化學反應工程課程設計--年產5022噸乙酸乙酯的反應器的設計

1、<p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　　一、設計項目</b></p><p>　　年產5022噸乙酸乙酯的反應器的設計 　</p><p><b>　　二、設計條件</b></p><p>　　生產規(guī)模：5022噸/年</p>

2、<p>　　生產時間：連續(xù)生產8000小時/年，間隙生產6000小時/年</p><p>　　物料損耗：按5%計算</p><p>　　4、乙酸的轉化率：52%</p><p><b>　　三、反應條件</b></p><p>　　反應在等溫下進行，反應溫度為80℃，以少量濃硫酸為催化劑，硫酸量為總物料量的1

3、%，當乙醇過量時，其動力學方程為： rA=kCA2。A為乙酸，采用配比為乙酸：乙醇=1：5（摩爾比），反應物料密度為0.85㎏/l，反應速度常數k為15.00L/（kmol·min）</p><p><b>　　四、設計要求</b></p><p>　　1、 設計方案比較 </p><p>　　對所有的設計方案進行比較，最后確定本次

4、設計的設計方案。 </p><p>　　反應部分的流程設計（畫出反應部分的流程圖）（需根據計算結果進行比較做改 </p><p><b>　　動）</b></p><p>　　3、反應器的工藝設計計算</p><p>　　生產線數，反應器個數，單個反應器體積。 </p><p><b>

5、　　4、攪拌器的設計</b></p><p>　　對攪拌器進行選型和設計計算。 </p><p>　　5、設計計算說明書內容 </p><p><b>　　設計任務書； </b></p><p><b>　　目錄； </b></p><p>　　前言（對設計產品的

6、理化性能，國內外發(fā)展概況，應用價值及其前景等方面進行介紹）</p><p>　　設計方案比較；(合成工藝介紹，通過分析各種工藝優(yōu)缺點，得到本設計選用的合成工藝流程)</p><p><b>　　工藝流程圖設計； </b></p><p><b>　　反應器的設計；</b></p><p>　　車間設

7、備布置設計；（主要設備的布置）</p><p><b>　　環(huán)境保護；</b></p><p><b>　　設計總結； </b></p><p><b>　　參考資料。</b></p><p>　　6、繪制主要設備的裝配圖。</p><p>　　用A1圖

8、紙繪制主要設備裝配圖（圖面應包括設備主視圖、局部視圖等，并配備明細表、管口表、技術性能表、技術要求等），要求采用CAD制圖。</p><p>　　指導老師：薛永萍，劉陽</p><p>　　2013年12月23日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　乙酸乙酯是一類重要的有機溶劑。純凈的乙

9、酸乙酯是一種無色透明的、具有刺激性氣味的液體，是一類重要的有機化工基本原料，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹酯、合成橡膠、涂料及油漆等的生產過程中。目前，我國采用傳統(tǒng)的方法制備,即以乙酸和乙醇為原料，濃硫酸為催化劑直接催化合成乙酸乙酯。由于催化劑濃硫酸的使用，反應易生成副產物乙烯，反應應在控制好溫度的同時，一方面加入過量的乙醇，另一方面在反應過程中不斷蒸出生成的產物和水，促進平衡向生成酯的方向移動。</

10、p><p>　　本選題為年產量為5022噸乙酸乙酯的反應器的設計，選擇溫度為80℃,采用乙酸：乙醇=1：5（摩爾比），乙酸轉化率52%，通過對工業(yè)生產中的物料衡算，熱量衡算和合成工藝的設備等方面的計算，選擇采用間歇釜式反應器并對其進行計算。經過計算,夾套筒體高度為1380mm，內徑為1750mm，釜體高度為1940mm，公稱直徑為1600mm。攪拌器的形式為圓盤式攪拌器，攪拌軸直徑800mm，電機功率為1.44KW。

11、最后根據這些計算結果為工業(yè)設計提供較為詳盡的數據與圖紙。本項目設計的結果具有一定的市場運用價值，可以指導社會工業(yè)化的生產。</p><p>　　關鍵詞：乙酸乙酯；酯化法；工藝設計；衡算；間歇式反應器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Ethyl acetate is an important organi

12、c solvent. Pure ethyl acetate ,which is a colorless and transparent liquid with a pungent odor, is a kind of important organic solvent and organic chemical raw material, and is widely used for cellulose acetate, ethyl ce

13、llulose, chlorinated rubber, vinyl resin, cellulose acetate resin, synthetic rubber, and the production process of paints and varnishes. At present, our country use the traditional method namely using acetic acid and eth

14、anol as raw materials, c</p><p>　　The design of this topic is for the reactor of ethyl acetate which annual output is 5022 tons , choosing the temperature of 80 ℃, using acetic acid: alcohol =1:5 (molar rati

15、o), the conversion rate of acetic acid is 52%, Based on the calculation of the material balance in the industrial production, heat balance and synthesis process equipment and so on, we choose to select batch reactor and

16、calculate it. Through calculation, the sleeve body height is 1380mm, the inner diameter is 1750mm, the body</p><p>　　Key Words：Ethyl acetate; Esterification method; Process design; Balance calculation; Batch

17、 reactor</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　反應工程課程設計是《化工設備機械基礎》和《反應工程》課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學生體察工程實際問題復雜性，學習初次嘗試反應釜機械設計?；ぴO計不同于平時的作業(yè)，在設計中需要同學獨立自主的解決所遇到的問題、自己做出決策，根據老師給定的設計要求自己

18、選擇方案、查取數據、進行過程和設備的設計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經過反復的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設計。</p><p>　　反應工程是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過裸程設計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結合生產實際的知識，綜合地分析和解決生產實際問題的能力。因此，當學生首次完成該課程設計后，應達到一下幾個目的：</p><p>

19、　　夾套式反應釜具有以下特點：1、溫度容易控制。2、濃度容易控制。3、傳質和傳熱良好。4、設備使用壽命長。</p><p>　　產品乙酸乙酯簡介： 無色澄清液體，有強烈的醚似的氣味，清靈、微帶果香的酒香，易擴散，不持久。分子量 88.11，沸點：77.2℃ ，微溶于水，溶于醇、醚等多數有機溶劑.通過給定設計的主要工藝參數和條件，綜合系統(tǒng)地應用化工理論及化工計算知識，完成對反應釜的工藝設計和設備設計。</p&

20、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 設計方案的比較- 1 -</p><p>　　1.1設計依據- 1 -</p><p>　　1.2 設計方案- 2 -</p><p>　　1.3 間歇釜進料- 2 -</p><p>　　1.3.1

21、 流量的計算- 2 -</p><p>　　1.3.2 反應體積及反應時間計算- 3 -</p><p>　　1.4 連續(xù)性進料的計算- 3 -</p><p>　　1.4.1 流量的計算- 3 -</p><p>　　1.4.2 反應體積及反應時間計算- 4 -</p><p>　　1.4.3 反應時間-

22、 5 -</p><p>　　1.5設計方案的選擇- 5 -</p><p>　　1.6 工藝流程圖- 5 -</p><p>　　第2章 熱量衡算- 6 -</p><p>　　2.1工藝流程- 6 -</p><p>　　2.2熱量衡算- 6 -</p><p>　　2.2.1各物

23、質的熱容計算- 6 -</p><p>　　2.2.2各物質在的焓值- 8 -</p><p>　　2.2.3熱量衡算- 9 -</p><p>　　2.3換熱設計- 9 -</p><p>　　2.4水的用量計算- 10 -</p><p>　　第3章 反應釜體及夾套的設計計算- 11 -</p&g

24、t;<p>　　3.1 筒體和封頭的幾何參數的確定- 11 -</p><p>　　3.1.1 筒體和封頭的型式 - 11 -</p><p>　　3.1.2 筒體和封頭的直徑- 11 -</p><p>　　3.1.3 確定筒體高度H- 11 -</p><p>　　3.1.4 夾套直徑、高度的確定- 11 -<

25、;/p><p>　　3.2 釜體及夾套厚度的計算- 12 -</p><p>　　3.2.1設備材料- 12 -</p><p>　　3.2.2 內壓設計計算- 12 -</p><p>　　3.2.3 外壓設計計算- 12 -</p><p>　　3.2.4 釜體封頭壁厚計算- 13 -</p>

26、<p>　　3.2.5 夾套筒體壁厚設計計算- 13 -</p><p>　　3.2.6 夾套封頭壁厚設計與選擇- 13 -</p><p>　　3.2.7. 反應釜設計參數- 14 -</p><p>　　3.3 夾套式反應釜附屬裝置的確定- 14 -</p><p>　　3.3.1支座的選定- 14 -</p&g

27、t;<p>　　3.3.2反應釜總重 - 14 -</p><p>　　3.3.3 人孔- 14 -</p><p>　　3.3.4 進口管選擇- 14 -</p><p>　　3.3.5 進料管計算和選擇- 15 -</p><p>　　3.3.6出料管計算- 15 -</p><p>　　3

28、.3.7 溫度計接管- 16 -</p><p>　　3.3.8 不凝氣體排出管- 16 -</p><p>　　3.3.9 壓料管- 16 -</p><p>　　第4章 攪拌器設計- 17 -</p><p>　　4.1 攪拌器的形式選擇- 17 -</p><p>　　4.2 攪拌器轉速- 17 -&

29、lt;/p><p>　　4.3 功率計算- 17 -</p><p>　　4.3.1傳動功率- 17 -</p><p>　　4.3.2 電機功率- 17 -</p><p>　　4.4 減速器的選擇- 17 -</p><p>　　4.5 電動機的選擇- 17 -</p><p>　　4

30、.6 攪拌軸直徑的設計計算- 17 -</p><p>　　4.6.1 攪拌軸材料- 18 -</p><p>　　4.6.2 攪拌軸強度計算- 18 -</p><p>　　4.6.3 攪拌軸剛度計算- 18 -</p><p>　　第5章 反應釜體及夾套壓力試驗- 19 -</p><p>　　5.1 釜

31、體的水壓試- 19 -</p><p>　　5.1.1 水壓試驗壓力的確定- 19 -</p><p>　　5.1.2 水壓試驗的強度校核- 19 -</p><p>　　5.1.3 壓力表的量程、水溫- 19 -</p><p>　　5.1.4 水壓試驗的操作過程- 19 -</p><p>　　5.2 夾

32、套的液壓試驗- 19 -</p><p>　　5.2.1 水壓試驗壓力的確定- 19 -</p><p>　　5.2.2 水壓試驗的強度校核- 20 -</p><p>　　5.2.3 壓力表的量程、水溫- 20 -</p><p>　　5.2.4 水壓試驗的操作過程- 20 -</p><p>　　第6章

33、環(huán)境保護設計- 21 -</p><p>　　6.1 主要污染物- 21 -</p><p>　　6.2 設計依據- 21 -</p><p>　　6.3 設計方案- 21 -</p><p>　　6.3.1 工廠綠化- 21 -</p><p>　　6.3.2 排渣- 21 -</p>&l

34、t;p>　　6.3.3 給排水- 21 -</p><p>　　6.3.4 通風及空氣調節(jié)- 22 -</p><p>　　6.3.5 廠址選擇原則- 22 -</p><p>　　第7章 結論與建議- 24 -</p><p>　　7.1 結論- 24 -</p><p>　　7.2 收獲- 24

35、-</p><p>　　7.3 建議- 24 -</p><p>　　7.3.1 反應方面- 24 -</p><p>　　7.3.2 環(huán)境方面- 24 -</p><p>　　參考文獻- 25 -</p><p>　　致 謝- 26 -</p><p><b>　　附

36、錄- 27 -</b></p><p>　　第1章 設計方案的比較</p><p><b>　　1.1設計依據</b></p><p>　　《乙酸乙酯生產設計任務書》</p><p><b>　　1.2 設計方案</b></p><p>　　常用反應器的類型有：

37、①管式反應器；②釜式反應器；③有固體顆粒床層的反應器；④塔式反應器；⑤噴射反應器；⑥其他多種非典型反應器。如回轉窯、曝氣池等。</p><p>　　由于本設計是液液相反應，綜合考慮以上反應器的處理能力以及其優(yōu)缺點，選用釜式反應器。</p><p>　　反應器的操作方式包括間歇、連續(xù)、半連續(xù)。由于反應原料是混合加入，不采用半連續(xù)反應釜。因此，本設計的反應器在間歇反應釜和連續(xù)反應釜之間選擇。&

38、lt;/p><p><b>　　1.3 間歇釜進料</b></p><p>　　1.3.1 流量的計算</p><p>　　(1)乙酸乙酯的產量</p><p><b>　　化學反應方程式：</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對分子質量為88，所以要求的生產流量為</

39、p><p><b>　　F=</b></p><p><b>　　(2)乙酸的流量</b></p><p>　　乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%），乙酸與乙酸乙酯的物質的量比為1:1，乙酸的轉化率,物料損失以5%計， 則乙酸的進料量 </p><p>　　FA0= </p>

40、<p><b>　　(3)乙醇的流量</b></p><p>　　乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則乙醇的進料量為</p><p>　　F乙醇=5×19.64=98.2kmol/h</p><p>　　(4)總物料量流量：F= FA0+F乙醇=19.64+98.2=117.84kmol/h</p><p

41、><b>　　(5)硫酸的流量：</b></p><p>　　總物料的質量流量如下計算，</p><p>　　W總=FAMA+F乙M乙+=</p><p>　　因硫酸為總流量的1%，則</p><p>　　=5753.10.01=57.531，即可算其物質的量流量</p><p>　　=57

42、.531/98=0.587kmol/h</p><p>　　表1.1 物料進料量表 .</p><p>　　1.3.2 反應體積及反應時間計算</p><p>　　當乙醇過量時，可視為對乙酸濃度為二級的反應，其反應速率方程（A為乙酸）</p><p>　　當反應溫度為80℃，催化劑為硫酸時，反應速率常

43、數k=15.00=0.9m3/(kmol.h)</p><p>　　因為乙醇大大過量，反應混合物密度視為恒定，等于0.85kg/L</p><p>　　當乙酸轉化率，由間歇釜反應有：</p><p>　　根據經驗取非生產時間，則反應體積</p><p>　　因裝料系數為0.75，故實際體積</p><p>　　要求每釜

44、體積小于5m3</p><p>　　則間歇釜需2個，每釜體積V=4.065 m3,圓整，取實際體積。</p><p>　　1.4 連續(xù)性進料的計算</p><p>　　1.4.1 流量的計算</p><p>　　(1)乙酸乙酯的產量</p><p><b>　　化學反應方程式：</b></p

45、><p>　　乙酸乙酯的相對分子質量為88，所以要求的生產流量為</p><p><b>　　F酯=</b></p><p><b>　　(2)乙酸的流量</b></p><p>　　乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%），乙酸與乙酸丁酯的物質的量比為1:1，乙酸的轉化率,物料損失以5%計， 則乙酸的進料量

46、 </p><p>　　FA0 = </p><p><b>　　(3)乙醇的流量</b></p><p>　　乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則丁醇的進料量為</p><p>　　(4)總物料量流量：F=</p><p>　　(5)硫酸的流量：總物料的質量流量如下計算，</p&

47、gt;<p>　　W總=FAMA+F乙M乙+W硫酸=</p><p>　　因硫酸為總流量的1%，則</p><p>　　=，即可算其物質的量流量</p><p>　　表1.2 物料進料量表 .</p><p>　　1.4.2 反應體積及反應時間計算</p><p&g

48、t;　　當乙醇過量時，可視為對乙酸濃度為二級的反應，其反應速率方程（A為乙酸）</p><p>　　當反應溫度為80℃，催化劑為硫酸時，反應速率常數</p><p>　　因為乙醇大大過量，反應混合物密度視為恒定，等于0.85。因硫酸少量，忽略其影響，</p><p>　　對于連續(xù)式生產，若采用兩釜串聯(lián)，系統(tǒng)為定態(tài)流動，且對恒容系統(tǒng)，不變,不變

49、 </p><p>　　若采用兩釜等溫操作，則</p><p><b>　　代數解得 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　裝料系數為0.75，故實際體積V=。故采用一條的生產線生產即可，即兩釜串聯(lián)，反應器的體積V<5，</p>&

50、lt;p>　　1.4.3 反應時間：連續(xù)性反應時間 </p><p>　　1.5設計方案的選擇</p><p>　　經上述計算可知,間歇釜進料需要4.5m3反應釜2個,而連續(xù)性進料需2個2.0m3反應釜。根據間歇性和連續(xù)性反應特征比較，間歇進料需2條生產線，連續(xù)性需1條生產線。雖然，間歇生產的檢測控制等裝備就比連續(xù)性生產成本高，所耗費的人力物力大于連續(xù)生產，但該課題年產量少，選擇間歇

51、生產比連續(xù)生產要優(yōu)越許多。故而，本次設計將根據兩釜串聯(lián)的的間歇性生產線進行，并以此設計其設備和工藝流程圖。</p><p>　　表1.3 乙酸規(guī)格質量：GB1628-79 </p><p><b>　　1.6 工藝流程圖</b></p><p>　　根據設計方案由CA

52、D作出其反應流程圖如下</p><p><b>　　第2章 熱量衡算</b></p><p><b>　　2.1工藝流程</b></p><p>　　圖2.1反應釜的簡單工藝流程圖</p><p><b>　　2.2熱量衡算</b></p><p>　　

53、乙酸的進料量為，在根據它的轉化率和反應物的初始質量比算出各種物質的進料和出料量，具體結果如下表：</p><p>　　表2.1 進料出料組成</p><p><b>　　熱量衡算公式： </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　進入反應器物料的能量， </p&g

54、t;<p><b>　　：化學反應熱，</b></p><p>　?。汗┙o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，</p><p>　?。弘x開反應器物料的熱量，</p><p>　　2.2.1各物質的熱容計算</p><p>　　表2.2 物料物性參數[1]</p>&l

55、t;p>　　表2.3 氣相物質的熱容參數[4]</p><p>　　表2.4 液相物質的熱容參數</p><p><b>　?。?）乙醇的值</b></p><p>　　因為乙醇的沸點為,故乙醇的溫度不能達到80，T=273.15+78.3=351.45K</p><p><b>　　（2）乙酸乙酯的值&

56、lt;/b></p><p>　　因為乙酸乙酯的沸點為,故乙酸乙酯的溫度不能達到80</p><p>　　T=273.15+77.2=350.35K</p><p><b>　?。?）水的值</b></p><p><b>　?。?）乙酸的值</b></p><p>　

57、　2.2.2各物質在的焓值</p><p>　?。?）水在80℃時的焓值</p><p>　?。?）乙醇在80℃時的焓值</p><p>　?。?）乙酸在80℃時的焓值</p><p>　?。?）乙酸乙酯在80℃時的焓值</p><p><b>　　2.2.3熱量衡算</b></p>

58、<p><b>　?。?）的計算</b></p><p><b>　?。?）的計算</b></p><p><b>　　（3）的計算</b></p><p><b>　?。?）的計算</b></p><p><b>　　由：</

59、b></p><p><b>　　帶入數據解得：</b></p><p>　　，故系統(tǒng)向外外界放熱。</p><p>　　2.3換熱設計 </p><p>　　采用夾套冷卻，假設水的溫度由25升到50.并由此計算水的用量。</p><p><b>　　2.4水的用量計算<

60、/b></p><p>　　忽略熱損失，則水的用量為 </p><p>　　第3章 反應釜體及夾套的設計計算</p><p>　　3.1 筒體和封頭的幾何參數的確定</p><p>　　3.1.1 筒體和封頭的型式 選擇圓筒體，橢圓形封頭。</p><p>　　3.1.2 筒體和封頭的直徑</p>

61、;<p>　　反應物料為液夜相類型，由表H/Di=1.0︿1.4 考慮容器不是很大，故可取H/Di=1.2，即</p><p><b>　　由式 ，則 </b></p><p>　　反應釜內徑的估算值應圓整到公稱直徑DN系列，故可取1600 mm 。封頭取相同內徑。</p><p>　　3.1.3 確定筒體高度H</p

62、><p><b>　　當時，</b></p><p>　　可查得橢圓形封頭的容積為 V封 =0.5864m </p><p>　　查得筒體1米高的容積V1米=2.017 m3</p><p>　　取 H = 1940mm 則 H/Di = 1940/1600≈1.2 選取橢圓封頭，其公稱直徑為1600mm，曲

63、面高度為400mm，直邊高度為40mm，容積為0.5864 m3</p><p>　　3.1.4 夾套直徑、高度的確定</p><p>　　反應釜是進行化學反應的設備，在化學反應過程中常伴有放熱和吸熱，而且常常先加熱以促進化學反應的進行，一旦反應開始往往又需要冷卻，以調節(jié)溫度維持反應的最佳條件，直到反應完畢又需要散熱。因此，反應釜必須配備有加熱和冷卻的裝置，以利維持最佳的工藝條件，取得最好

64、的反應效果。</p><p>　　反應釜的加熱和冷卻有多種方式，除最常用的夾套和蛇管外，還有釜式換熱器和電感應加熱等。其中以夾套和蛇管兩種傳熱方式使用最為廣泛。本設計先采用夾套傳熱，當需要的傳熱面積較大，而夾套傳熱不能滿足時，再采用蛇管傳熱。</p><p>　　夾套是在釜體的外側用焊接或法蘭連接的方式裝設各種形狀的鋼結構，使其與釜體外壁形成密閉的空間，在此空間內通入加熱或冷卻介質，可加熱

65、或冷卻反應釜內的物料。夾套的主要結構形式有整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套和蜂窩夾套等，其適用的溫度和壓力不同。本設計采用整體夾套。而整體夾套的形式又包括圓筒形、U型、分段式、全包式夾套，本設計采用U型夾套。</p><p>　　根據筒體的內徑標準，經計算查取，選取DN=1800mm的夾套。夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體取相同直徑 。</p><p><b>　　夾套高度H2：&

66、lt;/b></p><p>　　≥ ,式中η為裝料系數,η=0.75,代入上式：</p><p><b>　　?。?。</b></p><p>　　3.2 釜體及夾套厚度的計算</p><p><b>　　3.2.1設備材料</b></p><p>　　根據設備的工作

67、條件，可選擇Q235—A作為釜體及夾套材料，查得所選材料許用應力為：[σ]100 = 113 MPa</p><p>　　3.2.2 內壓設計計算</p><p>　　根據工作條件，可選取P=0.2MPa為設計內壓。 </p><p>　　根據式（10-12）[2]筒體的設計厚度：</p><p><b>　　式中：</b&g

68、t;</p><p>　　δd —— 圓筒設計厚度，mm ；</p><p>　　Di ——圓筒內徑 ，mm ；</p><p>　　P —— 內壓設計壓力，MPa ；</p><p>　　Φ —— 焊接接頭系數，考慮到夾套的焊接取0.8；</p><p>　　C2 ——腐蝕裕量，取 2 mm ；</p>

69、<p>　　[σ]t——材料許用應力：[σ]100 = 113 MPa 。</p><p>　　考慮到鋼板負偏差，初選C1 = 0.6 mm。</p><p>　　所以，內壓計算筒體壁厚：3.7 + 0.6 = 4.37mm</p><p>　　3.2.3 外壓設計計算</p><p>　　按承受0.25MPa 的外壓設計<

70、/p><p>　　設筒體的設計壁厚 δ = 7 mm ，并決定L/Do 、Do/δ 之值：</p><p>　　Do——筒體外徑，Do = Di + 2δd =1600 +2×7 =1614 mm；</p><p>　　L ——筒體計算長度，L = H2 +h = 1380+×400 =1513mm（h為封頭的曲面高度），則：</p>

71、<p>　　L/Do = ，Do/δ = ≈ 230，</p><p>　　經查得A = 0.00045，得 B = 65MPa ，則許用外壓為：</p><p>　　[P] = = = 0.28MPa ＞0.25MPa。</p><p>　　可見，δ = 7 mm 滿足0.25MPa外壓穩(wěn)定要求，考慮壁厚附加量C=C1+C2 = 0.6 +2 =2

72、.6 mm 后，筒體壁厚δn=δ+C=7+2.6=9.6 mm ，圓整到標準鋼板規(guī)格,δn 取 10 mm 。</p><p>　　綜合外壓與內壓的設計計算，釜體的筒體壁厚為10mm，經計算校核，滿足設備安全要求。</p><p>　　3.2.4 釜體封頭壁厚計算</p><p>　　按內壓計算：S封 =</p><p>　　P = 0.2M

73、Pa,</p><p>　　Di = 1600mm,</p><p><b>　　Φ = 0.8,</b></p><p>　　[σ]t = 113Mpa,</p><p>　　C = 0.6+2 = 2.6mm,</p><p><b>　　代入得 </b></p&g

74、t;<p>　　因為釜體的筒體S筒釜= 10mm，考慮到封頭與筒體的焊接方便，取封頭與筒體厚度S封頭= 10mm</p><p>　　經采用圖解法外壓校核，由于[P]﹥PT ，外壓穩(wěn)定安全，故用S封筒= 10 mm。 </p><p>　　3.2.5 夾套筒體壁厚設計計算</p><p><b>　　筒體的設計厚度：</b>&l

75、t;/p><p>　　δd =+ C2 =+ 2 ≈ 4.5 mm</p><p>　　考慮到鋼板負偏差，初選C1 = 0.6 mm </p><p>　　故夾套筒體的厚度為4.5+0.6 = 5.1mm，圓整到標準系列取6 mm。經校核，設備穩(wěn)定安全。</p><p>　　3.2.6 夾套封頭壁厚設計與選擇</p><p&g

76、t;<b>　　S封夾= </b></p><p>　　S封夾=+2.6 ≈ 5.1 mm.</p><p>　　圓整到規(guī)格鋼板厚度，S封夾 = 6mm，與夾套筒體的壁厚相同，這樣便于焊接。經校核，設備穩(wěn)定安全符合要求。</p><p>　　查取到夾套封頭尺寸：</p><p>　　公稱直徑：1750mm，曲面高度：

77、450mm，直邊高度：40mm</p><p>　　3.2.7. 反應釜設計參數</p><p>　　表3.1 夾套反應釜的相關參數</p><p>　　3.3 夾套式反應釜附屬裝置的確定</p><p>　　3.3.1支座的選定</p><p>　　因發(fā)應釜需外加保溫，故選B型懸掛式支座</p><

78、;p>　　3.3.2反應釜總重 Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4</p><p>　　式中：Q1——筒體與夾套筒體總重</p><p>　　Q2——封頭與夾套封頭總重</p><p>　　Q3——料液重，按水壓試驗時充滿水計</p><p>　　Q4——附件重，人孔重900N，其它接管和保溫層按1000N計</p&g

79、t;<p><b>　　故：</b></p><p>　　Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 12357 + 4690 + 53057 + 1900 = 72004N</p><p>　　按兩個支座承載計，每個支座承載36002N</p><p>　　選：支座B4 JB/T 4735-92</p><

80、;p>　　3.3.3 人孔C：選用長圓型回轉蓋快開人孔 人孔PN0.6，400×300 JB 579-79-1</p><p>　　3.3.4 進口管選擇</p><p><b>　　水蒸氣進口管：</b></p><p>　　φ108×4，L=200mm，10號鋼</p><p>　　法蘭：

81、PN0.6 DN100 HG 20592-97</p><p><b>　　冷卻水出口管：</b></p><p>　　φ57×3.5，L=150 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN50 HG 20592-97</p><p>　　3.3.5 進料管計算和選擇 </p&

82、gt;<p>　　(1）乙酸進料管 </p><p><b>　　由，得</b></p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　根據管子規(guī)格圓整選用的無縫鋼管，L=150mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN25 HG 20592-97</p&g

83、t;<p>　　(2)乙醇醇進料管 </p><p><b>　　由，得</b></p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　根據管子規(guī)格圓整選用的無縫鋼管，L=200mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p>

84、;<p>　　(3) 濃硫酸進料管 </p><p><b>　　由，得</b></p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　根據管子規(guī)格圓整選用的無縫鋼管，L=100mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN10 HG 20592-97</p>

85、;<p>　　3.3.6出料管計算</p><p><b>　　出料總質量流量</b></p><p>　　因密度，則體積流量為</p><p>　　因進料黏度低，選取管道中流速</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　根據規(guī)格選取φ57

86、×3.5的無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN50 HG 20592-97</p><p>　　3.3.7 溫度計接管 </p><p>　　φ45×2.5，L=100mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN40 HG 20592-97</p><p>

87、;　　3.3.8 不凝氣體排出管 </p><p>　　φ32×3.5，L=100 mm，無縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN25 HG 20592-97</p><p>　　3.3.9 壓料管 </p><p>　　φ57×3.5，L=200 mm，無縫鋼管</p><p>

88、　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　第4章 攪拌器設計</b></p><p>　　4.1 攪拌器的形式選擇</p><p>　　在反應釜中，為增快反應速率，強化傳質或傳熱效果以及加強混合等作用，常裝有攪拌裝置，攪拌裝置通常包括攪拌器和攪拌軸。攪拌軸由電動機通過聯(lián)軸直接帶動或經過減速機減速后

89、簡介帶動。</p><p>　　攪拌器的類型很多，它與被攪拌液體的流動狀態(tài)和物性有關，一般是根據工藝要求來選用的。</p><p>　　根據槳葉的結構，常用的攪拌器有：槳式、框式、錨式、渦輪式、推進式等。因為該攪拌器主要是為了實現物料的均相混合，所以，推進式、槳式、渦輪式等都可以選擇，根據工作條件，由于物料的黏度不大，考慮到物料的流動、攪拌目的及轉速要求，選擇攪拌器的形式為：雙葉螺旋槳式，

90、槳葉直徑D應該取反應釜內徑的，此處取為800 mm。</p><p>　　4.2 攪拌器轉速n：根據相關的工藝經驗數據，選擇n=100rpm</p><p><b>　　4.3 功率計算</b></p><p>　　4.3.1傳動功率P：</p><p><b>　　攪拌的雷諾數Re</b><

91、/p><p><b>　　則：</b></p><p>　　4.3.2 電機功率</p><p>　　本設計中考慮傳動效率為80%，則：</p><p>　　4.4 減速器的選擇</p><p>　　根據以上計算，并查取文獻，選用BLD1.5-2-29Q型減速器，其出軸轉速為100rpm，適用。<

92、;/p><p>　　4.5 電動機的選擇</p><p>　　選用電動機的型號為：JO2-22-1</p><p>　　4.6 攪拌軸直徑的設計計算</p><p>　　4.6.1 攪拌軸材料：選用Q235-A,選取其[τ]=16MPa （[τ]為軸材料的許用切應力，單位：MPa,對于Q235-A,取12～20MPa）</p>&l

93、t;p>　　4.6.2 攪拌軸強度計算</p><p>　　圓整，取d=40mm</p><p>　　4.6.3 攪拌軸剛度計算</p><p>　?。ㄊ街衃θ]為軸的許用扭轉角(°/m)，對于一般的傳動，可取0.5～1.0(°/m)，本設計中物料黏度不大，取為0.7）</p><p>　　經計算比較，軸徑為40mm

94、 滿足強度、剛度要求，故選擇攪拌軸徑為40 mm。</p><p>　　第5章 反應釜體及夾套壓力試驗</p><p>　　5.1 釜體的水壓試</p><p>　　5.1.1 水壓試驗壓力的確定</p><p>　　5.1.2 水壓試驗的強度校核</p><p>　　16MnR的屈服極限</p><

95、;p><b>　　由</b></p><p><b>　　所以水壓強度足夠</b></p><p>　　5.1.3 壓力表的量程、水溫</p><p>　　(1)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</p><p>

96、<b>　　(2)水溫≥5℃ </b></p><p>　　5.1.4 水壓試驗的操作過程</p><p>　　操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，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，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜

97、體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p>　　5.2 夾套的液壓試驗</p><p>　　5.2.1 水壓試驗壓力的確定</p><p>　　且不的小于（p+0.1）=0.35MPa</p><p><b>　　所以取</b></p><p>　　

98、5.2.2 水壓試驗的強度校核</p><p>　　Q235—B的屈服極限</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　所以水壓強度足夠</b></p><p>　　5.2.3 壓力表的量程、水溫</p><p>　　壓力表的最大量程：P表=2=2&#

99、215;0.35=0.7</p><p>　　或1.5PT P表4PT 即0.525MPa P表1.4</p><p><b>　　水溫≥5℃ </b></p><p>　　5.2.4 水壓試驗的操作過程</p><p>　　操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.35，

100、保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.275，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p>　　第6章 環(huán)境保護設計</p><p><b>　　6.1 主要污染物</b></p><p

101、>　　廢水、廢氣、 噪聲、固體廢物</p><p><b>　　6.2 設計依據</b></p><p>　　根據《中華人民共和國環(huán)境保護法》的規(guī)定，本著“消除污染、保護環(huán)境、綜合利用、化害為利”的方針，對經營過程中排出污染物質采取必要處理措施，使其達到規(guī)定排放標準，以實現凈化環(huán)境的目的。本項目涉及的環(huán)境治理工程與生產線設備安臵及配套實施建設同時設計、同時施工、

102、同時建成投入使用。</p><p><b>　　6.3 設計方案</b></p><p>　　6.3.1 工廠綠化</p><p>　　本項目根據當地自然條件，工廠生產特點并結合全廠總平面布置進行綠化設計，廠區(qū)綠化面積約為13％。廠前區(qū)為重點綠化、美化區(qū)，設置花壇，種植花卉，輔以草坪。沿工廠圍墻四周、道路兩側及廠內適當的地點種植喬木、灌木、綠籬

103、，為職工生產和生活創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，以達到凈化空氣，保護環(huán)境，有益于人體健康的目的。綠化既要保護環(huán)境，防止污染，美化廠容，又不應妨礙生產操作，物料運輸及防火要求。</p><p><b>　　6.3.2 排渣</b></p><p>　　工廠排出的廢渣主要為鍋爐煤渣和更換的失活催化劑，煤渣可作為原料出售給當地水泥廠，失活催化劑由專門廠家進行處理。</p>

104、<p>　　廢水自行處理排放，主要污染物為乙酸乙酯（24ppm）、乙醇（0.89%）、甘油（痕量）。</p><p><b>　　6.3.3 給排水</b></p><p>　　水源和給水系統(tǒng)及其相應的排水系統(tǒng)和污水處理裝置無需自建。相應的排水系統(tǒng)及污水處理系統(tǒng)需自建，給水方案以節(jié)約用水為原則，合理利用水資源。生產冷卻水全部使用循環(huán)水，以盡量減少新鮮水。

105、排水系統(tǒng)的劃分以清污分流為原則。</p><p><b>　?。?)工廠給水</b></p><p>　　本項目裝置用水設置2個供水系統(tǒng)。即獨立的生產、生活供水系統(tǒng)，消防水系統(tǒng)以及循環(huán)水系統(tǒng)。</p><p>　　生產、生活供水系統(tǒng) 本項目裝置用水量主要用于生活用水和各生產裝置工藝水、地坪沖洗、循環(huán)水補充水、消防水池補水等。</p>

106、;<p>　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 確定項目裝置循環(huán)水用量</p><p><b>　?。?）工廠排水</b></p><p>　　本著清污分流的劃分原則，結合廠外排水條件和滿足環(huán)保要求。廠區(qū)排水系統(tǒng)劃分為：</p><p>　　生產污水排水系統(tǒng) 各裝置的生產污水收集后排入污水處理站。</p><p>　　生活污

107、水排水系統(tǒng) 全廠生活污水匯集后經化糞池處理后排入廠內污水處理站處理。</p><p>　　生產凈下水及雨水排水系統(tǒng) 廠內雨水、生產凈下水及處理后的污水經W10＃管線收集重力排至工業(yè)園區(qū)現有管線。</p><p><b>　　（3）污水處理</b></p><p>　　本項目需處理的污水主要來精餾塔廢水及廠區(qū)生活污水和化驗室污水，擬采用活性污泥法

108、進行生化處理。處理流程采用活性污泥法進行生化處理。</p><p>　　6.3.4 通風及空氣調節(jié)</p><p>　?。?）通風及空調設置的原則</p><p>　　本項目工藝生產裝置介質易燃、易爆、有毒，在有害介質有可能泄漏的房間擬設置通風機械進行強制通風，預防事故的發(fā)生。</p><p>　　生產廠房內亦設置通風機械進行強制通風，以改善

109、操作環(huán)境。控制室、化驗室等處有精密儀器的房間，為保證儀表、精密儀器的可靠運行，室內需恒溫恒濕，因此上述房間設置空調。</p><p>　　現場休息小屋由于比較分散，故考慮設置空調。</p><p>　?。?）采暖、通風及空調方案</p><p>　　本項目采暖熱源采用0.2MPa（G）的蒸汽，冷凝水不回收直接排到下水道。</p><p>　　

110、化驗分析室采用通風柜排風，每個通風柜單獨設置一臺風機，風機集中設置在樓頂上。</p><p>　　控制室、車間分析用色譜儀室需恒溫恒濕，故設置冷暖兩制式空調進行空氣調節(jié)，現場巡回工休息室設冷暖兩制式空調，用于夏季供冷風，冬季供熱風，保持室內在適應的溫度。</p><p>　　6.3.5 廠址選擇原則</p><p>　　(1) 廠址應符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)

111、劃要求； </p><p>　　(2) 廠址宜選在原料、燃料供應和產品銷售便利的地區(qū)； </p><p>　　(3) 廠址應靠近水量充足、水質良好的水源地； </p><p>　　(4) 廠址應盡可能靠近原有交通線（水運、鐵路、公路），即交通運輸便利地區(qū)； </p><p>　　(5) 廠址地區(qū)應具有熱、電的供應； </p>&

112、lt;p>　　(6) 選址時注意節(jié)約用地，不占用或少占用良田。廠區(qū)的大小、形狀和其條件應滿足工藝流程合理布置的需要，并應有發(fā)展的余地。 </p><p>　　(7) 選址得注意當地自然環(huán)境條件，并對工廠投產后可能造成的環(huán)境影響做出預評價； </p><p>　　(8) 廠址應避開低于洪水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段； </p><p&

113、gt;　　(9) 廠址附近應建立生產污水和生活污水的處理裝置； </p><p>　　(10) 廠址應不妨礙或不破壞農業(yè)水利工程，就盡量避免拆遷。 </p><p><b>　　第7章 結論與建議</b></p><p><b>　　7.1 結論</b></p><p>　　這次課程設計，經過兩周時

114、間，已經基本完成。在這次課程設計中遇到的難題，自己也通過各種學習途徑有了解決。看到這份設計書能在預期內順利完成，真的感到十分欣慰。同時，也享有付出就有收獲的喜悅。我相信，努力終會有成果。</p><p>　　乙酸乙酯的反應是一個成熟的有機工藝過程。在方案選擇過程中，它很好的將間歇反應和連續(xù)性反應結合起來比較，這樣掌握這部分知識就會更加容易，事實亦正是如此。通過這樣與實際情況聯(lián)系的學習，對以前許多比較抽象理論的理解

115、會更加透徹。</p><p><b>　　7.2 收獲</b></p><p>　　此次課程設計前，我們也對其它學科進行過設計學習在這個過程中，例如我學到了很多知識CAD作圖、查閱文獻資料、word排版等，這對我們的以后的發(fā)展更為有益，比如為即將面臨的畢業(yè)論文、考研或畢業(yè)后的工作打下堅實的基礎。將這次設計各部分都完成后，自己能體會到此次的差異。這次的課程設計有個最大的

116、特點就是它的相對完整性。在以往課程設計中，我們接觸的都是單個的單元，而此次的設計要求我們對整個工藝有完整的流程。這不僅與本門課程的特征相關，也讓我們對一個工藝流程設計所需考慮的問題有比較全面的了解。對我們以后全面考慮問題有很好的幫助，可謂受益匪淺。</p><p>　　本次設計將工藝設計和設備設計結合，對二者有了全面的聯(lián)系和掌握。這不僅使自己對各個單元操作有了了解，同時對我們今后工作中考慮問題很有益處。這次的課程

117、設計相當一次模擬實踐，幫助我們養(yǎng)成嚴整、務實的良好作風，提高了全面考慮問題的綜合能力，各方面都有了較大程度的進步。</p><p><b>　　7.3 建議</b></p><p>　　7.3.1 反應方面</p><p>　　由于催化劑濃硫酸的使用，反應易生成副產物乙烯，反應應在控制好溫度的同時，一方面加入過量的乙醇，另一方面在反應過程中不斷

118、蒸出生成的產物和水，促進平衡向生成酯的方向移動。</p><p>　　7.3.2 環(huán)境方面</p><p>　　反應的同時應注意節(jié)約原料的問題和環(huán)境的保護問題。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳甘棠.化學反應工程.第三版．化學工業(yè)出版社，2009[2]陳國桓.化工機械基礎．第二

119、版. 化學工業(yè)出版社，2007[3]周大軍、揭嘉.化工工藝制圖.化學工業(yè)出版社，2005[4].實用化學手冊．科學出版社[5]姚玉英．化工原理．修訂版.天津科學技術出版社，2006</p><p>　　[6]印永嘉等．物理化學簡明教程.第四版．高等教育出版社，2007</p><p>　　[7]李紹芬．反應工程[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2000．</p><p

120、>　　[8]譚蔚．化工設備設計基礎[M]．天津：天津大學出版社，2007．</p><p>　　[9]湯善甫、朱思明．化工設備基礎（第二版）[M]．上海：華東理工大學出版社，2004．</p><p>　　[10]錢自強．大學工程制圖[M]．上海：華東大學出版社，2005．</p><p>　　[11]董大勤．化工設備機械基礎[M]．北京：化學工業(yè)出版社，20

121、02．</p><p>　　[12]卓震．化工容器及設備[M]．北京：中國石化出版社，2008．</p><p>　　[13]柴誠敬．化工流體流動與傳熱[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2000．</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　此次課程設計由**老師擔任我們的指導老師。正所謂無規(guī)矩不成

122、方圓嘛，在這次設計中兩位老師對我們課程設計的要求做了詳細的說明，從設計書到如何排版，字體大小都做了明確的規(guī)定，讓我在做設計時少了很多的疑惑。在此我對兩位老師表示誠摯的感謝。</p><p>　　在這次課程設計中，由于很多知識沒有學過，無形中增加了很多的困難，但過程是曲折的結果是可喜的，在這期間通過與同學的交流和討論，我解決了期間遇到的很多問題。此外，由于我們沒有學習過CAD做圖，我還特地請教了環(huán)境工程的同學，習得

123、了CAD最基礎的知識，雖然現在還是不能很完整的畫出一幅復雜的裝備圖，但是對CAD有了些許的了解。所以在這里我對那些在課程設計里幫助過我的同學表示誠摯的感謝。同時由衷的感謝老師對我們的課程有著精心合理的安排。讓我們能夠理論和實踐及時結合學習，提高了平日的學習興趣，又與為今后的工作做了很好的鋪墊。</p><p>　　附錄一 設備設計一覽表</p><p><b>　　附錄二 主要符