在100℃下，各物质的饱和蒸汽压为下列图表()()()()3253252CH COOH A C H OH B CH COOC H R H O S +=+3.1.1 设计参数的确定设计压力p ：()1.05~1.1W p P =，取1.1 1.10.350.385W p P Mpa ==⨯= 液体静压忽略不计 计算压力c p :0.385c L p p p P Mpa=+==设计温度t ：110t =℃焊缝系数Φ：1φ=（双面对接焊，100%无损探伤）[3]许用应力[]t σ：根据材料001910Cr Ni ，设计温度为110℃，该材料的[]118tMpaσ=[4]钢板负偏差1C ：10.6C mm=腐蚀裕量2C ：22C mm=（双面腐蚀）3.2 筒体壁厚设计C n S 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EHA 、标准433795JB T -3.3.2 封头壁厚设计1.1 1.10.350.385W p P Mpa==⨯=0.385c L p p p P Mpa=+==椭圆型封头由整块钢板冲压而成，所以取1φ= 钢板负偏差1C ：10.6C mm=腐蚀裕量2C ：22C mm=（双面腐蚀）由公式[]20.5c in tcp D S Cp =+σφ-得4i 圆整得： 2.7H m =釜体长径比iLD 的校核()2700740 1.0142800iLD +==，设计参数[9]：由表知，该反应釜的长径比iLD 满足要求3.4 反应釜的压力校核T p 取由σ0.90.9118 1.0106.2s Mpaσφ=⨯⨯=max 91.050.9106.2s Mpa Mpaσ=<σφ=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：220.480.96T P p Mpa==⨯=或1.54T Tp P p ≤≤即0.72 1.92Mpa p Mpa ≤≤水温t15≥℃水中氯离子浓度25/ c mg L ≤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0.48Mpa，保证时间不低于30分钟，然后将压力缓慢降到0.385Mpa，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。

Tp取由σ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0.05Mpa，保持5分钟进行初检。

合格后继续升压到压力为0.205Mpa，其后按每级的0.045Mpa级差，逐级升到0.45Mpa，保持10分钟，然后降到0.4Mpa，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 4.1.1 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：()200J i D D mm=+4.2.2 夹套筒体长度H 的确定'2219.77 3.122.357344h V V H mm r η--===ππ⨯圆整后'2.360H m =[10]4.3 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（3000JD mm=），代号EHA,标准/47462002JB T-。

夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角45α=℃椭圆型封头壁厚的设计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：[][]1.25T tp pσ=σ且不小于()0.1p Mpa+查得[] []1tσ=σ1.25 1.10.1 1.00.1375T p Mpa=⨯⨯⨯=，()0.10.21p Mpa +=()0.1T p P <+ 取0.21T p Mpa=4.4.2 液压试验的强度校核由()()T i n p D S C +-σσ或第五章 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0.1MPa 试差法设计筒体壁厚：当10n S mm=时试差出不满足要求又设筒体的壁厚14n S mm=，则14 2.811.2e n S S C mm=-=-=02i nD D S =+由1.17Lcr D =1.7721381.9cr L mm =⨯=筒体的计算长度L ′=131h H H i ++()1270074040402973.33L mm =+-+=故410-⨯所以有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：13425Q Q Q Q Q ++=+()321,3,65.980.1469373.150.1510373.15141.68l p m c CH COOH l J mol K--=+⨯+⨯⨯=••()3254,2511,67.4442 1.84252373.157.2976210373.15 1.0522410373.15204l p m c C H OH l KJ mol K ----=-+⨯-⨯⨯+⨯⨯=••()3254,32511,155.94 2.3454373.15 1.997610373.150.459210373.1591l p m c CH COOC H l KJ mol K ----=+⨯-⨯⨯+⨯⨯=••()32,25411,50.8111 2.12938373.150.63097410373.150.064831110373.1513.33l p m c H O l KJ mol K ----=+⨯-⨯⨯+⨯⨯=••()()2,,l l B p m B r p m BBQ n c B c V c B ==∑∑()()()(),3,25,325,2,,,,l l A p m B p m rll R p m S p m c c CH COOH l c c C H OH l V T c c CH COOC H l c c H O l ⎛⎫++ ⎪=• ⎪+⎝⎭()32.3436141.68108.6376204 1.56249019.142413.33-=⨯⨯+⨯+⨯+⨯()3612.96510373.15298.15 2.110KJ ⨯⨯⨯-=⨯6.3 反应热的计算25℃时的标准摩尔反应热为：()r m B f m BH H B νΘΘ∆=∆∑()()()()3253252,,,,f m f m f m f m H CH COOH l H C H OH l H CH COOC H l H H O l ΘΘΘΘ=-∆-∆+∆+∆484.30276.98478.82285.83 2.77/KJ mol =+--=-25℃时的标准摩尔定压热容为：(),,r p m B p m Bc c B νΘΘ∆=∑()()()(),3,25,325,2,,,,p m p m p m p m c CH COOH l c C H OH l c CH COOC H l c H O l ΘΘΘΘ=--++()123.6112.2575.29170.610.04/J mol K =--++=•由基希霍夫公式：()()2121,T r mr m r p m TH T H T c dTΘΘΘ∆=∆+∆⎰可以求出100℃是的标准摩尔反应焓：()()373.15,298.15373.15298.15Kr m r m r p m KH K H K c dTΘΘΘ∆=∆+∆⎰()373.15298.152.77/[10.04/]K KKJ mol J mol K dT=-+•⎰2.017/KJ mol =-该反应达到40%的转化率时的总反应热为：()()0373.15373.15r m A A r m H K n X H K Θ∆=∆()0373.15A r A r m c V X H K Θ=∆()343.90612.965100.4 2.017 4.08610KJ=⨯⨯⨯⨯-=-⨯r mH ∆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：43 4.08610Q KJ=⨯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：()4,B p m BQ n c B Θ=∑()()()()0,30,250,2,,,A p m B p m S p m r c c CH COOH l c c C H OH l c c H O l V TΘΘΘ=++•()()33.906123.610.2112.2517.5875.2912.96510373.15298.15=⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯-62.8710KJ =⨯6.5 内冷管移热量的计算由热量恒算式13425Q Q Q Q Q ++=+可求出内冷管需要移走的热量为：4665134250 4.08610 2.8710 2.1108.1110Q Q Q Q Q KJ=++-=+⨯+⨯-⨯=⨯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℃。