连续搅拌釜式反应器设
计
内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
学院：化工学院
专业：化学工程与工艺
目 录
一、设计任务
某工段需要每天生产8吨乙酸丁酯。
以乙酸和丁醇为原料，要求乙酸的转化率大于等于50%.其中原料中乙酸的浓度l/L 0.00175km o A0 C 。
设计一反应器以达到要求。
二、确定反应器及各种条件
选用连续釜式反应器（CSTR ），选用螺旋导流板夹套，取5.0Af =X ，查文献资料得：可取反应温度为100℃，反应动力学方程为
)min)7.4L/(kmol 1( C 2
A ⋅==k k r A （A 为乙酸）搅拌釜内的操作压力为
MPa 1.0p cr =；夹套内为冷却水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，工
作压力MPa 2.0'p cr =; 反应方程为：
三、反应釜相关数据的计算
1.体积
由于该反应为液相反应，物料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。
原料处理量：54.73L/min 3284.07L/h 0.001750.5
1
11624109Q 30==⨯⨯⨯⨯=
反应器出料口物料浓度：
km ol/L 000875.0)5.01(00175.0-1Af A0A =-⨯==）（X C C
反应釜内的反应速率：kmol/L 10332.1000875.04.17522A A -⨯=⨯==kC r 空时：min 69.6510332.15
.000175.0/Q V 5
A Af A0A A A00r =⨯⨯==-==
-r X C r C C τ 理论体积：L 21.359569.6573.54Q V 0r =⨯==τ
取装填系数为，则反应釜的实际体积为：
3r m 794.4L 6.479375
.021
.35950.75V V ====
2.内筒的高度和内径
由于此反应为液—液反应，故而取2.1H/D =i 筒体内径m 72.1πH/D 4V
D 3
==i
i 圆整并查《化工机械基础》附录12，选取筒体直径mm 1600D =i 查得此时1m 高的容积为31 2.017m V = ，1m 高的表面积为21m 03.5F = 查得当1600mm DN =时，椭圆形封头曲面高度400m m h 1=，直边高度
40m m h 2=，内表面积2h m 97.2A =，容积3h 0.617m V =
筒体高度 m 06.2V
V V H =-=
r
圆整为 因此3.16.1/1.2H/D ≈=i 在1~的范围内，故而设计合理 3.内筒的壁厚
由于反应液有腐蚀性，故而选用Q235-A 为筒体材料； 内筒受外压大于内压，故为外压容器；
查得100℃时Q235-A 材料的弹性模量MPa 1003.2E 5t ⨯= 取有效壁厚6mm δe =，负偏差0.8m m C 1=，腐蚀浴度2m m C 2=
故名义厚度 8.8m m 28.06δn =++= 外径m m 6.16178.821600D 0=⨯+= 临界长度m 1.2m 66.258
.86
.16176.161717.1δD D 17.1L e 00cr >>=⨯⨯== 为短圆筒
临界压力MPa 34.06
2100/1617.)(6/1617.61003.259.2H/D )/D (δE 59.2p 5.25
05.20e t
cr =⨯⨯⨯==
由于cr c p MPa 22.02.01.1p <=⨯= 故设计合理 m m 8.7δn =
四、夹套的计算
1.夹套的内径和高度
由于 mm 1600D =i ，所以mm 1700100D D =+=i j 由于查《化工机械基础》附录中无1700mm 公称直径，故而取mm 1800D =j 夹套高度m 48.16
.14
617
.0595.3D 4
V V )H (H 2
2
h
r =⨯-=
-=
=π
π
i
i j 有效 圆整为m 6.1H =j
2.夹套壁厚
夹套为内压容器；同内筒一样，选用Q235-A 为夹套材料； 查得在30℃~70℃范围内许用应力[]MPa 113=t σ 设计压力 MPa 22.01.12.0p c =⨯= 取8.0=φ 所以： 计算壁厚[]mm 19.222
.08.011321800
22.0p 2D p c
c =-⨯⨯⨯=
-=φσδt
j 圆整为
mm 2.2=δ
设计壁厚m m 2.312.2C 2d =+=+=δδ
名义壁厚m m 45.325.02.3C 1d n =+=+=δδ 即：夹套壁厚为
五、换热计算
1.所需的换热面积
查得此反应的反应热KJ/Km ol 103H 3r ⨯=∆ 所以热负荷W 108.410300175.060
73
.54H Q 33r A00⨯=⨯⨯⨯=
∆=C Q 由于本次反应传热为一边为恒温的传热，故：
C 60C 40C 100t C 70C 30C 100t 21︒=︒-︒=∆︒=︒-︒=∆
依经验取) C 50W/(m K 2︒⋅≈
所以理论所需换热面积2m
3
m '
m 48.1t 50108.4t K S =∆⨯⨯=∆=Q
考虑15%的面积浴度，2'm 71.1S 1.15S =⨯= 2.实际换热面积
由此可见此反应釜的换热面积足够。
3.冷却水流量
冷却水的定性温度C 3540)/2(30t ︒=+= 查得此时比热容为C)g 4.174KJ/(K C p ︒⋅= 因此冷却水的流量为0.15L/s Kg/s 15.0)
3040(C W p c ==-=
Q
由此可见：反应放热较少，所需的冷却水的量也比较少。
六、搅拌器的选择
查《化工设计》相关反应釜的技术指标可得：由mm
1600
D
i
选择的搅拌器功率为，搅拌轴的公称直径为95mm
七、设计结果一览表。