1、环境工程原理与化工设备设计说明书题目：醋酸丁酯合成反应釜学院：宜宾学院年级：化工学院 08 级 4 班学生姓名：朱洪来 张佳学生学号：080704016 080704022指导教师: 徐慎颖 张燕日期：2010 年 12 月 14 日目录第一部分：第一部分：第一部分： 设计设计设计 任任任 务书务书务书 .2第二部分：工第二部分：工第二部分：工 艺艺艺 流程流程流程 图图图 .3第三部分：第三部分：第三部分： 设计设计设计 方案的确定与方案的确定与方案的确定与 说说说 明明明 .4第四部分：设计计算与论证 .4一.反应釜的工艺计算 .4(1).物料衡算 .4（2）.热量衡算 .5二.反应釜的主
2、要工艺尺寸计算 .7（1） 罐体几何尺寸计算 .7（2）夹套几何尺寸计算 .8三、 夹套反应釜的强度计算 .10四、 反应釜的搅拌装置 .10五、 反应釜的传动装置 .11六、反应釜的轴封装置 .12七、反应釜的其他附件 .13参考文献 .13鸣谢 .14第一部分：设计任务书第一部分：设计任务书第一部分：设计任务书一、 题目：醋酸丁酯合成反应釜二、 原始数据：1.原料：乙酸、丁醇、HZSM-52.产品：乙酸丁酯3.生产能力：年产乙酸丁酯 22000 吨4.热源条件：温度 135三、 任务：1.设计方案的确定：包括反应釜型的选择及操作条件的确定等；2.画出带控制点的生产工艺流程图；3.有关工艺计
3、算：物料的衡算，能量衡算算、反应时间，加料所需的流体输送机械、管道的选择。4.釜体的结构型式（釜体形状，上下封头形状，封头与釜体的连接形式） ；釜体和封头的材料；5.釜体的直径和高度；6.釜体壁厚设计，封头壁厚设计，釜体压力试验校核；7.反应釜夹套型式及和釜体的连接形式；8.夹套尺寸设计；9.夹套壁厚设计及压力试验校核；10.夹套进气管的结构；11.釜体容器及接管等法兰的设计，选型（材料、密封面的形式、垫片设计。螺栓螺母设计选型） ；12.进出料管口、工艺接管口与仪表接管口形式；13.人孔设计；14.开孔补强设计；15.搅拌器的选型及搅拌轴材料选择，搅拌轴轴径设计、刚度校核，长度设计；16.反
4、应釜电机及减速器的选型，联轴器的选用，支架和底座的选用；17.反应釜的轴封选用。18.画出釜的装配图（A1 号图）四、作业份量1.设计计算说明书一份2.反应釜的总装配图一张（A1 号图）第二部分：工艺流程图第二部分：工艺流程图第二部分：工艺流程图第三部分：设计方案的确定与说明第三部分：设计方案的确定与说明第三部分：设计方案的确定与说明1.反应釜的选择根据生产任务，若按年工作日 300 天，每天开动设备 24 小时计算，产品流量为 73333kg/d，由于产品黏度较小，流量较大，为减少造价，提高生产效率，选用带夹套的反应釜。反应釜选择不锈钢 0Cr13 材料（GB4237） ，因为反应物有轻微腐
5、蚀性；反应釜为带有搅拌轴的夹套式反应釜，搅拌装置为闭式弯叶涡轮式，夹套采用整体式夹套。2.操作压力查表得在 t=135时，饱和蒸汽压为 0.31 兆帕，所以反应釜设计压力 p=1.1(0.31+0.1)=0.45 MPa3.加热方式反应釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热。4. 进料状况两管同时进料，一管为乙酸，另一管为正丁醇。均由泵从塔底输送至进料口。第四部分：设计计算与论证一.反应釜的工艺计算(1).物料衡算1.反应常数确定：CbaRTar)4.73exp(1089.3则 )4.7exp(1089.3RTkT=408.15K 计算得出 k=0.1562.反应时间：由资料知道，要反映进行尽量完全
6、，需要醇过量，所以不考虑价格制约因素。我们取醇酸摩尔比为 1:1.2，求得质量比为 1:1.48.这个反应釜设计要搅拌，所以物料填充系数取 0.7，而反应转化率查资料得在 135条件和以 HZSM-5 为催化剂条件下转化率可以达到 0.93.加完反应物以后，反应釜中混合物密度： 2.891)0/742.109/6()742.160( 年产量为 22000 吨，则日产量： dkgdkg73需要产物量 hmolQ/3.89.024163单位时间的反应物料处理量 hmQ/.42.891)(60. 30 乙酸 lCAO/.57./38正丁醇 LmoB184/*609.5有资料数据公式： 2.0ABa.
7、)/(CbC=1所以， aXAFacbacbcokt 2)42(ln421代入数据得 t=6.28h3.反应体积：间歇反应器的反应体积 （ 为进料mtQV384.73.4)(00t出料时间，设为 1.32 小时）填充度为 0.7，所以实际体积 306.5./87实 际考虑到反应釜实际中体积，可用 2 个反应釜串联来实现，每个反应釜体积为： mV30.27/6.54（2）.热量衡算单位时间的反应物料处理量为 4.73m，乙酸正丁酯密度 880kg/m。则它的摩尔质量molmolgkn65.289/19.6804373需要乙酸量： kga.10.n5需要丁醇量： b 75246937查资料得乙酸和
8、丁醇的比热容分别为 2.01kJ/(kg),2.33kJ/(kg) KJTQcba 71 106.75.24163.10.801. 查资料得，反应放热 molKJH/反应总放热 KJn62 7.56.293.所以需要水蒸气提供的能量： Q21103 设计了 2 个反应釜，所以每个反应釜需要传热量 KJ67.2/.6反应釜中加料完成后，混合物中：比热 4032.pC查资料知，此温度下乙酸黏度为 1.22 Pa.s，正丁醇黏度为 3 Pa.s4101则粘度 33456.210.设计要求给出，反应釜内流速 u=0.5m/s查资料得，混合物 molgM/7.62.17405.6混合物的 3/)(43.
9、Cpll25.89.对流传热系数 4.0.01 )()20Cpdu代入数据得 /3.4621Kmw对水蒸气一侧：夹套直径取 200mmDe=4 0.2=0.8mDc=3.6m查得公式 )5.31(PrRe027.4.08. DceD查表此温度下 Pr=1.26728)96/(.8Re-4)/5122kmw查表得不锈钢 (4.7K总传热系数 K:15048ln150l2rm2130476830)1(.DLA 2mrm 313211 09.45.708913.406mAAbK得 )/(.2KW由 tQ得 21.86.3259740TA校核 符合要求4.1. mDH二.反应釜的主要工艺尺寸计算（1）
10、 罐体几何尺寸计算1.确定筒体内径由教材查得，一般反应釜类中液液相反应釜的高径比为 11.3，此处取 1.3=2.98 m （式中 i 为长径比 ）3i4VD将 Di 圆整到公称直径系列，则 Di =3000mm.2.确定筒体高度筒体高度可按下式计算： 24ihVH式中： 为下封头所包含的体积，查得为 3.82 m3h则圆整后 H= 3200mm3.确定封头尺寸（1）椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见化工设备设计基础附表 5.即 DN= Di =3000mm 曲边高度 h 1 =750mm 直边高度 h2 =40mm 容积 V=3.82mm3（2）封头厚度计算Ppt
11、5.02查表得在 t=135时，饱和蒸汽压为 0.31 兆帕。所以反应釜设计压力 p=1.1 (0.31+0.1)=0.45 MPa查得 =113MP t封头焊接采取双面焊、全焊透，无损伤，则 =1计算 =0.453000/(21131-0.50.45)=5.98 mm不锈钢腐蚀余量为 0，查表钢板负偏差为 0.2mm计算名义厚度 = + + +=5.98+0.2+0+0.82=7mmn1C2故封头厚度取 7mm（3）由于 10mm 则封头的直边高度 h 2 =40mmn由附表 5 知封头内表面积 A=10.15m2 ，容积 V=3.82m34.确定筒体的厚度PpDt2查表得在 t=135时，
12、饱和蒸汽压为 0.31 兆帕。所以反应釜设计压力 p=1.1 (0.31+0.1)=0.45 MPa查得 =113MP t封头焊接采取双面焊、全焊透，无损伤，则 =1计算 =0.453000/(21131-0.45)=5.98 mm不锈钢腐蚀余量为 0，查表钢板负偏差为 0.2mm计算名义厚度 = + + =5.98+0.2+0=6.18mmn1C2查化工设备设计基础得，在内径为 3000mm 时，最小壁厚为 8mm，所以这个反应釜的壁厚 =8mmn（2）夹套几何尺寸计算1. 确定夹套内径夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径 Dj可根据筒体
13、内径 Di按下表 Di （mm） 500600 7001800 20003000Dj （mm） Di +50 Di +100 Di +200选取：D j =Di+200=3200mm夹套下封头型式同筒体封头，直径 Dj与夹套筒体相同。2. 确定夹套高度夹套高 由传热面积而决定，不能低于料液高，jH填料系数 =0.7夹套高 计算： 代入数值计算j 24ihjDV得： =2.14mjH3. 确定夹套壁厚考虑成本及压力因素，夹套材料选取 16MR 钢。(1)夹套筒体部分厚度计算tpD2工作压力 P 为 140水蒸气饱和蒸汽压加上大气压=0.46MPa ，查得 t=170MPa m52.41702)6
14、3(45. 负偏差 C 1=0.2mm腐蚀裕量 C 2=2mm则 n.54（2）夹套封头厚度计算PpDt5.02m3.4.17)63(4.0则 n7筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰。 三、 夹套反应釜的强度计算夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。强度计算中各参数的选取及计算，均应符合 GB150-1998钢制压力容器的规定。夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验、气压试验。1. 罐体液压强度校核t25.1pt已知材料为不锈钢 0Cr13 材料，压力试验温度下许用应力为 119MPa，设计温度下许用应力为 113MPa。屈服极限为 120MPa。得 =0.56tpsett MPaDp 9.028.156305.2)( 所以罐体水压试验强度足够2. 夹套气压强度校核t15.pt
