乙酸乙酯的反应器设计流程

-摘要 乙酸乙酯是一类重要的有机溶剂和有机化工根本原料，其用途非常广泛，目前我*用传统的方法制备即乙酸和乙醇为原料，浓硫酸为催化剂直接催化合成乙酸乙酯。所以通过对乙酸乙酯的理化性质，社会用途与需求和国内外开展现状进展研究调查以及乙酸乙酯在实验室制法和工业生产各方面比照之后，为此对乙醇和乙酸的缩合进展了乙酸乙酯合成工艺的课程设计。本选题为年产量为年产5017吨乙酸乙酯的反响器的设计 。对工业生产中的物料衡算，热量衡算和合成工艺的设备等方面为间歇釜式反响器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。本选题为年产量为年产5017吨乙酸乙酯的反响器的设计 。关键字：乙酸；乙醇；乙酸乙酯；合成工艺；间歇式反响器AbstractEthyl acetate is a kind of important organic solvents and basic organic chemical raw materials, its application is very broad, our country prepared using traditional methods that acetic acid and ethanol as raw material, concentrated sulfuric acid catalyzed direct synthesis of ethyl acetate. So through the social use of physical and chemical properties of ethyl status quo needs, and conduct research and development at home and abroad as well as various aspects of ethyl acetate after paring laboratory and industrial production system of law, for the condensation of ethanol and acetic acid were synthesis of ethyl curriculum design. The topic for the annual production of 5,017 tons annual output of ethyl reactor design. In industrial production of material balance, heat balance and synthesis process equipment to provide more detailed data and drawings for the batch tank reactor industrial design. The topic for the annual production of 5,017 tons annual output of ethyl reactor design.Key words:Acetic acid; Ethanol; Ethyl acetate; Synthesis process; Batch reactor目 录摘要Abstract第一章前言81.1 乙酸乙酯概述81.1.1 乙酸乙酯的简介81.1.2 乙酸乙酯的用途81.1乙酸乙酯的产能和市场需求91.2.1 世界乙酸乙酯的产能与消费情况91.2.2 我国乙酸乙酯的产能与消费状况9第二章工艺流程的比较122.1 本课题设计内容和要求122.1.1 设计要求122.1.2 具体设计内容122.2 设计方案确实定12反响原理12第三章工艺设计方案143.1原料路线确定的原则和依据14乙醇乙酸酯化法14乙醛缩合法14乙烯加成法15乙醇脱氢法15第四章工艺设计计算174.1 设计依据174.2设计方案174.3设计条件174.4反响条件174.5工艺计算及方案选择17反响器的的操作有间歇操作和连续操作17间歇反响釜进料184.5.3 流量的计算184.5.4 反响体积及反响时间计算194.6连续性反响釜进料的计算20流量的计算20反响体积及反响时间计算21设备和工艺流程图23第五章热量衡算245.1热量衡算总式245.2每摩尔各种物值在不同条件下的值245.3各种气象物质的参数如下表255.4每摩尔物质在80下的焓值255.5总能量衡算265.6 换热设计275.7 水蒸气的用量27第六章设备设计与选型286.1反响釜体及夹套的设计计算286.1.1 筒体和封头的几何参数确实定286.1.2 筒体和封头的型式28筒体和封头的直径286.1.4 确定筒体高度H286.1.5 夹套直径、高度确实定296.2釜体及夹套厚度的计算29设备材料296.3 设备的壁厚计算296.3.1 釜体筒体壁厚计算296.3.2 内压设计计算296.3.3 外压设计计算306.3.4 釜体封头壁厚计算306.3.5 夹套筒体壁厚设计计算316.3.6 夹套封头壁厚设计与选择316.3.7 反响釜设计参数316.4搅拌器设计326.4.1 搅拌器的形式选择326.4.2 搅拌器转速n：326.4.3 传动功率P：326.4.4 电机功率326.4.5 减速器的选择326.4.6 电动机的选择326.5搅拌轴直径的设计计算336.5.1 搅拌轴材料：336.5.2 搅拌轴强度计算336.5.3 搅拌轴刚度计算336.6.夹套式反响釜附属装置确实定336.6.2 反响釜总重336.7 人孔C336.8接收及其法兰选择346.8.1 水蒸气进口管：346.8.2 冷却水出口管：346.8.3 进料管34第七章总结36参考文献37致谢38第一章前言1.1乙酸乙酯概述 乙酸乙酯的简介乙酸乙酯(EA)，又名醋酸乙酯，英文名称：Ethyl acetate。分子式为：C2H8O4。它是一种无色透明具有流动性并且是易挥发的可燃性液体1，呈强烈清凉菠萝香气和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙醇、氯仿、乙醚、甘油、丙二醇、和大多数非挥发性油等有机溶剂中，稍溶于水(25时，1mL乙酸乙酯可溶于10mL水中)，而且在碱性溶液中易水解成乙酸和乙醇。水分能使其缓慢分解而呈酸性。乙酸乙酯与水和乙醇皆能形成二元共沸混合物，与水形成的共沸混合物沸点为70.4，其中含水量为6.1%(质量分数)。与乙醇形成的共沸混合物的沸点为71.8。还与7.8%的水和9.0%的乙醇形成三元共沸混合物，其沸点为70.2。下表为乙酸乙酯的一些物化参数。表1.1 乙酸乙酯的物化参数2熔点()-83.6临界温度()250.1折光率20)临界压力(MPa)3.83沸点()77.06辛醇/水分配系数的 对数值0.73对密度(水=1)闪点()7.2相对蒸气密度(空气=1)3.04引燃温度()426饱和蒸气压(kPa)13.33(27)爆炸上限%(V/V)11.5燃烧热(kJ/mol)2244.2爆炸下限%(V/V)2.0室温下的分子偶极距6.55510-30 乙酸乙酯的用途乙酸乙酯是重要的精细化工原料。它是一种具有优异溶解性能和快干性能的溶剂，已广泛应用于化工、医药、纺织、染料、橡胶、涂料、油墨、胶粘剂的生产中，或作为原料、或作为工艺溶剂、萃取剂、稀释剂等等；由于它具有天然水果香味，因此还可作为调香剂组分，应用于香料、食品工业中；也可作为粘合剂用于印刷油墨、人造珍珠等的生产；作为提取剂 用于医药、有机酸的产品的生产等；此外还可用作生产菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料。国外乙酸乙酯的消费构造与我国有所不同，美国和欧洲国家乙酸乙酯最大的应用领域是涂料，其中美国涂料方面的消费量约占总消费量的60%,欧洲在涂料行业的消费量约占总消费量的50%。日本主要应用在涂料，油墨方面，分别约占总消费量的40%和30%。而我国主要应用于涂料，粘合剂和制药领域3。1.1 乙酸乙酯的产能和市场需求 世界乙酸乙酯的产能与消费情况目前乙酸乙酯生产与消费主要集中在西欧，美国和亚洲地区，其中亚洲地区的生产和消费又主要集中在日本，中国及东南亚国家4。近年来，世界乙酸乙酯的生产能力不断增加。2001年全球乙酸乙酯的生产能力只有125.0万吨/年,2006年生产能力增加到222.0万吨/年，20012006年生产能力的年均增长率高达12.2%。其中英国BP化学公司是目前世界上最大的乙酸乙酯生产厂家，生产能力为22.0万吨/年，约占世界总生产能力的9.91%。其次是中国*索普集团公司，生产能力为20.0万吨/年，约占9.01%。表1.2为国外乙酸乙酯的生产情况。在涂料方面，使得乙酸乙酯涂料被水性和高固含量涂料、粉末涂料和双组分涂料夺去了市场额。虽然这种变化还在继续，但乙酸乙酯市场仍然保持持续增长。东南亚地区开场成为全球最重要的乙酸乙酯的产地和消费地。大局部投资于乙酸乙酯的资金开场将目标投向乙酸乙酯需求量增长迅速的亚洲和中国。我国乙酸乙酯的产能与消费状况1生产现状 我国乙酸乙酯的生产始于20世纪50年代，近年来，随着我国化学工业和医药工业的快速开展，乙酸乙酯的生产开展很快。生产能力已经从2001年的37.0万吨/年增加到2006年的约90.0万吨/年。目前，我国乙酸乙酯的生产厂家有20多家，生产企业主要集中在华南和华东地区。其中国内最大的乙酸乙酯生产企业*索普集团产能到达20.0万吨/年，约占国内总生产能力的22.2%，与乙酸产品实现了上下游一体化，产品竞争力较强，80%的乙酸乙酯用于出口；其次是*金沂蒙集团公司，生产能力为16.0万吨/年，约占国内总生产能力的13.3%，主要原料乙酸、乙醇均能自给，产品竞争能力也较强。目前国内大型乙酸乙酯企业均采用酯化法技术。表1.2 国外乙酸乙酯主要生产情况生产厂家地址生产能力(万吨/年)美国塞拉尼斯公司德克萨斯州潘帕6.0美国伊斯曼化学公司德克萨斯州朗维尤6.1美国Solution公司马萨诸塞2.5巴西罗地亚公司帕利尼涯10.0默西哥塞拉尼斯公司卡格来吉拉9.2英国BP化学工司赫尔22.0西班牙Ereros塔拉戈纳6.0瑞典Wweask乙醇化学公司多姆斯乔3.5瑞典联合碳化物公司斯德哥尔摩3.0日本昭和电工公司*15.0日本千叶公司市原4.7日本协和发酵公司四日市4.0印度LA*MI有机工业公司马哈德3.5印度JUBILANT有机合成公司加劳拉尼蜡3.2韩国三星/BP公司蔚山7.0韩国国际酯类公司蔚山7.5新加坡塞拉尼斯公司裕廊岛6.0印度昭和酯类公司梅拉克6.0南非萨索尔公司赛库达5.0随着生产能力的不断增加，我国乙酸乙酯的产量也不断增加5。2001年我国乙酸乙酯的产量只有17.9万吨，2006年进一步增加到63.0万吨，比2005年增长约22.19%，20012006年产量的平均增长率高达15.09%，截止到2021年10月底，我国乙酸乙酯生产能力到达约150.0万吨/年。表1.3 国内乙酸乙酯主要生产情况 6企业名称产能 (万吨/年)*索普集团20.0*金沂蒙集团公司18.0*江门谦信化工开展公司10.0*冠集团公司气体溶剂*10.0*吴泾化工*20.0扬子江乙酰化工*10.0*赣江溶剂厂8.0*集团公司4.5*冠达集团公司3.5*石油化工公司 2.1*试剂*2.0*有机化工厂2.0*建德建业有机化工*1.2*三木集团公司1.0*海化股份*10.02消费现状、进出口情况及开展前景7随着生产能力的不断增加，我国乙酸乙酯的产量也不断增加。2021年尽管受到金融危机的影响，但是由于2007年新增的产能发挥作用，产能仍到达约95.0万吨/年，同比增长约33.8%。表1.4为我国近年来乙酸乙酯的供需关系。表1.4 国内近年来乙酸乙酯的供需关系单位：万吨/年年份产量进口量出口量表观消费量200230.74.581.0934.19200334.24.271.1937.28200441.83.462.0743.19200547.34.641.8850.06200663.00.9610.9453.02200771.00.7613.7058.06202195.00.1118.3976.722021(1-6月)0.038.73另外，随着乙酸乙酯新用途的不断开发，将会使乙酸乙酯在其他方面用量的比例也有一定的增加。第二章工艺流程的比较2.1 本课题设计内容和要求 设计要求乙酸乙酯是一种重要的根本有机化工原料，其生产方法有直接酯化法和间接酯化法。该产品在酯化工艺中为最根底、也是最重要的酯化产品。研究并设计其生产工艺具有很重要的意义。 具体设计内容1查阅文献，了解该产品的性质、性能、合成、应用等。选择合理的生产原料和制备工艺，采用先进的生产设备和控制手段，编制开题报告(工艺流程方框图、开题报告)；2根据原料、产品和生产规模，绘制工艺流程草图，进展物料衡算和热量衡算(物料平衡图、原料消耗、能量消耗综合表)；3进展主体设备和辅助设备的工艺计算与设备选型，并列出设备一览表；4绘制主体设备图；5绘制带控制点的工艺流程图；6进展生产车间布置设计(生产车间平面布置图和立面布置图)；7进展技术分析、经济效益分析、平安评价与环保评价。2.2 设计方案确实定目前在世界范围内，上述四种工艺都已经投入运行，但在国内投入运行的只有酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法，乙酸/乙烯加成法在国内还不够成熟。酯化法中新研究出的催化剂造价过高，乙醇脱氢法适合在乙醇产量高的地区或者是价格廉价的地区较适宜，日本所有的乙酸乙酯都是采用乙醛缩合法,并且综合上面的概述中几种工艺的比照。反响原理乙醛缩合法制乙酸乙酯可分为三个阶段：催化剂的制备、乙醛的缩合反响、催化剂的脱除和精馏提纯。1乙醛的缩合反响反响在两个串联的反响器中进展，第一个是釜式的反响器，第二个也是采用釜式的反响器。反响方程式为：这样做的好处是，在第一个反响器之中，反响剧烈放出大量的热量，采用釜式的反响器搅拌的均匀，易于把热量移出，相对于管式的来说，温度易于控制，虽然转化率情况有所降低，但反响的可控性、平安性提高；第二个也采用釜式的反响器，是考虑到反响进展到后来，放热量已经不多，而且造价低。图2.2为缩合工序的流程简图。 图2.2 缩合工序的流程简图2催化剂的脱除我们通过加水的方法破坏掉催化剂，然后经过蒸发器将粗乙酸乙酯蒸出，氢氧化铝残液从下面排除，残液再经过一个别离器进一步别离出氢氧化铝，液体局部可以再返回蒸发器。图2.3 蒸发工序流程简图3精馏提纯可以采用三塔的模式，三塔均是常压操作，一塔脱乙醛；二塔脱出乙醇，脱出的乙醇用作生产催化剂；第三塔，塔上得到产品，塔下出重组分。同时还可以设计一个小塔，用来别离第三塔得到的重组分，有效地别离较纯副产物乙缩醛，产出乙缩醛，做到了副产品的有效利用。第三章 工艺设计方案3.1原料路线确定的原则和依据乙酸乙酯的合成路线主要有四种，即乙醇乙酸酯化法其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反响精馏法，乙醛缩合法，乙醇脱氢法，乙烯和乙酸直接加成法。应当说，乙醇乙酸酯化法在乙酸乙酯的合成中依然占有相当大的比例，尤其是在美国等国家，在国内多数企业也依然采用乙酸酯化法；德国、日本等国有多套乙醛直接缩合生成乙酸乙酯的装置；乙醇脱氢法与乙烯和乙酸直接加成法在其中所占的比例较小，技术有待成熟。下面简单介绍四种方法的优势与缺陷9。乙醇乙酸酯化法反响式：乙醇乙酸酯化法由乙酸和乙醇在硫酸等催化剂作用下直接酯化成乙酸乙酯，常用的工艺是用浓硫酸作催化剂的均相催化反响精馏，该工艺是目前国内广泛采用的生产工艺，浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反响物料中，是均相催化反响，反响均匀，因而在全塔内都能进展催化反响11。催化作用不受塔内温度限制，反响机理清楚，容易实现最优控制，这些优点可以使反响精馏生产装置大型化。用浓硫酸作催化剂，也有其不可抑制的缺点，即硫酸严重腐蚀设备，其强氧化性引起磺化、碳化或聚合等副反响，产品纯度低，后处理进程复杂，三废量大。另一种酯化的工艺是催化精馏法，它采用固体酸作催化剂，属非均相反响精馏。在酯化合成方面，已经开发出的固体催化剂有沸石分子筛、离子交换树脂、金属硫酸盐、固体超强酸等，具有产物纯度高，反响选择性强，酯收率高，反响条件温和，副产物较少等优点。但假设简单地将固体酸催化剂于反响中取代硫酸，催化剂在反响液中很快失去活性。催化精馏法不容易实现工业化和大型化的困难，在于催化精馏属非均相催化反响精馏过程，机理较复杂，目前理论还不能很好地解释这一过程，在国际上还没有一个国家提出催化精馏塔的设计方法。乙醛缩合法反响式：乙醛缩合法是由两分子乙醛经Tishchenko反响缩合成一分子乙酸乙酯，催化剂为乙醇铝、氯化铝及氯化锌等，反响温度为010oC。其生产工艺是将乙醛、乙醇铝催化剂及助催化剂连续送入反响器，反响液经蒸发浓缩后，再经三塔精馏，获得纯度99.8%以上的乙酸乙酯产品。乙醛缩合法优点在于反响是在常压低温下进展，转化率和收率高，对设备要求不高，生产本钱较酯化法低；缺点是受原料来源限制，仅适宜于乙醛资源丰富的地区，催化剂乙醇铝无法回收，最后通过加水生成氢氧化铝排放，对环境有一定污染。乙醛缩合法在欧洲和日本是生产乙酸乙酯的主流生产方法，在我国工业性生产厂很少。乙醛贮存运输不方便，一般都是自产自用，因此乙醛缩合法乙酸乙酯生产装置都是建在有乙醛生产的厂内。在冰醋酸价格高的地方，该法有很强的竞争优势。该法在国外已经大型化，在国内尚有催化剂和工程上的问题没解决，有待突破。该法的产品只能用于化工原料，不能用于食用香料，这是因为乙醛及副产物无法除尽。乙烯加成法反响式：随着化学化工产业的迅速开展，炼油技术的不断提高，乙烯已经成为一种丰富的原料。由于乙烯与乙酸直接加成反响生产乙酸乙酯利用丰富的乙烯原料，原料利用合理，来源广泛，价格低廉，生产本钱较低，且对合成乙酸乙酯具有较高的产率与选择性，既是一种原子经济型反响，又是一种环境友好型反响。缺点是此催化体系对设备腐蚀严重，投资本钱高。该工艺采用的催化剂主要有液体无机酸和有机磺酸类、分子筛类和杂多酸类催化剂。同时该工艺依赖于石化工业，需要有大量的乙烯资源，只能在乙烯和乙酸资源相比照拟丰富而廉价的地区才可以考虑。石油价格的不断上涨，造成该工艺的劣势更加凸现，在中国这样自身石油储量及产量不高需要大量进口石油的国家，如果盲目开展这一工艺生产乙酸乙酯缺乏战略考虑。乙醇脱氢法反响式：以乙醇为原料生产乙酸乙酯，传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。乙醇脱氢法则只用乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，因此，这种方法也简称一步法，以区别于传统的三工段工艺。乙醇脱氢法总反响实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反响机理有两种，一种是脱氢歧化酯化机理，另一种是半缩醛机理，即三个步骤分别为乙醇脱氢为乙醛、乙醇与乙醛反响生成半缩醛、半缩醛脱氢为乙酸乙酯16。20世纪90年代初清华大学化学系首先对此工艺进展研究，开发出催化剂Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2，并获得了国家专利。1996年西南化工研究院也开场进展乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的研究，目前还在进展工业试验，取得了不小的进展。英国Kvaerner工程公司于20世纪90年代研究乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，同时已经在南非建成第一家工业化生产工厂。该工艺的关键问题在于催化剂，根据反响历程，产物中有中间产物乙醛与乙酸，另外还有副产物乙烯、丙酮、丁酮、2-丁醇等。由于氢气对平衡的抑制及降低副反响要求，单程转化率只能控制在60%70%。该工艺反响工段，但别离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须别离。脱氢法反响特点是：反响温和，各种反响条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。脱氢法优点：1生产本钱低，在没有甲醇法乙酸生产的地区，价格优势很大；2每吨乙酯副产氢气509m3，适用于氢气有用场合；3根本无腐蚀和三废排放，副产物可用于生产无苯提案那水溶剂香蕉水。脱氢法缺点：1产品质量不如酯化法，虽然可以到达国标，但假设丁酮等杂质难以得到完全别离，就不宜用于食品和酒增香等行业；2催化剂在使用前需要复原，停车后须用氮气保护防止氧化，因此只适用于大规模连续生产，经济规模在5000t/a以上；3技术较复杂，尚未成熟。表1.5四种工艺比照表工艺方法优点缺点酯化法浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反响物料中，是均相催化反响，反响均匀，因而在全塔内都能进展催化反响。催化作用不受塔内温度限制，反响机理清楚，容易实现最优控制设备腐蚀性大，浓硫酸易引起磺化、炭化和聚合等的副反响，产品纯度低，后处理过程复杂，三废量大乙醛缩合法反响条件温和、原料消耗少、工艺简单、设备腐蚀小，国外工艺成熟，国内也取得重大进展必须在乙醛的来源广泛区，催化剂处理上存在一定污染乙醇脱氢法原料利用上也较为的经济，可以副产氢气，没有腐蚀性催化剂选择性较差，别离工段塔多，因而能耗比传统工艺还高，工艺不成熟乙烯乙酸加成法反响有较高的选择性和转化率适合乙烯来源广的地区，乙烯价格上涨后，不利，工艺不成熟第四章工艺设计计算4.1 设计依据11级制药工程制药反响工程课程设计任务书4.2设计方案对于乙酸乙酯的生产既可以采用间歇式生产，也可以采用连续式生产。本次设计将根据自己的生产规模计算，对设计方案进展比较，得出合理的工艺设计流程。4.3设计条件生产规模：5017吨/年生产时间：间歇生产6000小时/年，连续生产8000小时/年,物料消耗：按5%计算乙酸的转变化率：57%4.4反响条件反响在等温下进展，反响温度为80，以少量浓硫酸为催化剂，硫酸量为总物料量的1%，当乙醇过量时，其动力学方程为： 。A为乙酸，建议采用配比为乙酸：乙醇=1：5摩尔比，反响物料密度为，反响速度常数k为。4.5工艺计算及方案选择反响器的的操作有间歇操作和连续操作反响器的设计基于三传一反。三传指质量、热量和动量传递，其质量平衡，热量平衡和动量平衡可以分别表述如下：1) 质量平衡2) 热量平衡3) 动量平衡4.5.2间歇反响釜进料间歇反响釜操作期间没有任何物料流入或流出，假定反响釜内部物料混合均匀，各物质浓度、温度不随空间位置而变，根据质量守恒，对反响物进展衡算：年产量为间歇生产6000小时/年，24小时生产制，一年250个工作日。4.5.3 流量的计算1乙酸乙酯的产量化学反响方程式：乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为2乙酸的流量乙酸采用工业二级品含量98%，乙酸与乙酸乙酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率*=0.57,物料损失以5%计， 则乙酸的进料量即为3乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则乙醇的进料量为总物料量流量：4） 硫酸的流量总物料的质量流量如下计算，因硫酸为总流量的1%，则即可算其物质的量流量表3-5-1 物料进料量表 名称乙酸乙醇浓硫酸流量17.989.50.534.5.4 反响体积及反响时间计算当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反响，其反响速率方程A为乙酸当反响温度为80，催化剂为硫酸时，反响速率常数因为乙醇大大过量，反响混合物密度视为恒定，等于0.85kg/L,则乙酸的初始浓度为：当乙酸转化率*=0.57，由间歇釜反响有：根据经历取非生产时间，则反响体积因装料系数为0.75，故实际体积要求每釜体积小于5m3则间歇釜需2个，每釜体积V=4.28 m3圆整，取实际体积。4.6连续性反响釜进料的计算输入的量=输出的量+反响消耗的量+累积量图4-6-1 连续流动釜式反响器示意图特点：反响器有效容积中任意一点处的组成、温度等状态完全一样。出口物料的各种状态与反响釜中相应的状态一样流量的计算乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为2乙酸的流量乙酸采用工业二级品含量98%，乙酸与乙酸乙酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率*=0.57,物料损失以5%计， 则乙酸的进料量即为3乙醇的流量乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则乙醇的进料量为总物料量流量：5） 硫酸的流量总物料的质量流量如下计算，因硫酸为总流量的1%，则即可算其物质的量流量名称乙酸乙醇浓硫酸流量13.467.10.40表4-6-1 物料进料量表 .4.6.2反响体积及反响时间计算当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反响，其反响速率方程A为乙酸当反响温度为80，催化剂为硫酸时，反响速率常数k=15因为乙醇大大过量，反响混合物密度视为恒定，等于0.85。因硫酸少量，忽略其影响，乙酸的初始浓度：乙醇的初始浓度：对于连续式生产1假设采用两釜串联，系统为定态流动，且对恒容系统，不变，不变2假设采用两釜等温操作，则代数解得 所以 装料系数为0.75，故实际体积V=1.770.75=2.36。故采用一条的生产线生产即可，即两釜串联，反响器的体积V0，故应是外界向系统供热。5.6 换热设计换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130降到110，温差为20。5.7 水蒸气的用量忽略热损失，则水的用量为5第六章 设备设计与选型6.1反响釜体及夹套的设计计算6.1.1 筒体和封头的几何参数确实定设备图6.1.2 筒体和封头的型式选择圆筒体，椭圆形封头。筒体和封头的直径反响物料为液夜相类型，由表H/Di=1.01.4 考虑容器不是很大，故可取H/Di=1.1由式反响釜内径的估算值应圆整到公称直径DN系列，故可取1600 mm 。封头取一样内径，其直边高度ho由附表123 初选ho=40 mm 。6.1.4 确定筒体高度H当 Dg=1600 mm ，ho= 40 mm 时，由附表123可查得椭圆形封头的容积为 V封 =0.617 m查得筒体1米高的容积V1米=2.014 m3取 H = 1680 mm 则 H/Di = 1680/16001.1 选取椭圆封头，其公称直径为1600mm，曲面高度为400mm，直边高度为40mm，容积为0.617 m36.1.5 夹套直径、高度确实定根据筒体的内径标准，经计算查取，选取DN=1800的夹套。夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取一样直径 。夹套高度H2：式中为装料系数， = 0.75 ，代入上式：取：H2 = 1200 mm 。6.2釜体及夹套厚度的计算设备材料根据设备的工作条件，可选择Q235A作为釜体及夹套材料，由附表62查得所选材料许用应力为：6.3 设备的壁厚计算6.3.1 釜体筒体壁厚计算6.3.2 内压设计计算根据工作条件，可选取P=0.2MPa为设计内压。根据式10-122筒体的设计厚度：式中：d 圆筒设计厚度，mm ；Di 圆筒内径 ，mm ；P 内压设计压力， ； 焊接接头系数，考虑到夹套的焊接取0.8表10-92；C2 腐蚀裕量，取 2 mm ；t材料许用应力： 。考虑到钢板负偏差，初选C1 = 0.6 mm 表10-101。所以，内压计算筒体壁厚：3.8 + 0.6 = 4.4mm6.3.3 外压设计计算按承受0.25MPa 的外压设计设筒体的设计壁厚 = 7 mm ，并决定L/Do ；Do/ 之值：Do筒体外径，Do = Di + 2d =1600 +27 =1614 mm；L 筒体计算长度，L = H2+h = 1400+400 =1533 mm h为封头的曲面高度，则：L/Do = 0.95，Do/ = 230由图10-152查得A = 0.00045，由图10-172差得 ，则许用外压为：可见， = 7 mm 满足0.25 MPa 外压稳定要求，考虑壁厚附加量C = C1 + C2 = 0.6 + 2 = 2.6 mm 后，筒体壁厚 n = + C = 7 +2.6 = 9.6 mm ，圆整到标准钢板规格，n取 10 mm 。综合外压与内压的设计计算，釜体的筒体壁厚为10mm，经计算校核，满足设备平安要求。6.3.4 釜体封头壁厚计算按内压计算:P = 0.2MPa, Di = 1600mm, = 0.8,t = 113Mpa, C = 0.6+2 = 2.6mm代入数据：因为釜体的筒体S筒釜= 10mm，考虑到封头与筒体的焊接方便，取封头与筒体厚S封头= 10mm经采用图解法外压校核，由于PPT ，外压稳定平安，故用S封筒= 10 mm。6.3.5 夹套筒体壁厚设计计算根据式10-122 筒体的设计厚度：考虑到钢板负偏差，初选C1 = 0.6 mm故夹套筒体的厚度为4.5+0.6 = 5.1mm，圆整到标准系列取6 mm。经校核，设备稳定平安。6.3.6 夹套封头壁厚设计与选择圆整到规格钢板厚度，S封夹= 6mm，与夹套筒体的壁厚一样，这样便于焊接。经校核，设备稳定平安符合要求。据附表122可查取到夹套封头尺寸：公称直径：1800mm，曲面高度：450mm，直边高度：40mm6.3.7 反响釜设计参数表4 夹套反响釜的相关参数工程釜 体夹 套公称直径DN/mm16001800公称压力PN/MPa0.20.25高度/mm16801200筒体壁厚/mm106封头壁厚/mm1066.4搅拌器设计6.4.1 搅拌器的形式选择根据工作条件，由于物料的黏度不大，考虑到物料的流动、搅拌目的及转速要求，选择搅拌器的形式为：双叶螺旋桨式，桨叶直径为800 mm。6.4.2 搅拌器转速n：根据相关的工艺经历数据，选择6.4.3 传动功率P：搅拌的雷诺数Re则：KT可查取表3-916.4.4 电机功率本设计中考虑传动效率为90%，则：6.4.5 减速器的选择根据以上计算，并查取文献，选用BLD1.5-2-29Q型减速器，其出轴转速为100rpm，适用。6.4.6 电动机的选择选用电动机的型号为：JO2-22-16.5搅拌轴直径的设计计算 搅拌轴材料：选用Q235-A,选取其=16MPa 为轴材料的许用切应力，单位：MPa,对于Q235-A,取1220MPa6.5.2 搅拌轴强度计算圆整，取d = 40 mm6.5.3 搅拌轴刚度计算式中为轴的许用扭转角(/m)，对于一般的传动，可取0.51.0(/m)，本设计中物料黏度不大，取为0.7经计算比较，轴径为40mm 满足强度、刚度要求，应选择搅拌轴径为40 mm 。6.6.夹套式反响釜附属装置确实定支座的选定：以下参考书3因反响釜需外加保温，应选B型悬挂式支座6.6.2 反响釜总重式中：Q1筒体与夹套筒体总重Q2封头与夹套封头总重Q3料液重，按水压试验时充满水计Q4重，人孔重900N，其它接收和保温层按1000N计故：Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 12357 + 4690 + 53057 + 1900 = 72004N按两个支座承载计，每个支座承载36002N由表11-62 选：支座B4 /T 4735-926.7 人孔C选用长圆型回转盖快开人孔 人孔PN0.6，400300 579-79-16.8接收及其法兰选择6.8.1 水蒸气进口管：1084，L=200mm，10号钢法兰：PN0.6 DN100 HG 20592-976.8.2 冷却水出口管：573.5，L=150 mm，无缝钢管法兰：PN0.6 DN50 HG 20592-976.8.3 进料管（1） 乙酸进料管管径根据管子规格圆整选用的无缝钢管，L=150mm法兰：PN0.25 DN25 HG 20592-97（2） 乙醇醇进料管管径根据管子规格圆整选用的无缝钢管，L=200mm法兰：PN0.25 DN50 HG 20592-97（3） 浓硫酸进料管管径根据管子规格圆整选用的无缝钢管，L=100mm法兰：PN0.25 DN10 HG 20592-974出料管：出料总质量流量因密度，则体积流量为由表1-14得，因进料黏度低，选取管道中流速则管径根据规格选取573.5的无缝钢管。法兰：PN0.6 DN50 HG 20592-976温度计接收：452.5，L=100mm，无缝钢管法兰：PN0.25 DN40 HG 20592-977不凝气体排出管：323.5，L=100 mm，无缝钢管法兰：PN0.6 DN25 HG 20592-978压料管：573.5，L=200 mm，无缝钢管法兰：PN0.25 DN50 HG 20592-979压料管套管：1084，L=200 mm，10号钢法兰：PN0.25 DN100 HG 20592-97第七章 总结在为期两周的设计里，在此课程设计过程中首先要感谢教师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做反响工程课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有教师的耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向各位教师表最诚挚的感谢！从教师开场说要在做课程设计开场，我就一直担忧我到最后交不了稿，因为这都到期末了，有很多门专业课要考试，必须花上大量的时间复习，加上前面我们做了一个化工原理的课程设计，知道里面有很多需要查阅的东西，所以天天就一直在想到底是复习还是做课程设计。知道今天为止，我终于两不误，把两样事情都顺利地完成了。课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在尚教师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的缺乏，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。这次的课程设计让我对*些反响工程的理论有了更加深入的了解，同时在具体的设计过程中我发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差异很大。通过这次设计使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进展讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。由于首次做反响釜设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关教师同学能及时给予指出。参考文献1谭蔚主编，化工设备设计根底M，*：*大学，2021.42柴诚敬主编，化工原理上册M，：高等教育，2021.93李少芬主编，反响工程M，：化学工业，2021.24王志魁编.化工原理M.:化学工业，2006.5陈志平,曹志锡编.过程设备设计与选型根底M.*:*大学.2007.6金克新,马沛生编.化工热力学M,:化学工业.20037涂伟萍,陈佩珍,程达芳编.化工过程及设备设计M.:化学工业,2000.8匡国柱,史启才编.化工单元过程及设备课程设计M.:化学工业,2005.9柴诚敬编.化工原理M.:高等教育,2000.10管国锋,赵汝编.化工原理M.:化学工业,2021.11朱有庭,曲文海编.化工设备设计手册M.化学工业,2004.12丁伯民,黄正林编.化工容器M.化学工业.2003.13王凯,虞军编.搅拌设备M.:化学工业.2003.14*津洋等编过程设备设计致谢课程设计对于工科学生是一个十分重要的环节，作为制药工程专业的学生，特别感谢教师们能结合实际，对我们的课程有着精心合理的安排。让我们能够理论和实践及时结合学习，即提高了平日的学习兴趣，又与今后的工作接轨，做了很好的铺垫。此次在课程设计过程中，只要我们有难题，教师都会不辞辛劳，毫不犹豫的为大家辅导。同时，各位教师的工作态度很是严谨，对于我们设计过程中的一些不良习惯，都会直接指出来，并要求我们及时改正。正是教师这种严格而又认真负责的工作作风，才使本次设计能顺利完成。此外，在这次设计中遇到了不少问题，都是和同学讨论、互相学习解决的。在此，对所有于自己有所帮助的同志一并表示感谢！. 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