化學(xué)反應(yīng)過(guò)程課程設(shè)計(jì)-年產(chǎn)5800噸乙酸乙酯反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　銀川能源學(xué)院</b></p><p><b>　　化學(xué)反應(yīng)工程</b></p><p>　　題目：年產(chǎn)5800噸乙酸乙酯反應(yīng)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　院 系 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　年 級(jí) </p><p

3、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3</p><p>　　1.1 設(shè)

4、計(jì)項(xiàng)目3</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)條件3</p><p>　　1.3 反應(yīng)條件3</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)要求3</p><p><b>　　2. 背景介紹4</b></p><p>　　2.1. 乙酸乙酯的性質(zhì)與用途4</p><p>　　2.

5、1.1. 理化特性4</p><p>　　2.1.2. 主要用途4</p><p>　　2.2. 國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)狀況5</p><p>　　2.2.1. 國(guó)外生產(chǎn)狀況5</p><p>　　2.2.2. 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)狀況5</p><p>　　3. 工藝設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　3.1

6、. 設(shè)計(jì)條件及任務(wù)6</p><p>　　3.1.1. 設(shè)計(jì)條件6</p><p>　　3.1.2. 設(shè)計(jì)任務(wù)6</p><p>　　3.2. 原料路線確定的原則和依據(jù)6</p><p>　　3.3. 物料計(jì)算及方案選擇7</p><p>　　3.3.1. 間歇進(jìn)料的計(jì)算8</p><p

7、>　　3.3.2. 連續(xù)進(jìn)料的計(jì)算9</p><p>　　3.1. 設(shè)計(jì)方案的選擇11</p><p>　　3.2. 工藝流程圖11</p><p>　　4. 熱量衡算12</p><p>　　4.1. 熱量衡算總式12</p><p>　　4.2. 每摩爾各種物值在不同條件下的值12</p&g

8、t;<p>　　4.3. 各種氣相物質(zhì)的參數(shù)13</p><p>　　4.4. 每摩爾物質(zhì)在80℃下的焓值13</p><p>　　4.5. 總能量衡算14</p><p>　　5. 反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)15</p><p>　　5.1. 反應(yīng)器的直徑和高度15</p><p>　　5.2. 設(shè)備的壁

9、厚計(jì)算16</p><p>　　5.2.1. 釜體筒體壁厚計(jì)算16</p><p>　　5.2.2. 釜體封頭壁厚計(jì)算17</p><p>　　5.2.3. 夾套筒體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算18</p><p>　　5.2.4. 夾套封頭壁厚設(shè)計(jì)與選擇18</p><p>　　5.2.5. 反應(yīng)釜設(shè)計(jì)參數(shù)18</

10、p><p>　　6. 攪拌器設(shè)計(jì)19</p><p>　　6.1. 攪拌器的形式選擇19</p><p>　　6.1.1. 傳動(dòng)功率P：19</p><p>　　6.1.2. 電機(jī)功率19</p><p>　　6.1.3. 減速器的選擇19</p><p>　　6.2. 攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)

11、算19</p><p>　　6.2.1. 攪拌軸強(qiáng)度計(jì)算19</p><p>　　6.2.2. 攪拌軸剛度計(jì)算19</p><p>　　6.3. 夾套式反應(yīng)釜附屬裝置的確定20</p><p>　　6.3.1. 支座的選定：（以下參考書(shū)[3]）20</p><p>　　6.3.2. 因發(fā)應(yīng)釜需外加保溫，故選B

12、型懸掛式支座20</p><p>　　6.3.3. 反應(yīng)釜總重20</p><p>　　6.4. 人孔C：20</p><p>　　6.5. 接管及其法蘭選擇20</p><p>　　6.5.1. 乙酸進(jìn)料管20</p><p>　　6.5.2. 乙醇進(jìn)料管21</p><p>　　

13、6.5.3. 濃硫酸進(jìn)料管21</p><p>　　6.5.4. 出料管：21</p><p>　　7. 總結(jié)心得23</p><p>　　8. 致 謝23</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　前 言</b></p

14、><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，是結(jié)合《化學(xué)反應(yīng)工程》這門(mén)課程的內(nèi)容及特點(diǎn)所進(jìn)行的一次模擬設(shè)計(jì)。它結(jié)合實(shí)際進(jìn)行計(jì)算，對(duì)我們理解理論知識(shí)有很大的幫助。同時(shí)，通過(guò)做課程設(shè)計(jì)，我們不僅熟練了所給課題的設(shè)計(jì)計(jì)算，而且通過(guò)分析課題、查閱資料、方案比較等一系列相關(guān)運(yùn)作，讓我們對(duì)工藝設(shè)計(jì)有了初步的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</p><p>　　酯化反應(yīng)是有機(jī)工業(yè)中較成熟的一個(gè)工藝。盡管現(xiàn)在研制出不同的催化劑合成新工藝，但設(shè)計(jì)以

15、硫酸作為催化劑的傳統(tǒng)工藝是很有必要的。酯化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本要求是滿足傳質(zhì)和傳熱要求。因此需要設(shè)計(jì)攪拌器。另外，反應(yīng)器要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，抗腐蝕能力；結(jié)構(gòu)要合理，便于制造、安裝和檢修；經(jīng)濟(jì)上要合理，設(shè)備全壽命期的總投資要少。</p><p>　　夾套式反應(yīng)釜具有以下特點(diǎn)：1、溫度容易控制。2、濃度容易控制。3、傳質(zhì)和傳熱良好。4、設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　乙酸乙酯簡(jiǎn)介：無(wú)色澄清液

16、體，有強(qiáng)烈的醚似的氣味，清靈、微帶果香的酒香，易擴(kuò)散，不持久。分子量88.11，沸點(diǎn)77.2℃ ，微溶于水，溶于醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。通過(guò)給定設(shè)計(jì)的主要工藝參數(shù)和條件，綜合系統(tǒng)地應(yīng)用化工理論及化工計(jì)算知識(shí)，完成對(duì)反應(yīng)釜的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)。</p><p>　　化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很繁瑣的設(shè)計(jì)工作，而且在設(shè)計(jì)中除了要考慮經(jīng)濟(jì)因素外，環(huán)保也是一項(xiàng)不得不考慮的問(wèn)題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程

17、設(shè)計(jì)中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)對(duì)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查，市場(chǎng)需求量的分析以及各種乙酸乙酯合成法的比較進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜合考慮。分別對(duì)連續(xù)釜式反應(yīng)器和間歇式反應(yīng)器的體積計(jì)算，綜合其他因素，得出最佳的反應(yīng)器——間歇釜式反應(yīng)器。本選題為年產(chǎn)量5800噸的間歇釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化

18、率為60%，通過(guò)物料衡算、熱量衡算，反應(yīng)器體積為、換熱量為。設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果表明，反應(yīng)器的特征尺寸為高1690mm，直徑1600mm；夾套的特征尺寸為高1200mm，內(nèi)徑為1800mm。攪拌器的形式為圓盤(pán)式攪拌器，攪拌軸直徑40mm，電功率1.44KW。在此基礎(chǔ)上繪制了整體工藝的工藝流程圖。</p><p>　　關(guān)鍵字：合成工藝；間歇釜式反應(yīng)器; 熱量衡算; 壁厚設(shè)計(jì)</p><p><

19、b>　　Abstract</b></p><p>　　This design investigation of the development status of the domestic and international market demand, comparative analysis and a variety of ethyl acetate synthesis were cons

20、idered briefly. The continuous stirred tank reactor and a batch reactor volume calculation, combined with other factors, the reaction -- stirred batch reactor best. The batch reactor for 5800 T a year is to be designed，t

21、he reaction conversion rate is 60%.Through the material, heat balance reactor volume, heat transfer. Equipme</p><p>　　Key words: synthesis process;batch reactor, Heat balance, Thick wall design</p>&l

22、t;p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)項(xiàng)目</b></p><p>　　年產(chǎn)5800噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 　</p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模：5800噸/年</p><

23、;p>　　生產(chǎn)時(shí)間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時(shí)/年，間歇生產(chǎn)6000小時(shí)/年</p><p>　　物料損耗：按5%計(jì)算</p><p>　　乙酸的轉(zhuǎn)化率：60%</p><p><b>　　反應(yīng)條件</b></p><p>　　反應(yīng)在等溫下進(jìn)行，反應(yīng)溫度為80℃，以少量濃硫酸為催化劑，硫酸量為總物料量的1%，當(dāng)乙醇過(guò)量時(shí)

24、，其動(dòng)力學(xué)方程為：- rA=kCA2。A為乙酸，建議采用配比為乙酸：乙醇=1：5（摩爾比），反應(yīng)物料密度為0.85㎏/L，反應(yīng)速度常數(shù)k為15.00L/（kmol.min）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、 設(shè)計(jì)方案比較 </p><p>　　對(duì)所有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，最后確定本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案。 <

25、;/p><p>　　2、反應(yīng)部分的流程設(shè)計(jì)（畫(huà)出反應(yīng)部分的流程圖） </p><p>　　3、反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　物料衡算，熱量衡算，生產(chǎn)線數(shù)，反應(yīng)器個(gè)數(shù)， 反應(yīng)器體積，反應(yīng)器基本尺寸。 </p><p>　　4、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)內(nèi)容 </p><p>　　封皮（采用化工原理課程設(shè)計(jì)模版，格式排版要

26、求同化工原理課程設(shè)計(jì)要求）</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)； 目錄； 設(shè)計(jì)方案比較； 工藝流程圖設(shè)計(jì)； 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)； </b></p><p><b>　　背景介紹</b></p><p>　　乙酸乙酯的性質(zhì)與用途</p><p>&

27、lt;b>　　理化特性</b></p><p>　　乙酸乙酯（ethyl acetate）分子式為CH3COOC2H5，無(wú)色易揮發(fā)液體有水果香味，熔點(diǎn)-83.6 ℃，沸點(diǎn)77.06 ℃，相對(duì)密度0.9003；微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑；與水或乙醇都能生成二元共沸混合物；與水的共沸混合物的沸點(diǎn)70.4℃，與乙醇的共沸混合物的沸點(diǎn)71.8 ℃，與水和乙醇還可以形成三元共沸混合物，沸點(diǎn)70.

28、2 ℃。在酸或堿的催化下，易水解成乙酸和乙醇；此外，還可發(fā)生自縮合等反應(yīng)。</p><p><b>　　主要用途</b></p><p>　　乙酸乙酯是應(yīng)用最廣泛的脂肪酸酯之一，具有優(yōu)良的溶解性能，是一種較好的工業(yè)溶劑，已被廣泛應(yīng)用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹(shù)脂、乙酸纖維樹(shù)脂、合成橡膠等生產(chǎn)，也可用于生產(chǎn)復(fù)印機(jī)用液體硝基纖維墨水，在紡織工業(yè)中用作清洗劑；在食

29、品工業(yè)中用作特殊改性酒精的香味萃取劑，在香料工業(yè)中是最重要的香料添加劑，可作為調(diào)香劑的組分，乙酸乙酯也可用作粘合劑的溶劑，油漆的稀釋劑以及作為制造藥物、染料等的原料。</p><p>　　制藥 醋酸乙酯在制藥行業(yè)用作溶劑，主要生產(chǎn)維生素E及一些醫(yī)藥中間體。我國(guó)是人口大國(guó)，人口凈增長(zhǎng)、人口老齡化問(wèn)題都將增加對(duì)醫(yī)藥品的需求量。同時(shí)，隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織，醫(yī)藥出口量明顯增加?；瘜W(xué)原料藥依然是我國(guó)醫(yī)藥商品出口的主要

30、品種，產(chǎn)量與出口量快速上升，帶動(dòng)了醋酸乙酯消費(fèi)。</p><p>　　膠粘劑 膠粘劑的種類繁多，醋酸乙酯主要用于溶劑型膠粘劑，尤其是聚氨酯類膠粘劑。我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始研制和開(kāi)發(fā)聚氨酯膠粘劑，產(chǎn)量不斷增大。從未來(lái)發(fā)展看，我國(guó)聚氨酯類膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展很快，我國(guó)是世界上最大的制鞋國(guó)，目前雖有相當(dāng)部分的制鞋企業(yè)以氯丁膠作為膠粘劑，但氯丁膠盡管有初粘性好、可冷粘、價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)，但其不耐增塑劑滲透，必須用苯

31、類有毒溶劑等是其致命弱點(diǎn)，使得氯丁膠已經(jīng)不適應(yīng)制鞋工業(yè)的發(fā)展要求，國(guó)外的趨勢(shì)是逐漸被聚氨酯膠粘劑所代替，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80%~90%的鞋用膠已經(jīng)被聚氨酯類膠粘劑占領(lǐng)，國(guó)內(nèi)也呈現(xiàn)這種趨勢(shì)。近年來(lái)，東北、華北和華中等內(nèi)地的鞋廠也開(kāi)始使用，并有不斷擴(kuò)大的勢(shì)頭。另外，聚氨酯膠在建筑、高速公路、飛機(jī)跑道嵌縫材料、高層建筑玻璃密封材料等方面的應(yīng)用也在不斷增長(zhǎng)。</p><p>　　涂料 醋酸乙酯主要用于高檔溶劑型涂料，如聚

32、氨酯涂料、環(huán)氧樹(shù)脂涂料、丙烯酸酯涂料、乙烯基涂料等。我國(guó)的醋酸酯涂料是20世紀(jì)90年代以后才迅速發(fā)展起來(lái)的，不僅增長(zhǎng)速度快，并且在涂料總產(chǎn)量中所占的比例也不斷上升。此外，環(huán)氧樹(shù)脂涂料、丙烯酸酯等涂料也消費(fèi)一些醋酸乙酯，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)乙酸乙酯在涂料方面的應(yīng)用還比較落后。近年來(lái)，我國(guó)涂料行業(yè)迅猛發(fā)展，許多國(guó)外著名的涂料生產(chǎn)商采取獨(dú)資或合資的方式在我國(guó)建廠生產(chǎn)高檔涂料。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，尤其是建筑和汽車業(yè)快速發(fā)展，對(duì)高檔涂料需求日

33、益增加，將極大促進(jìn)對(duì)醋酸乙酯的需求。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)狀況</b></p><p><b>　　國(guó)外生產(chǎn)狀況</b></p><p>　　近年來(lái)，世界乙酸乙酯的生產(chǎn)能力不斷增加。2001年全球乙酸乙酯的生產(chǎn)能力只有125.0萬(wàn)噸，2006年生產(chǎn)能力增加到222.0萬(wàn)噸，2008年生產(chǎn)能力增加到約300

34、.0萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)約15.4%。其中北美地區(qū)的生產(chǎn)能力為26.6萬(wàn)噸/年，約占世界乙酸乙酯總生產(chǎn)能力的8.89%； 中南美地區(qū)的生產(chǎn)能力為12.0萬(wàn)噸/年，約占總生產(chǎn)能力的4.0%；西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為35.0萬(wàn)噸/年， 約占總生產(chǎn)能力的11.7%，亞太地區(qū)的生產(chǎn)能力為215.4萬(wàn)噸/年，約占總生產(chǎn)能力的71.8%； 世界其他國(guó)家和地區(qū)的生產(chǎn)能力為11.0萬(wàn)噸/年，約占總生產(chǎn)能力的3.7%。</p><p>&l

35、t;b>　　國(guó)內(nèi)生產(chǎn)狀況</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著我國(guó)化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的快速發(fā)展，乙酸乙酯的生產(chǎn)發(fā)展很快。2003年生產(chǎn)能力只有54.0萬(wàn)噸，2006年增加到90.0萬(wàn)噸，2008年進(jìn)一步增加到約150.0萬(wàn)噸，2003-2008年產(chǎn)能的年均增長(zhǎng)率達(dá)到約10.8%。</p><p>　　2005 年以前，我國(guó)是乙酸乙酯的凈進(jìn)口國(guó)，從2005年以后，隨著我

36、國(guó)乙酸乙酯生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的大量增加，由凈進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)閮舫隹趪?guó)，2006年我國(guó)乙酸乙酯的凈出口量為10.0萬(wàn)噸，約占國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量的15.87%。2008年凈出口量達(dá)到18.28萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)41.27%。近兩年，我國(guó)乙酸乙酯的進(jìn)口量逐年減少，2006 年進(jìn)口量為0.96萬(wàn)噸，2008年下降到0.11萬(wàn)噸，同比下降約85.52%。2009年上半年進(jìn)口量為0.03萬(wàn)噸，同比減少約57.14%。與此相反，我國(guó)醋酸乙酯的出口量卻在逐年增加。2006

37、年出口量超過(guò)10.0 萬(wàn)噸，達(dá)到10.94 萬(wàn)噸，2008年盡管受到全球金融危機(jī)的影響，但出口量仍高達(dá)18.39萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)34.23%。2009年上半年出口量為8.73萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)0.23%。</p><p><b>　　工藝設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件及任務(wù)</b></p><p><

38、;b>　　設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　1、生產(chǎn)規(guī)模：5800噸/年</p><p>　　2、生產(chǎn)時(shí)間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時(shí)/年,間歇生產(chǎn)6000小時(shí)/年</p><p>　　3、物料消耗：按5%計(jì)算</p><p>　　4、乙酸的轉(zhuǎn)變化率：60%</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任

39、務(wù)</b></p><p>　　乙酸乙酯酯化反應(yīng)的化學(xué)式為：</p><p>　　催化劑為濃硫酸，硫酸量為總物料量的1%，乙醇過(guò)量，其動(dòng)力學(xué)方程為： 。其中，乙酸：乙醇 = 1：5（摩爾比），反應(yīng)物料密度為0.85，反應(yīng)速度常數(shù)</p><p>　　k=15.00L/（kmol·min）。</p><p>　　原料路線確

40、定的原則和依據(jù)</p><p>　　乙酸乙酯的合成路線主要有四種，即乙醛縮合法、乙酸酯化法、乙烯加成法和乙醇脫氫法。傳統(tǒng)的乙酸酯化法工藝在國(guó)外被逐步淘汰，而大規(guī)模生產(chǎn)裝置主要是乙醛縮合法和乙醇脫氫法，在乙醛原料較豐富的地區(qū)乙醛縮合法裝置得到了廣泛的應(yīng)用。乙醇脫氧法是近年開(kāi)發(fā)的新工藝，在乙醇豐富且低成本的地區(qū)得到了推廣。最新的乙酸乙酯生產(chǎn)方法是乙烯加成法。</p><p><b>

41、　?。?）乙酸酯化法</b></p><p>　　乙醇乙酸酯化法是由乙酸和乙醇在硫酸等催化劑作用下直接酯化成乙酸乙酯，常用的催化劑是濃硫酸。該工藝是目前國(guó)內(nèi)廣泛采用的生產(chǎn)工藝，濃硫酸有酸性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。用濃硫酸作催化劑，也有其不可克服的缺點(diǎn)，即硫酸對(duì)設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。</p><p><b>　?。?）乙醛縮合法</b></p&g

42、t;<p>　　乙醛縮合法是由兩分子乙醛縮合成一分子乙酸乙酯，催化劑為乙醇鋁、氯化鋁及氯化鋅等，反應(yīng)溫度為0~100℃。乙醛縮合法優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)是在常壓低溫下進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率和收率高，對(duì)設(shè)備要求不高，生產(chǎn)成本較酯化法低；缺點(diǎn)是受原料來(lái)源限制，僅適宜于乙醛資源豐富的地區(qū)。因催化劑乙醇鋁無(wú)法回收，最后通過(guò)加水生成氫氧化鋁排放，對(duì)環(huán)境有一定污染。</p><p><b>　?。?）乙烯加成法</

43、b></p><p>　　乙烯與乙酸直接加成反應(yīng)生產(chǎn)乙酸乙酯利用豐富的乙烯原料，原料利用合理，來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本較低，且對(duì)合成乙酸乙酯具有較高的產(chǎn)率與選擇性，既是一種原子經(jīng)濟(jì)型反應(yīng)，又是一種環(huán)境友好型反應(yīng)。缺點(diǎn)是此催化體系對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，投資成本高。</p><p><b>　?。?）乙醇脫氫法</b></p><p>　　脫氫

44、法反應(yīng)特點(diǎn)是：反應(yīng)溫和，各種反應(yīng)條件變化彈性很大，工藝簡(jiǎn)單，容易操作。脫氫法優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)成本低，每噸乙酯副產(chǎn)氫氣509m3，適用于氫氣有用場(chǎng)合；基本無(wú)腐蝕和三廢排放。脫氫法缺點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量不如酯化法，只適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)；技術(shù)較復(fù)雜，尚未成熟。</p><p><b>　　物料計(jì)算及方案選擇</b></p><p><b>　　表1 物料物性參數(shù)</b&

45、gt;</p><p>　　表2 乙酸規(guī)格質(zhì)量 </p><p><b>　　續(xù)表2</b></p><p><b>　　間歇進(jìn)料的計(jì)算</b></p><p><b>　　流量的計(jì)算</b></p

46、><p><b>　　乙酸乙酯的流量</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對(duì)分子質(zhì)量為88，生產(chǎn)流量為</p><p>　　乙酸的流量 乙酸采用工業(yè)二級(jí)品（含量98%） </p><p><b>　　乙醇的流量</b></p><p>　　乙酸：乙醇 =1：5（摩爾比），則乙

47、醇的進(jìn)料量為</p><p>　　=5×19.66=98.3kmol/h</p><p>　　總物料量流量：=19.66+98.3=117.96</p><p><b>　?、芰蛩岬牧髁?lt;/b></p><p>　　總物料的質(zhì)量流量 </p><p>　　硫酸為總流量的1%，則5759

48、0.01=57.59，</p><p>　　硫酸的流量 == 0.59</p><p><b>　　表3 物料進(jìn)料量表</b></p><p>　　2、反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算</p><p>　　當(dāng)乙醇過(guò)量時(shí)，反應(yīng)物料密度為0.85,其反應(yīng)速率方程,當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃，催化劑為硫酸時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)</p>

49、<p>　　k=15.00=0.9 m3/(kmol.h)</p><p>　　當(dāng)乙酸轉(zhuǎn)化率=0.60，</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　反應(yīng)時(shí)間t為</b></p><p><b>　　取，則反應(yīng)體積</b></p>

50、<p>　　因裝料系數(shù)為0.75，故實(shí)際體積</p><p>　　要求每釜體積小于5，則間歇釜需3個(gè)，每釜體積V=3.51圓整，取實(shí)際體積。</p><p><b>　　連續(xù)進(jìn)料的計(jì)算</b></p><p><b>　　1、流量的計(jì)算</b></p><p><b>　　乙

51、酸乙酯的流量</b></p><p>　　乙酸乙酯的相對(duì)分子質(zhì)量為88，生產(chǎn)流量為</p><p>　　乙酸的流量 乙酸采用工業(yè)二級(jí)品（含量98%） </p><p><b>　　乙醇的流量</b></p><p>　　乙酸：乙醇 =1：5（摩爾比），則乙醇的進(jìn)料量為 =5×14.75=73.75k

52、mol/h</p><p>　　總物料量流量：=14.75+73.75=88.5</p><p><b>　?、芰蛩岬牧髁?lt;/b></p><p><b>　　總物料的質(zhì)量流量 </b></p><p>　　硫酸為總流量的1%，則43210.01=43.21，</p><p>

53、;　　硫酸的流量== 0.44</p><p>　　表4 物料進(jìn)料量表 .</p><p>　　2、反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算</p><p>　　當(dāng)乙醇過(guò)量時(shí)，反應(yīng)物料密度為0.85,其反應(yīng)速率方程,當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃，催化劑為硫酸時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)</p><p>　　k=15.00=0.9 m3/(k

54、mol·h)</p><p><b>　　乙酸的初始濃度為</b></p><p>　　對(duì)于連續(xù)式生產(chǎn)，采用兩釜串聯(lián)，系統(tǒng)為定態(tài)流動(dòng)。</p><p><b>　　恒容系統(tǒng)，不變</b></p><p>　　采用兩釜等溫操作，則 </p><p><b>

55、　　解得 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　實(shí)際體積V==3.07 要求每釜體積小于5</p><p>　　則連續(xù)反應(yīng)釜需2個(gè)，一條生產(chǎn)線串聯(lián)在一起即可；</p><p>　　連續(xù)性反應(yīng)時(shí)間 </p><p><b>

56、　　設(shè)計(jì)方案的選擇</b></p><p>　　經(jīng)上述計(jì)算可知,間歇釜進(jìn)料需要3反應(yīng)釜2個(gè),連續(xù)性進(jìn)料需2個(gè)4反應(yīng)釜。根據(jù)間歇性和連續(xù)性反應(yīng)特征比較，間歇進(jìn)料需2條生產(chǎn)線，連續(xù)性需1條生產(chǎn)線，因此選擇間歇生產(chǎn)比連續(xù)生產(chǎn)要優(yōu)越許多。故而，本次設(shè)計(jì)將根據(jù)兩釜串聯(lián)的的間歇性生產(chǎn)線進(jìn)行，并以此設(shè)計(jì)其設(shè)備和工藝流程圖。</p><p><b>　　工藝流程圖</b>

57、</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　熱量衡算</b></p><p><b>　　熱量衡算總式</b></p><p>　　式中：進(jìn)入反應(yīng)器物料的能量， </p><p><b>　?。夯瘜W(xué)反應(yīng)熱，</

58、b></p><p>　　：供給或移走的熱量，有外界向系統(tǒng)供熱為正，有系統(tǒng)向外界移去熱量為負(fù)，</p><p>　　：離開(kāi)反應(yīng)器物料的熱量，</p><p>　　每摩爾各種物值在不同條件下的值</p><p>　　對(duì)于氣象物質(zhì)，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個(gè)公式計(jì)算：</p><p>　　各種液相物質(zhì)的熱容參

59、數(shù)如下表：</p><p>　　表5 液相物質(zhì)的熱容參數(shù)</p><p>　　由于乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)為78.5℃和77.2℃，所以：</p><p><b>　　乙醇的值</b></p><p><b>　　乙酸乙酯的值</b></p><p><b>　　水的值

60、</b></p><p><b>　　乙酸的值</b></p><p><b>　　各種氣相物質(zhì)的參數(shù)</b></p><p>　　表6 氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)</p><p><b>　　乙醇的值</b></p><p><b>　　

61、乙酸乙酯的值</b></p><p>　　每摩爾物質(zhì)在80℃下的焓值</p><p><b>　　每摩爾水的焓值</b></p><p><b>　　每摩爾的乙醇的焓值</b></p><p><b>　　每摩爾乙酸的焓值</b></p><p&

62、gt;　　每摩爾乙酸乙酯的焓值</p><p><b>　　總能量衡算</b></p><p><b>　　的計(jì)算</b></p><p><b>　　表7 物質(zhì)進(jìn)料</b></p><p>　　=124526.44+0+4580406.46+0</p><

63、p>　　=4704932.9 </p><p><b>　　的計(jì)算</b></p><p>　　-123632.14</p><p><b>　　的計(jì)算</b></p><p>　　=377957.776+533463.84+3920604.268+461604.2</p>&

64、lt;p>　　= 5293630.084</p><p><b>　　因?yàn)椋?</b></p><p>　　即：4704932.9 -123632.14 +=5293630.084 </p><p>　　求得：=712329.324</p><p>　　>0，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。</p>&

65、lt;p><b>　　反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　反應(yīng)器的直徑和高度</b></p><p>　　反應(yīng)物料為液液相類型，由表H/Di=1.0-1.3，考慮容器不是很大，故可取H/Di=1.2，忽略罐底容積</p><p>　　由式 </p><p>&l

66、t;b>　　Di= =</b></p><p>　　反應(yīng)釜內(nèi)徑的估算值應(yīng)圓整到公稱直徑DN系列，故可取1600 mm 。封頭取相同內(nèi)徑，其直邊高度ho由附表12[3] 初選ho=40 mm 。</p><p><b>　　確定筒體高度H</b></p><p>　　當(dāng) Dg=1600 mm ，ho= 25 mm 時(shí)，</

67、p><p>　　由附表12[3]可查得橢圓形封頭的容積為 V封 =0.617 m </p><p>　　查得筒體1米高的容積V1米=2.014 m3</p><p><b>　　≈1.68m</b></p><p>　　取 H = 1680 mm 則 H/Di = 1680/1600≈1.0 選取橢圓封頭，其

68、公稱直徑為1600mm，曲面高度為400mm，直邊高度為25mm，容積為0.587 m3</p><p>　　夾套直徑、高度的確定</p><p>　　根據(jù)筒體的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算查取，選取DN=1800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：</b></p><p&g

69、t;　　≥ ,式中η為裝料系數(shù)，η = 0.75 ，代入式中得：</p><p>　　?。篐2 = 1200 mm 。</p><p><b>　　設(shè)備的壁厚計(jì)算</b></p><p><b>　　釜體筒體壁厚計(jì)算</b></p><p><b>　　內(nèi)壓設(shè)計(jì)計(jì)算</b>

70、</p><p>　　根據(jù)工作條件，可選取P=0.2MPa為設(shè)計(jì)內(nèi)壓。 </p><p>　　根據(jù)式（10-12）[2]筒體的設(shè)計(jì)厚度：</p><p><b>　　≈3.8mm</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　δd —— 圓筒設(shè)計(jì)厚度

71、，mm ；</p><p>　　Di —— 圓筒內(nèi)徑 ，mm ；</p><p>　　P —— 內(nèi)壓設(shè)計(jì)壓力，MPa ；</p><p>　　Φ —— 焊接接頭系數(shù)，考慮到夾套的焊接取0.8（表10-9[2]）；</p><p>　　C2 —— 腐蝕裕量，取 2 mm ；</p><p>　　[σ]t——材料許用

72、應(yīng)力：[σ]t = 113 MPa 。</p><p>　　考慮到鋼板負(fù)偏差，初選C1 = 0.6 mm 。</p><p>　　所以，內(nèi)壓計(jì)算筒體壁厚：3.8 + 0.6 = 4.4mm ；圓整取5mm，按鋼制容器的制造取壁厚。</p><p><b>　　外壓設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　按承受0.25MP

73、a 的外壓設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)筒體的設(shè)計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度，L = H2 + = 1200+ =1333 mm （h為封頭的曲面高度），則：</p&

74、gt;<p>　　L/Do = ≈ 0.83，Do/δ = ≈ 230，</p><p>　　由圖10-15[2]查得A = 0.00045，由圖10-17[2]差得 B = 65 MPa ，則許用外壓為：</p><p>　　[P] = = = 0.28 MPa＞0.25 MPa 。</p><p>　　可見(jiàn)，δ = 7 mm 滿足0.25 MP

75、a 外壓穩(wěn)定要求，考慮壁厚附加量C = C1 + C2 = 0.6 + 2 = 2.6 mm 后，筒體壁厚 δn = δ + C = 7 +2.6 = 9.6 mm ，圓整到標(biāo)準(zhǔn)鋼板規(guī)格，δn 取 10 mm 。</p><p>　　綜合外壓與內(nèi)壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，釜體的筒體壁厚為10mm，經(jīng)計(jì)算校核，滿足設(shè)備安全要求。</p><p><b>　　釜體封頭壁厚計(jì)算</b>

76、</p><p>　　按內(nèi)壓計(jì)算：S封 =</p><p>　　P = 0.2MPa,</p><p>　　Di = 1600mm,</p><p><b>　　Φ = 0.8,</b></p><p>　　[σ]t = 113Mpa,</p><p>　　C = 0.6+

77、2 = 2.6mm,</p><p>　　代入得 S封= 4.4mm.</p><p>　　因?yàn)楦w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</p><p><b>　　S封頭= 10mm</b></p><p>　　經(jīng)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=

78、 10 mm。 </p><p>　　夾套筒體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　根據(jù)式（10-12）[2] 筒體的設(shè)計(jì)厚度：</p><p>　　δd =+ C2 =+ 2 ≈ 4.5 mm</p><p>　　考慮到鋼板負(fù)偏差，初選C1 = 0.6 mm </p><p>　　故夾套筒體的厚度為4.5+0.6 = 5

79、.1mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列取6 mm。經(jīng)校核，設(shè)備穩(wěn)定安全。</p><p>　　夾套封頭壁厚設(shè)計(jì)與選擇</p><p><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(jīng)校核，設(shè)備穩(wěn)定安

80、全符合要求。</p><p>　　據(jù)附表12[2]可查取到夾套封頭尺寸：</p><p>　　公稱直徑：1800mm，曲面高度：400mm，直邊高度：25mm</p><p><b>　　反應(yīng)釜設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　表8 夾套反應(yīng)釜的相關(guān)參數(shù)</p><p><b>　

81、　攪拌器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　攪拌器的形式選擇</b></p><p>　　根據(jù)工作條件，由于物料的黏度不大，考慮到物料的流動(dòng)、攪拌目的及轉(zhuǎn)速要求，選擇攪拌器的形式為：雙葉螺旋槳式，槳葉直徑為800 mm。</p><p>　　攪拌器轉(zhuǎn)速n：根據(jù)相關(guān)的工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇n = 100 rpm</p>

82、<p><b>　　傳動(dòng)功率P：</b></p><p><b>　　攪拌的雷諾數(shù)Re</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　電機(jī)功率</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中考慮傳動(dòng)效率為90%，則：<

83、;/p><p>　　P電 = P/0.9 = 1.3/0.9 = 1.44KW</p><p><b>　　減速器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，并查取文獻(xiàn)，選用BLD1.5-2-29Q型減速器，其出軸轉(zhuǎn)速為100rpm，適用。</p><p>　　攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p&g

84、t;<b>　　攪拌軸材料</b></p><p>　　選用Q235-A,選取其[τ]=16MPa （[τ]為軸材料的許用切應(yīng)力，單位：MPa,對(duì)于Q235-A,取12～20MPa）</p><p><b>　　攪拌軸強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　圓整，取d = 40 mm</p><p>

85、<b>　　攪拌軸剛度計(jì)算</b></p><p>　?。ㄊ街衃θ]為軸的許用扭轉(zhuǎn)角(°/m)，對(duì)于一般的傳動(dòng)，可取0.5～1.0(°/m)，本設(shè)計(jì)中物料黏度不大，取為0.7）</p><p>　　經(jīng)計(jì)算比較，軸徑為40mm 滿足強(qiáng)度、剛度要求，故選擇攪拌軸徑為40 mm 。 </p><p>　　夾套式反應(yīng)釜附屬裝置的確定

86、</p><p>　　支座的選定：（以下參考書(shū)[3]）</p><p>　　因發(fā)應(yīng)釜需外加保溫，故選B型懸掛式支座</p><p><b>　　反應(yīng)釜總重 </b></p><p>　　Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4</p><p>　　式中：Q1——筒體與夾套筒體總重</p&

87、gt;<p>　　Q2——封頭與夾套封頭總重</p><p>　　Q3——料液重，按水壓試驗(yàn)時(shí)充滿水計(jì)</p><p>　　Q4——附件重，人孔重900N，其它接管和保溫層按1000N計(jì)</p><p><b>　　故：</b></p><p>　　Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 12357

88、 + 4690 + 53057 + 1900 = 72004N</p><p>　　按兩個(gè)支座承載計(jì)，每個(gè)支座承載36002N</p><p>　　由表11-6[2] 選：支座B4 JB/T 4735-92</p><p><b>　　人孔C：</b></p><p>　　選用長(zhǎng)圓型回轉(zhuǎn)蓋快開(kāi)人孔 人孔PN0.6，40

89、0×300 JB 579-79-1</p><p><b>　　接管及其法蘭選擇</b></p><p><b>　　水蒸氣進(jìn)口管</b></p><p>　　φ108×4，L=200mm，10號(hào)鋼</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN100 HG 20592-97&

90、lt;/p><p><b>　　冷卻水出口管</b></p><p>　　φ57×3.5，L=150 mm，無(wú)縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　乙酸進(jìn)料管 </b></p><p><

91、b>　　管徑d=</b></p><p>　　根據(jù)管子規(guī)格圓整選用的無(wú)縫鋼管，L=150mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN25 HG 20592-97</p><p><b>　　乙醇進(jìn)料管 </b></p><p><b>　　管徑</b></p>

92、<p>　　根據(jù)管子規(guī)格圓整選用的無(wú)縫鋼管，L=200mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　濃硫酸進(jìn)料管 </b></p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　根據(jù)管子規(guī)格圓整選用的無(wú)縫鋼管，L

93、=100mm</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN10 HG 20592-97</p><p><b>　　出料管：</b></p><p><b>　　出料總質(zhì)量流量</b></p><p>　　因密度，則體積流量為</p><p>　　由表1-1[4]得，因進(jìn)

94、料黏度低，選取管道中流速</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)格選取φ50×3.5的無(wú)縫鋼管。</p><p>　　法蘭：P·N0.6 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　溫度計(jì)接管：</b></p>

95、<p>　　φ45×2.5，L=100mm，無(wú)縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN40 HG 20592-97</p><p><b>　　不凝氣體排出管：</b></p><p>　　φ32×3.5，L=100 mm，無(wú)縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.6 D

96、N25 HG 20592-97</p><p><b>　　壓料管：</b></p><p>　　φ57×3.5，L=200 mm，無(wú)縫鋼管</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN50 HG 20592-97</p><p><b>　　壓料管套管：</b></p&g

97、t;<p>　　φ108×4，L=200 mm，10號(hào)鋼</p><p>　　法蘭：PN0.25 DN100 HG 20592-97</p><p><b>　　總結(jié)心得</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)里，我學(xué)到了很多。在課堂的理論學(xué)習(xí)中，我們只重于一個(gè)反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)體積、轉(zhuǎn)化率等的計(jì)算，然而課

98、程設(shè)計(jì)中涉及到一些實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)我們要生產(chǎn)一種產(chǎn)品時(shí)，會(huì)有許多不同的合成方法，它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，也有不同的經(jīng)濟(jì)效率，我們要綜合實(shí)際情況考慮。通過(guò)與同學(xué)的交流和探討，查閱文獻(xiàn)資料，查閱互聯(lián)網(wǎng)以及老師的指導(dǎo)幫助下，問(wèn)題都得到很好的解決。</p><p>　　通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我這半個(gè)學(xué)期來(lái)學(xué)過(guò)的幾個(gè)章節(jié)做了很好的復(fù)習(xí)回顧。以前在課堂上沒(méi)有通過(guò)自己一步步推導(dǎo)的過(guò)程，在這次課程設(shè)計(jì)中都自己努力的去正確的推導(dǎo)了。通過(guò)課

99、程設(shè)計(jì)我更加了解到單純的理論忽略了很多實(shí)際因素，在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)這些是不能被忽略的，我們必須考慮這方面的問(wèn)題，這使我更深刻的體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，作為化工專業(yè)的學(xué)生，特別感謝老師能結(jié)合實(shí)際，對(duì)我們的課程有著精心合理的安排。讓我們能夠理論結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅提高了我

100、們的學(xué)習(xí)興趣，又與今后的工作間接接軌，這做了很好的鋪墊。</p><p>　　此外，在這次設(shè)計(jì)中和同學(xué)的討論、互相學(xué)習(xí)對(duì)我的設(shè)計(jì)完成有很大的幫助，在老師要求CAD作圖的前提下，在同學(xué)的幫助著我對(duì)CAD制圖更加鞏固了。</p><p>　　最后，再次的感謝老師和同學(xué)們的幫助！謝謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

101、<p>　　[1] 郭鍇等編著.《化學(xué)反應(yīng)工程》.第二版.化學(xué)工業(yè)出版社，2007. </p><p>　　[2] 陳甘棠主編．《化學(xué)反應(yīng)工程》．第三版．化學(xué)工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[3] 周大軍、揭嘉主編.《化工工藝制圖》.化學(xué)工業(yè)出版社，2005 </p><p>　　[4] 陳國(guó)桓主編．《化工機(jī)械基礎(chǔ)》．第二版. 化學(xué)工業(yè)出版

102、社，2007 </p><p>　　[5] 姚玉英主編．《化工原理》．修訂版.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006 </p><p>　　[6] 印永嘉等主編．《物理化學(xué)簡(jiǎn)明教程》.第四版．高等教育出版社，2007</p><p>　　[7] 《實(shí)用化學(xué)手冊(cè)》．科學(xué)出版社 </p><p>　　[8] 馮新，宣愛(ài)國(guó)．化工熱力學(xué)[M]．.北京： 化學(xué)工

103、業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[9] 舒均杰．基本有機(jī)化工工藝學(xué)（第2版）[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 </p><p>　　[10] 丁伯民, 黃正林編. 《化工容器》[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2003. </p><p>　　[11] 王凱, 虞軍編. 攪拌設(shè)備[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 2003 </p><