1、武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页I武昌理工学院课程设计说明书生命科学学院所属课程 化学反应工程 设计题目 年产 5005t 乙酸乙酯间隙釜式反应器的设计 专业 班级 学生姓名 朱超 设计组别 指导教师 薛永萍，刘阳 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页II武昌理工学院生命科学学院印制摘 要本选题为年产量为年产 5005t 的反应器的设计。通过分别对连续釜式反应器和间隙釜式反应器的体积计算，和综合其他因素，得出最佳的反应器-间隙釜式反应器。 由物料衡算、热量衡算，得出反应器体积为 、308.m换热量为 。设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高6.5
2、10/hKJ3350mm，直径 3000mm；夹套的特征尺寸为高 2570mm，内径为 3200mm。还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。搅拌器的形式为圆盘式搅拌器，搅拌轴直径 75mm。乙酸乙酯是重要的化工原料，可用作纺织工业的清洗剂和天然香料的萃取剂，也是制药工业和有机合成的重要原料。它的产量，代表着一个国家生产水平的高低。合成乙酸乙酯对合成其他物质起到抛砖引玉的作用。对此次的程序设计，乙酸乙酯采用的是酯化反应。酯化反应是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺，但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。由于反应器要有足够的机械强
3、度，抗腐蚀能力，本课程设计采用的是夹套式反应釜。通过给定设计的主要工艺参数和条件，综合系统地应用化工理论及化工计算知识，完成对反应釜的工艺设计和设备设计。在此基础上绘制了间歇釜式反应器的设备图，和整体工艺的工艺流程图。关键字：间歇釜式反应器; 工艺流程图；物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页IIIAbstract The design for the annual output of reactor with an annual output of 5005t this topic. Based on the continuous stir
4、red tank reactor and gap reactor volume calculation, and other factors, the reactor - gap reactor best. From the material balance, heat balance, the reactor volume of 8.08 cubic meters, heat transfer for the 6.5106 kJ per hour. The results showed that the characteristics of equipment design, size of
5、 the reactor for high 3350mm, diameter 3000mm; feature size jacket for high 2570mm, 3200mm diameter. Also on the tower body of the auxiliary equipment design, heat transfer is through the jacket and the inner cooling pipe joint action completed. A form for disc type stirrer, the stirring shaft diame
6、ter 75mm. Ethyl acetate is an important chemical raw material, extraction agent can be used as textile industrial cleaning agents and natural spices, but also an important raw material for pharmaceutical industry and organic synthesis. Its production, represents a countrys production level. Synthesi
7、s of ethyl acetate to play the role of other synthetic materials. Program design of this, ethyl acetate is used in esterification reaction. Esterification is a relatively mature technology of organic industry. Although now developed a new catalyst for the synthesis of different processes, but the de
8、sign with sulfuric acid as catalyst in the traditional process is very necessary. Because the reactor should have sufficient mechanical strength, corrosion resistance, the curriculum design is jacketed reactor. The main process parameters given design and conditions, comprehensive and systematic app
9、lication of chemical theory and calculation of chemical engineering knowledge, to complete the process design and equipment for reactor.On the basis of drawing the batch reactor equipment diagram, process flow diagram and the overall process.Keywords: batch reactor; process flow diagram; material ba
10、lance; heat balance; the design of wall thickness武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页IV前 言反 应 工 程 课 程 设 计 是 化 工 设 备 机 械 基 础 和 反 应 工 程 课 程 教 学中 综 合 性 和 实 践 性 较 强 的 教 学 环 节 ， 是 理 论 联 系 实 际 的 桥 梁 ， 是 学 生 体 察 工程 实 际 问 题 复 杂 性 ， 学 习 初 次 尝 试 反 应 釜 机 械 设 计 。 化 工 设 计 不 同 于 平 时的 作 业 ， 在 设 计 中 需 要 同 学 独 立 自 主 的 解 决
11、所 遇 到 的 问 题 、 自 己 做 出 决 策 ，根 据 老 师 给 定 的 设 计 要 求 自 己 选 择 方 案 、 查 取 数 据 、 进 行 过 程 和 设 备 的 设 计计 算 ， 并 要 对 自 己 的 选 择 做 出 论 证 和 核 算 ， 经 过 反 复 的 比 较 分 析 ， 择 优 选 定最 理 想 的 方 案 和 合 理 的 设 计 。反 应 工 程 是 培 养 学 生 设 计 能 力 的 重 要 实 践 教 学 环 节 。 在 教 师 指 导 下 ， 通过 裸 程 设 计 ， 培 养 学 生 独 立 地 运 用 所 学 到 的 基 本 理 论 并 结 合 生 产 实
12、 际 的 知 识 ，综 合 地 分 析 和 解 决 生 产 实 际 问 题 的 能 力 。 因 此 ， 当 学 生 首 次 完 成 该 课 程 设 计后 ， 应 达 到 一 下 几 个 目 的 ：1、 熟 练 掌 握 查 阅 文 献 资 料 、 收 集 相 关 数 据 、 正 确 选 择 公 式 ， 当 缺 乏 必 要 的数 据 时 ， 尚 需 要 自 己 通 过 实 验 测 定 或 到 生 产 现 场 进 行 实 际 查 定 。2、 在 兼 顾 技 术 先 进 性 、 可 行 性 、 经 济 合 理 的 前 提 下 ， 综 合 分 析 设 计 任 务 要求 ， 确 定 化 工 工 艺 流 程
13、 ， 进 行 设 备 选 型 ， 并 提 出 保 证 过 程 正 常 、 安 全 可 行所 需 的 检 测 和 计 量 参 数 ， 同 时 还 要 考 虑 改 善 劳 动 条 件 和 环 境 保 护 的 有 效 措施 。3、 准 确 而 迅 速 的 进 行 过 程 计 算 及 主 要 设 备 的 工 艺 设 计 计 算 及 选 型 。4、 用 精 炼 的 语 言 、 简 洁 的 文 字 、 清 晰 地 图 表 来 表 达 自 己 的 设 计 思 想 和 计 算结 果 。反 应 工 程 课 程 设 计 是 一 项 很 繁 琐 的 设 计 工 作 ， 而 且 在 设 计 中 除 了 要 考 虑经
14、济 因 素 外 ， 环 保 也 是 一 项 不 得 不 考 虑 的 问 题 。 除 此 之 外 ， 还 要 考 虑 诸 多 的政 策 、 法 规 ， 因 此 在 课 程 设 计 中 要 有 耐 心 ， 注 意 多 专 业 、 多 学 科 的 综 合 和 相互 协 调 。武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页V目 录摘 要 .IAbstract .II前 言 .III第 1 章 课程设计任务书 .1第 2 章 概 述 .3第 3 章 工艺设计计算 .43.1 设计依据 .43.2. 设计方案 .43.3 工艺计算及方案选择 .43.3.1 间歇釜进料 .43.1.2 乙酸乙酯
15、的产量 .43.1.3 乙酸的流量 .43.1.4 乙醇的流量 .53.1.5 反应体积及反应时间计算 .53.2 连续性进料的计算 .63.2.2 乙酸的流量 .63.2.3 乙醇的流量 .63.2.6 反应体积及反应时间计算 .73.3 设计方案的选择 .8第 4 章 热量核算 .94.1 工艺流程 .94.2 物料衡算 .94.3 能量衡算 .94.3.1 热量衡算总式 .94.3.2 每摩尔各种物值在不同条件下的 值 .10,pmc4.3.3 各种气象物质的参数如下表 .114.3.4 每摩尔物质在 100下的焓值 .114.3.5 总能量衡算 .12武昌理工学院 生命科学学院课程设计
16、用纸共 31 页，第 页VI4.4 换热设计 .13水蒸气的用量 .134.5 传热面积校核 .14第 5 章 设备设计与选型 .155.1 反应釜体及夹套的设计计算 .155.1.1 筒体和封头的几何参数的确定 .155.1.3 筒体和封头的直径 .155.1.4 确定筒体高度 H.155.1.5 夹套直径、高度的确定 .165.2 釜体及夹套厚度的计算 .165.2.1 设备材料 .165.1.2 设备的壁厚计算 .165.1.3 釜体筒体壁厚计算 .165.1.4 内压设计计算 .165.1.5 外压设计计算 .175.1.6 釜体封头壁厚计算 .175.1.7 夹套筒体壁厚设计计算 .
17、185.1.8 夹套封头壁厚设计与选择 .185.1.9 反应釜设计参数 .195.2 搅拌器设计 .195.2.1 搅拌器的形式选择 .195.2.4 电机功率 .195.2.5 减速器的选择 .205.2.6 电动机的选择 .205.3 搅拌轴直径的设计计算 .205.3.2 搅拌轴强度计算 .205.3.3 搅拌轴刚度计算 .205.4 夹套式反应釜附属装置的确定 .215.4.4 接管及其法兰选择 .21第 6 章反应釜釜体及夹套的压力试验 .246.1 釜体的水压试验 .246.1.1 水压试验压力的确定 .246.1.2 水压试验的强度校核 .246.1.3 压力表的量程、水温 .
18、246.1.4 水压试验的操作过程 .246.2 夹套的液压试验 .256.2.1 水压试验压力的确定 .256.2.2 水压试验的强度校核 .256.2.3 压力表的量程、水温 .256.2.4 水压试验的操作过程 .25第 7 章 支座的选择 .26第 8 章 工艺流程图 .27参考文献 .27附 录 .28武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页VII总 结 .30致 谢 .31武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页0第 1 章 课程设计任务书一、设计项目年产 5005 吨乙酸乙酯的反应器的设计 二、设计条件1、 生产规模：（5000+学号） 吨/年
19、2、 生产时间：连续生产 8000 小时/年，间隙生产 6000 小时/ 年3、 物料损耗：按 5%计算4、 乙酸的转化率：（50+学号）%（110 号） ；（40+学号）%（1120 号）（30+学号）%（2130 号） ；（20+ 学号）%（3140 号）（10+学号）%（4150 号）三、反应条件反应在等温下进行，反应温度为 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：- rA=kCA2。A 为乙酸，建议采用配比为乙酸：丁醇=1：5（摩尔比） ，反应物料密度为 0.85/l，反应速度常数k 为 15.00/（kmol.min）四、设计要求1、 设计
20、方案比较 对所有的设计方案进行比较，最后确定本次设计的设计方案。 2、反应部分的流程设计（画出反应部分的流程图） 3、反应器的工艺设计计算生产线数，反应器个数，单个反应器体积。 4、搅拌器的设计对搅拌器进行选型和设计计算。 5、画出反应器的装配图图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 6、设计计算说明书内容 设计任务书； 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页1目录； 前言（对设计产品的理化性能，国内外发展概况，应用价值及其前景等方面进行介绍）设计方案比较；(合成工艺介绍，通过分析各种工艺优缺点，得到本设计选用的合成工艺流程)工艺流程图设计； 反应器的设计 搅拌
21、器的设计；车间设备布置设计；（主要设备的布置）环境保护；设备装配图；设计总结； 参考资料。7、绘制主要设备的装配图。用 A1图纸绘制主要设备装配图（图面应包括设备主视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术性能表、技术要求等），要求采用 CAD 制图。指导老师：薛永萍，刘阳2013 年 12 月 23 日武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸共 31 页，第 页2第 2 章 概 述此次课程设计，是结合化学反应工程这门课程的内容及特点所进行的一次模拟设计。它结合实际进行计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案
22、比较等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计基础。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个行业做好铺垫。酯化反应是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺，但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。酯化反应器设计的基本要求是满足传质和传热要求。因此需要设计搅拌器。另外，反应器要有足够的机械强度，抗腐蚀能力；结构要合理，便于制造、安装和检修；经济上要合理，设备全寿命期的总投资要少。夹套式反应釜具有以下特点：1、温度容易控制。2、浓度容易控制。3、传质和传热良好。4、设备使用寿命长。产品乙酸乙酯简介： 无色澄清液体，有强烈的醚似的气味，清灵、微带果香的酒香，易扩散，不持久。乙酸乙酯分子量 88.11，沸点：77.2 ，微溶于水，溶于醇、醚等多数有机溶剂.通过给定设计的主要工艺参数和条件，综合系统地
