年产500吨马来酸二乙酯车间工艺设计--脱色和中和反应釜的设计

教学单位 宝鸡文理学院 学生学号 200992074043 编 号 本科毕业论文全套图纸加扣 3346389411或3012250582题目 年产500吨马来酸二乙酯车间工艺设计 脱色和中和反应釜的设计 学生姓名 专业名称 化学工程与工艺 指导教师 2013年 5月 27日 目录摘 要1关键词1Abstract1Keywords21 概述21.1 形状及应用21.1.1 马来酸二乙酯的性状121.1.2 马来酸二乙酯的危险性概述21.1.3 马来酸二乙酯的消防措施31.1.4 马来酸二乙酯的应用及储存31.2 马来酸二乙酯的操作注意事项31.3 马来酸二乙酯的应急处理41.4 运输注意事项41.5 国内外市场需求42. 马来酸二乙酯的生产工艺介绍52.1马来酸二乙酯的生产方法52.1.1 硫酸催化酯化法52.1.2 离子交换法52.2 马来酸二乙酯的生产工艺选择62.3 生产流程62.4 反应流程72.5 主要原料配比和用量72.6 原料规格8马来酸酐83 反应器93.1 反应釜的选型93.2 确定反应釜的操作方式294 脱色105 工艺计算115.1 生产能力115.2 立式搅拌反应釜的设计125.2.1 确定筒体和封头形式3125.2.2 反应釜体积VR的计算125.2.3 确定反应釜筒体的直径与高度4135.2.4 封头设计145.2.5 反应釜厚度计算145.2.6 内筒筒体厚度计算145.2.7 封头厚度计算156 反应釜搅拌器设计及计算156.1 搅拌器的类型5156.1.1 推进式搅拌器156.1.2 涡轮式搅拌器166.1.3 桨式搅拌器166.1.4 锚式和框式搅拌器166.1.5 螺带式搅拌器166.2 反应釜搅拌器设计及计算176.2.1 搅拌器功率计算186.2.2 搅拌轴的材质及加工要求186.2.3 搅拌轴直径计算187 反应热6197.1 相关物料的物性参数197.2 相关物质量197.3 反应放热19结束语20参考文献21谢辞22年产500吨马来酸二乙酯车间工艺设计脱色和中和反应釜的设计 (宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013)摘 要：马来酸二乙酯（DEM）是高分子化合物单体，农药、医药、香料、水质稳定剂（有机多元羧酸磷酸化合物）的中间体。本文主要介绍了马来酸二乙酯的性质、用途、主要生产方法、市场前景及发展趋势。选用由顺丁烯二酸酐和乙醇在硫酸存在下，经酯化、脱色、中和、过滤、精馏制得马来酸二乙酯的生产工艺。根据反应物的物料恒算和热量恒算，对中和反应釜工艺尺寸及其附属设备进行计算，并绘制出符合标准的中和反应釜的图纸。 关键词：马来酸二乙酯，脱色 ，中和，反应釜The Process Design of a Plant Producing500t/a Diethyl Maleate : The Design of Decolor and Neutralization reactorLi Fan(College of Chem. and Chem. Engi., Baoji University of Arts and Sciences, Baoji Shannxi 721013 )Abstract: Diethyl Maleate is a macromolecular monomer, and an intermediates of pesticide, medicine spices, water quality stabilizer(organic polybasic carboxylic acid phosphate *交稿日期：2013-05-27，指导老师：陈虎魁作者简介：李凡（1992），女，陕西渭南人，化学化工学院2013届毕业生compound). Its natures, uses, main production methods, market prospect and trend of development are mainly introduced in this paper. Using maleic anhydride and ethanol as the raw materials, after esterification, decolorization neutralization, filtration, distillation, the Diethyl Maleate products were finally got. According to the material balance and heat balance, Neutralization reactor and its subsidiary equipment size were calculated, and a drawing of standard neutralization reactor was draw. Keywords: Diethyl Maleate, Decolor, Neutralization, Reactor1 概述1.1 形状及应用1.1.1 马来酸二乙酯的性状1马来酸二乙酯又名顺丁烯二酸二乙酯、失水苹果酸二乙酯、失水苹果酸乙酯，英文名 Diethyl maleate，化学式为C8H12O4，分子量为172.18。结构式 。 马来酸二乙酯为无色透明液体，常温常压下稳定。禁配物：氧化剂、还原剂、酸类、碱类。 微溶于水，溶于醇、醚、烃等有机溶剂，在碱性溶液中易水解，30时在水中溶解1.4；水在马来酸二乙酯中溶解1.9，与88.2的水形成共沸混合物，共沸点99.65。熔点（）：-11.5，沸点（）：225.0，相对密度（水=1）：1.0687（20），相对蒸气密度（空气=1）：5.93，饱和蒸汽压（kPa）：0.133（57.3），酸碱度（PH值）：1，折光率：1.4415，粘度（mPa.s，25）：3.14，蒸发热（kJ/mol）：52.3，蒸汽压（kPa，30）：0.30。技术指标：含量98%，酸度(一硫酸计)0.1%。1.1.2 马来酸二乙酯的危险性概述侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。健康危害：该品粉尘和蒸气具有刺激性，吸入后可引起咽炎、喉炎和支气管炎，可伴有腹痛。眼和皮肤直接接触有明显刺激作用，并引起灼伤。慢性影响：慢性结膜炎、鼻粘膜溃疡和炎症。有致敏性，可引起皮疹和哮喘。对眼睛、皮肤、粘膜有一定的刺激作用。 环境危害：该物质对环境有害，建议不要让其进入环境，应特别注意对水体的污染。燃爆危险：其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸，有腐蚀性。与氧化剂能发生强烈反应，引起燃烧或爆炸。若遇高热，可发生聚合反应，放出大量热量而引起容器破裂和爆炸事故。蒸气比空气重，沿地面扩散并易积存于低洼处，遇火源会着火回燃。1.1.3 马来酸二乙酯的消防措施有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳。 灭火方法：尽可能将容器从火场移至空旷处，喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中产生声音，必须马上撤离。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉、沙土灭火。灭火注意事项及措施：消防人员须佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上风向灭火，尽可能将容器从火场移至空旷处，喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中产生声音，必须马上撤离；注意用水灭火无效。1.1.4 马来酸二乙酯的应用及储存用途：马来酸二乙酯主要用于生产有机磷农药马拉硫磷。马来酸二乙酯也是合成高分子化合物的单体。马来酸二乙酯还用作医药、香料、水质稳定剂等的中间体、杀虫剂、塑料助剂。包装：200公斤/镀锌铁桶或200公斤/塑料桶。储存方法：储存在阴凉干燥通风的地方，远离火种、热源。防止阳关直射，保持容器密封，应与氧化剂、还原剂、酸类、碱类分开存放，切勿混储。配备相应品种和数量的消防器材，储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。1.2 马来酸二乙酯的操作注意事项 密闭操作，提供充分的局部排风；操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程；建议操作人员佩戴头罩型电动送风过滤式防尘呼吸器，穿胶布防毒衣，带橡胶手套；远离火种、热源，工作场所严禁吸烟，使用防爆型的通风系统和设备；避免产生粉尘，避免与氧化剂、酸类接触；搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏；配备相应品种数量的消防器材及泄漏应急处理设备；倒空的容器可能残留有害物。1.3 马来酸二乙酯的应急处理迅速撤离泄露污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。周围设警告标志，建议应急处理人员戴好防毒面具，穿化学防护服。不要直接接触泄漏物，尽可能切断泄漏源，防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用沙土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏，构筑围堤或挖坑收容，用泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处理。呼吸系统防护：空气中浓度超标时，应该佩带防毒口罩。眼睛防护：戴安全防护眼镜。防护服：穿工作服（防腐材料制作）。手防护：带橡皮手套。其他：工作后，淋浴更衣，注意个人清洁卫生。皮肤接触：脱去污染的衣着，立即用水冲洗至少15分钟。若有灼伤，就医治疗。眼镜接触：立即提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗至少15分钟。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道畅通，必要时进行人工呼吸或就医。食入：误食者立即漱口，给饮牛奶或蛋清或就医。1.4 运输注意事项运输前应先检查包装容器是否完整、密封，运输过程中要确保容器不泄露、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、还原剂、酸类、碱类等混装混运。船运时，应与机舱、电源、火源等部位隔离。公路运输时要按规定路线行驶。1.5 国内外市场需求马来酸二乙酯是重要的精细化工原料，有着良好的发展前景，国内外市场需求量很大，但国内的生产量远远不能满足国内外市场需求。目前，国内外有好多大型企业在生产此类产品，如国内的辽宁葫芦岛农药厂，武汉葛店化工集团公司。2. 马来酸二乙酯的生产工艺介绍2.1马来酸二乙酯的生产方法马来酸二乙酯由顺丁烯二酸酐和乙醇在硫酸存在下酯化制得，也可用阳离子交换树脂为催化剂进行交换转化而得。工业品顺丁烯二酸二乙酯含量98%，每吨产品消耗顺丁烯二酸酐(95%)585kg，乙醇(95%)604kg。马来酸二乙酯的传统生产工艺是用浓硫酸做催化剂，马来酸酐和乙醇酯化反应合成。2.1.1 硫酸催化酯化法本工艺分有苯正压操作和无苯负压操作。有苯正压操作工艺过程为，将一定量的苯和乙醇加入酯化锅，投入顺丁烯二酸酐在搅拌的情况下，向酯化锅滴加浓硫酸，加料后，将温度升至75左右，酯化反应产生的水分与苯、乙醇形成三元共沸物上升到蒸馏塔，塔顶温度保持在65左右，共沸物由塔顶进入冷凝器，被冷凝器冷却到50左右流入分离器分层，分离器蛇管通入低温水，使温度降至25左右，此时上层液体含苯84.5%，水1%，乙醇14.5%，回流入反应锅内继续酯化蒸馏带水，使可逆的酯化反应进行完全。分离器下层水进一步处理，可回收苯和乙醇。当塔顶温度上升至68.2、分离器下层水液位不再上升时，表示反应锅内水分已经全部蒸出，酯化反应已经完成。此时蒸出的苯和乙醇二元共沸物，不再回流直接由分离器放入储槽，经干燥后，此苯、乙醇共沸物供酯化反应配料使用。无苯负压操作，这是一种重要改进。顺丁烯二酸酐和乙醇在硫酸作用下酯化。借一定的真空和温度将乙醇和反应生成的水呈气态带出，然后通过分馏塔分离出乙醇回流酯化，使反应趋向完全。这种操作方法能缩短反应周期，提高收率和产品质量，改善操作环境，国内生产厂大都采用此法。但考虑到经济效益，正压比负压更容易得到，所以采用有苯正压操作。2.1.2 离子交换法 顺丁烯二酸酐和乙醇的酯化反应在阳离子交换树脂的作用下进行。交换柱直径400、高4m，工作温度为952。此法可以避免硫酸催化法正压有苯操作工艺中的苯污染，但对反应原料和设备要求提高，因为交换树脂容易与高价金属离子如铁、钙、铝等进行交换而失去催化活性，故反应原料中应不含这些金属离子，反应设备要求采用搪玻璃、不锈钢材质。 用粉末型苯乙烯-二乙烯苯强酸性离子交换树脂催化合成顺丁烯二酸二乙酯，能取得提高产品质量、简化工艺、避免游离酸腐蚀的效果。这种粉末树脂是一种能显示离子交换功能的高分子材料，在它交联结构的高分子基体上以化学键结合着许多酸性或碱性基团，能和一般低分子酸、碱一样对某些有机化学反应起催化作用，将苯乙烯-二乙烯苯强酸性离子交换树脂经过10%氢氧化钠及10%盐酸交换浸泡后，洗至近中性，在烘箱110120温度下干燥，按顺丁烯二酸酐重量的1%20%加入反应系统，乙醇过量05%，在50100进行酯化反应。在反应过程中，不断蒸馏出乙醇-水共沸物带出反应生成的水分，在催化剂用量为10%时，完成酯化反应所需时间为46h，然后将反应物中的催化剂粉末树脂过滤分离，就可获得纯度较高的产品，粉末树脂经活化后继续使用。2.2 马来酸二乙酯的生产工艺选择传统方法成熟，产率稳定，对设备的要求比较低。大规模工业生产经济效益相对比较高且催化剂在液相中具有良好的催化活性，所以马来酸二乙酯生产工艺是用浓硫酸做催化剂，马来酸酐和乙醇酯化反应合成。2.3 生产流程 工艺流程图如下：反活性炭应器脱色 中和过滤精馏精馏浓硫酸乙醇马来酸酐活性炭碳酸钠钠乙醇,笨马来酸酐马来酸二乙酯冷凝器冷凝器 2.4 反应流程本设计采用传统生产工艺用浓硫酸做催化剂，马来酸酐和乙醇反应合成。虽然，以马来酸酐、乙醇、浓硫酸为原料经过酯化制得马来酸二乙酯这一工艺路线有很多缺陷，但是它还是目前比较成熟的工艺方法，所以本文工艺设计所选择的方法也是以马来酸酐、乙醇、浓硫酸为原料经过酯化制备。反应方程式 酯化反应完全后混合物用碳酸钠中和。酯化反应是一个典型的可逆反应，马来酸二乙酯的生产主要依靠如何优化反应而提高生产效率。常有以下方法：（1）将反应原料中任何一种过量，使平衡尽量向右移动。（2）将反应中生成的水或酯及时从系统中除去，促使酯化反应完全。生产中常以过量的醇做溶剂与水形成共沸作用，且共沸溶剂可以在生产过程中循环使用。在本生产中，由于马来酸酐价格较贵，考虑到生产成本，采用乙醇过量。以浓硫酸做催化剂，苯做带水剂，来促进酯化反应完全。2.5 主要原料配比和用量 原料 用量（kg/班次） 马来酸酐 329.6 乙醇 309.4 苯 768.8 浓硫酸 10.3 碳酸钠 11.7乙醇用量对反应的影响 乙醇/mL 酐醇摩尔比 产品质量/g 产品收率/g 6 1:2 4.5 52.3 9 1:3 7.2 83.712 1:4 7.9 91.915 1:5 7.6 88.418 1:6 7.3 84.9 该反应中酸酐、乙醇恰当的摩尔比为1:2.4。2.6 原料规格马来酸酐含量（以顺丁烯二酸酐）/% 98.5熔融色度（铂钴）/ 号 100结晶点/ 51.5灰分 /% 0.005%乙醇含量（以乙醇）/ % 96.0%酸含量（以乙酸计） 0.0025%醛含量（以乙醛计） 0.004%甲醇含量（）总碱量 0.02%和0.03%碳酸钠 总碱量（以Na2CO3 计） 98.5%氯化物（以NaCl计） 1.0%铁盐（以Fe计） 0.001%水不溶物 0.10%灼烧失重 0.50%3 反应器化学反应是化工生产中的一个基本单元操作，设备形式为釜式或管式等。反应物在一定的温度、压力和催化剂作用下，生成目标产物，同时伴有副产物和热效应。反应后的产物经过分离单元操作，如精馏、萃取、结晶和干燥等，最终得到目标产物。3.1 反应釜的选型 反应釜的材料主要满足生产工艺的要求，如耐压、耐温、耐介质腐蚀以及保证产品清洁等。由于材料的不同，反应釜的制造工艺、结构也有所不同。因此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设备和带衬里的搅拌设备等。 在此工艺过程中，我们选用比较常用的立式钢制搅拌反应釜。3.2 确定反应釜的操作方式2根据工艺流程的特点，确定反应釜是连续操作还是间歇操作（即分批式操作）。间歇操作是原料一次性加入反应器，然后在釜内进行反应，经过一定时间后，达到要求的反应程度便生产出全部物料，接着清洗反应釜，继而进行下一批原料的装入、反应和御料，即一批一批的反应，所以这种反应釜又叫分批式反应釜或间歇式反应釜。连续操作是连续地将原料加入反应器，反应后的原料也连续的流出反应釜，所使用的反应釜叫连续釜。间歇式反应釜适用于产量小而产品种类多的生产过程例如制药工程和精细化工；对于反应速率小、需要比较长的反应时间的反应过程，使用间歇反应釜也是合适的。连续反应釜适用于生产规模较大的生产过程。权衡此工艺流程，采用间歇式反应釜。对于间歇搅拌釜中，釜内温度、浓度由于搅拌作用而达到均匀。间歇搅拌器如下图： 4 脱色因为在本实验中需要进行脱色，故选活性炭进行脱色。活性炭是一种吸附能力很强的炭，是把硬木、果壳、骨头等放在密闭的容器中烧成炭再增加其孔隙后制成的。防毒面具中用来过滤气体，工业上用来脱色、使溶液纯净，医药上用来吸收胃肠中的毒素、细菌或气体。因为PH值会影响溶液的电离度，一般物质在酸性环境中电离度是比较低的。活性炭在酸性溶液中（PH:3-5）吸附作用较强，在碱性溶液中有时出现“胶溶”或脱吸附作用，使溶液中的杂质增加，影响制成溶液质量。所以在酸性环境中活性炭的吸附效果是比较好的。因此，此生产过程中在中和反应进行前，对产品溶液进行脱色，活性炭加入量为酯化产品的5%。5 工艺计算5.1 生产能力 假设每年工作日为300天，要完成年产500吨马来酸二乙酯的生产量。则每天生产马来酸二乙酯 50010003001666.7 天采用每天3班制间歇式生产 1666.73=555.6 班次 又知，马来酸二乙酯质量分数为98，所以工艺流程中需生产纯的马来酸二乙酯为 555.698%544.5 班次 精馏塔中损耗3，所以精馏塔进口含量为 544.597561.3 班次 精馏塔中损耗1，所以精馏塔进口含量为 561.399567.0 班次 过滤时损耗1，所以过滤进口含量为 567.099572.7 班次 中和反应时损耗1，所以中和反应时进口含量为 572.799578.5 班次 马来酸酐 CH3CH2OH 马来酸二乙酯 H2O 98 92 172 36 329.6kg 309.4kg 578.5kg 121.1kg 因为马来酸酐质量分数为95%，则 329.6/95%=346.9 kg/班次=3.5 kmol/班次因为乙醇与马来酸酐的摩尔比为2.4:1，所以 n乙醇=3.52.4=8.4 kmol m乙醇=8.446=386.4 kg/班次因为催化剂H2SO4与马来酸酐的摩尔比为0.03:1，所以 n硫酸=0.033.5=0.105 kmol m硫酸=0.10598=10.3 kg/班次因为甲苯用量为每摩尔马来酸酐250ml,所以 V苯=3.5103250=875000 ml=875 L=0.875 m3 H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + H2O + CO2 98 106142 10.3kg 11.1kg 14.9kg因为需中和所有的催化剂H2SO4，所以Na2CO3必须过量5%，即 n碳酸钠=1.050.105=0.11 kmol m碳酸钠=0.11106=11.7 kg又知活性炭加入量为酯化产品的5%，所以 m活性炭=0.05578.5=28.9 kg30 kg5.2 立式搅拌反应釜的设计5.2.1 确定筒体和封头形式3从上述已知工作压力及反应温度以及该设备之工艺过程性质，可以看出它是属于带搅拌的反应釜类型，根据惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。5.2.2 反应釜体积VR的计算查取数据，得 乙醇=0.7895 g/cm3=789.5 kg/m3 硫酸=1.84 g/cm3=1840 kg/m3 碳酸钠=2.532 g/cm3=2532 kg/m3 活性炭=0.45-0.55 g/cm3(取0.5 g/cm3=500 kg/m3) 马来酸二乙酯=1.064 g/cm3=1064 kg/m3所以 V乙醇=386.4/789.5=0.49 m3 V硫酸=10.3/1840=0.006 m3 V碳酸钠=11.7/2532=0.005 m3 V活性炭=30/500=0.06 m3 V马来酸二乙酯=578.5/1064=0.54 m3 V苯=0.875 m3即VR= V乙醇+V硫酸+V碳酸钠+V活性炭+V马来酸二乙酯+V苯 =0.49+0.006+0.005+0.06+0.54+0.875=1.976 m3决定反应器的罐体体积应考虑装料系数，通常装料系数可取0.40.85。具体可按下列情况确定：不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜0.80.85带搅拌的反应釜 0.60.8易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.40.6 在实际工程中，要根据物料的性质，反应时的状态和生成物的特点，合理的选取装料系数，以尽量提高罐体的利用率。V=VR/=1.976/0.6=3.29 m34m3装料系数 带搅拌的反应釜取0.60.8 在此取0.65.2.3 确定反应釜筒体的直径与高度4在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素： 1、长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PD5（其中D搅拌器直径，P搅拌功率），P随釜体直径的增大。而增加很多，减小长径比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长径比应选择大一些。 2、长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值种类 罐体物料类型 H/Di一般搅拌罐 液-固或液-液相物料 1-1.3 气-液相物料 12 发酵罐类 1.72.5 本工艺选用为液固物系反应故H/Di选定为1.1在确定了长径比和装料系数之后，忽略罐底容积，此时解得 Di=1.667m=1667mm在设计时选用标准筒体尺寸DN=1.6 m =1600 mm 当DN=1600 mm，由化工设备机械基础表13-5查得标准椭圆形封头的容积Vh=0.5215m3, 从表13-3查得筒体每一米的容积V1=1.945m3筒体高度H=(VVR)/ V=(40.5215)/1.945=1.788m=1788mm圆整筒体高度Hi=1800 mm，于是H/ Di=1788/16671.15.2.4 封头设计根据化工设备机械基础表13-5封头的名称及型式参数表得DN=1600mm 时封头总深度H=425mm又公式得 h=25mm5.2.5 反应釜厚度计算反应釜在压力状态下操作由于此反应釜带夹套则筒体及上下封头均按内压容器设计操作时釜内最大压力做为工作压力。5.2.6 内筒筒体厚度计算承受0.101MPa内压时筒体厚度设计厚度d=(pDi)/(2t -p)+C2=(0.1011667)/（21130.6-0.101）+2=3.3mm查化工设备机械基础表13-6取钢板负偏差名义厚度n=d+C1=3.3+0.8=4.1 mm圆整后取名义厚度：设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa。Q235-B的为113MPa。：焊接接头系数，圆筒除了采用无缝钢管外，一般均由钢板卷焊而成。焊缝内可能由于有气孔，夹渣等影响，造成焊缝本身比圆筒钢板本体的强度为弱，所以要将钢材的许用应力适当降低变为，1,一般情况下视全部无损探伤，所以取。5.2.7 封头厚度计算承受0.101MPa内压时封头厚度设计厚度d=pDi/(2t -0.5p)+C2=(0.1011667)/（21130.6-0.50.101）+2=3.3 mm查化工设备机械基础表13-6取钢板负偏差名义厚度n=d+C1=3.3+0.8=4.1 mm圆整后取名义厚度：设计温度下圆筒材料的许用应力，MPa。Q235-B的为113MPa。：焊接接头系数，封头除了采用无缝钢管外，一般均由钢板卷焊而成。焊缝内可能由于有气孔，夹渣等影响，造成焊缝本身比圆筒钢板本体的强度为弱，所以要将钢材的许用应力适当降低变为，1,一般情况下视全部无损探伤，所以取。反应釜采用Q235-B内衬聚氯乙烯（PVC）图涂层。6 反应釜搅拌器设计及计算6.1 搅拌器的类型5搅拌器的型式很多，它的行状、尺寸、结构与被搅拌液体的性质和要求实现的流型有关，因而应根据工艺要求来选用。常用的搅拌器有以下几种。6.1.1 推进式搅拌器高速旋转的搅拌器使釜内液体产生轴向和切向运动。液体的轴向分速度可以起到混合液体的作用；而切向分速度使釜内液体产生圆周运动，并形成漩涡，不利于液体的混合，且当物料为多相体系时，还会产生分层或分离现象，因此，应采取措施预于抑制或消除。推进式搅拌器产生的湍动程度不高，但液体循环量较大，常用于低粘度（2Pas）液体的传热、反应以及固液比较小的悬液、溶解等过程。6.1.2 涡轮式搅拌器高速旋转的搅拌器使釜内液体产生切向和径向运动，并以很高的绝对速度沿叶轮半径方向流出。流出液体的径向分速度使液体流向壁面，然后形成上、下两条回路流入搅拌器。流出液体的切向分速度使釜内液体产生圆周运动，同样应采取措施予以抑制或消除。与推进式搅拌器相比，涡轮式搅拌器不仅能使釜内液体产生较大的循环量，而且对桨叶外缘附近的液体产生较强的剪切作用，常用于粘度小于50Pas液体的传热、反应以及固液悬浮、溶解和气体分散等过程。6.1.3 桨式搅拌器平桨式搅拌器可使液体产生切向和径向运动，可用于简单的固液悬浮、溶解和气体分散等过程。但是，即使是斜桨式搅拌器，所造成的轴向流动范围也不大，故当釜内液位较高时，应采用多斜桨式搅拌器，或与螺旋桨配合使用。当旋转直径达到釜径的0.9倍以上，并设置多层桨叶时，可用于较高粘度液体的搅拌。6.1.4 锚式和框式搅拌器当液体粘度更大时，可根据釜底的形状，将桨式搅拌器做成锚式或框式；此类搅拌器一般在层流状态下操作，主要使液体产生水平环向流动，基本不产生轴向流动，故难以保证轴向混合均匀。但此类搅拌器的搅动范围很大，且可根据需要在桨上增加横梁和竖梁，以进一步增大搅拌范围，所有一般不会产生死区。此外，由于搅拌器与釜内壁的间隙很小，可防止固体颗粒在釜内壁上的沉积现象。锚式和框式搅拌器常用于中、高粘度液体的混合、传热及反应等过程。6.1.5 螺带式搅拌器为进一步提高轴向混合效果，可采用螺带式搅拌器。此类搅拌器亦在层流状态下操作。但在螺带的作用下，液体将沿着螺旋面上升或下降形成轴向循环流动，故混合效果比锚式或框式的好，常用于中、高粘度液体的混合、传热及反应等过程。6.2 反应釜搅拌器设计及计算（1）材料：主要有扁钢、合金钢、有色金属、钢外包橡胶或环氧树脂、酚醛玻璃布等，本反应在酸性条件下进行，故采用外包聚氯乙烯搅拌器。 （2）形式 平直：叶面与旋转方向垂直。（3）尺寸： 拌器直径 在此系数取0.5桨叶宽度 在此系数取0.15 加强筋的厚度常与浆叶厚度相同DJ=0.5Di=0.51667=833.5 mmh=0.5 DJ=0.5833.5=416.8 mmb=0.15 DJ=0.15833.5=125.03 mm搅拌器直径 搅拌器叶轮距釜底高度 叶轮宽度因为参与中和反应的碳酸钠为固体碱，考虑工艺条件和要求，所以决定在本次设计中采用开启涡轮式搅拌器（直叶），转速在100rad/min左右。 此处取 为桨叶数 （4）固定方式：当d50mm时，除用螺栓对夹外再用穿轴螺栓或圆柱销固定在轴上6.2.1 搅拌器功率计算取经验值得反应釜中矿浆黏度m=0.35 mPas反应物料平均密度苯=0.8786g/ml=878.6kg/m3 m苯=878.60.875=768.8kgm=m/VR=(386.4+10.3+11.7+30+578.5+768.8)/1.976=903.69 kg/m3雷诺数Re=DJ2n/um=0.833521.5903.69/0.35=2690.63查功率数与雷诺数的关系图的KN=1.5搅拌器功率N= KNn3 DJ5=1.5903.691.530.83355 =1840.4W=1.84kW6.2.2 搅拌轴的材质及加工要求 搅拌轴工作时，主要受扭转、弯曲和冲击作用，故轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。此外，为了便于加工制造，还要有优良的切削加工性能。所以常采用45钢。对于要求较低的搅拌轴，也可用235A 或35钢。由于本反应中有大量硫酸存在故搅拌轴下端采用聚氯乙烯（PVC）外包。6.2.3 搅拌轴直径计算搅拌扭矩 空心轴内外径比 许用扭转角 轴的剪切弹性模量 钢 搅拌轴直径 7 反应热67.1 相关物料的物性参数 7.2 相关物质量n碳酸钠=0.11 kmol=110 mol7.3 反应放热 结束语本文主要介绍了年产500吨马来酸二乙酯车间工艺设计过程中脱色和中和反应釜的设计,这是一个相当成熟的工艺，具有广阔的市场前景及发展趋势。在设计过程，重温了以前学习的有关化工计算、化工原理、物理化学、化工设计及化工制图等的一些知识，也学会了如何用捷径的方法查找所需资料。但是在设计的过程中，由于所设计的产品工艺中许多相关中间产物的物性参数欠缺，很多数据是经验值和估计值，所以难免会有很多误差。还有由于自身知识有限和经验贫乏，计算结果和实际有些偏差，所以，在以后的设计中仍需要进一步改进。参考文献1 周连江, 乐志强. 无机盐手册M. 北京：化学工业出版社, 2008.2 贺匡国. 化工容器及设备简明设计手册M. 北京：化学工业出版社, 2002.3 周大军, 揭嘉等. 化工工艺制图M. 北京：化学工业出版社, 2005.4 赵军, 段成红等. 化工设备机械基础M. 北京：化学工业出版社，2007.5 贾邵义, 柴诚敬等. 化工原理课程设计M. 天津:天津大学出版社, 2002.6 傅献彩, 沈文霞等. 物理化学M. 北京：高等教育出版社, 2005.7 夏清, 陈常贵等. 化工原理M. 天津：天津大学出版社, 2005.谢辞本次毕业设计是在陈虎魁教授的悉心指导下完成的。在本次的设计期间，陈老师严谨的治学态度、求实的工作作风、循循善诱的教导给予我无尽的启迪。尽管本次设计的时间紧张而匆忙，但是陈老师在设计中的给我的具体指导对我科研技能及业务能力的提高有着深远的影响。在此，我向陈老师表示衷心的感谢！最后，在设计即将完成之际，对所有曾经在工作和学习过程中帮助过我的老师及同学表示最真诚的感谢！22