化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)--年產(chǎn)5014噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說明書 生命科學(xué)學(xué)院 所屬課程 制藥反應(yīng)工程 設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn) 5014 噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)生姓名 設(shè)計(jì)組別 指導(dǎo)教師 武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院印制 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) I 11 級(jí)制藥工程制藥反應(yīng)工程 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)項(xiàng)目 年產(chǎn) x噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)條件 1、 生產(chǎn)規(guī)模： （ 5000+學(xué)號(hào)） 噸 /年 2、 生產(chǎn)時(shí)間：連續(xù)生產(chǎn) 8000小時(shí) /年，間隙生產(chǎn) 6000小時(shí) /年 3、 物料損耗：按 5%計(jì)算 4、 乙酸的轉(zhuǎn)化率： （ 50+學(xué)號(hào)） %（ 1 10號(hào)）；（ 40+學(xué)號(hào)） %（ 11 20號(hào)） （ 30+學(xué)號(hào)） %（ 21 30號(hào)）；（ 20+學(xué)號(hào)） %（ 31 40號(hào)） （ 10+學(xué)號(hào)） %（ 41 50號(hào)） 三、反應(yīng)條件 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)乙醇過量時(shí)，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） 四、設(shè)計(jì)要求 1、 設(shè)計(jì)方案比較 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。 2、反應(yīng)部分的流程設(shè)計(jì)（畫出反應(yīng)部分的流程圖） （需根據(jù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行比較做改動(dòng)） 3、反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 生產(chǎn)線數(shù)，反應(yīng)器個(gè)數(shù)，單個(gè)反應(yīng)器體積。 4、攪拌器的設(shè)計(jì) 對(duì)攪拌器進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)計(jì)算。 5、畫出反應(yīng)器的裝配圖 圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。 6、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù)書； 目錄； 前言（對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的理化性能，國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況，應(yīng)用價(jià)值及其前景等方面進(jìn)行介紹） 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) II 設(shè)計(jì)方案比較； (合成工藝介紹，通過分析各種工藝優(yōu)缺點(diǎn)，得到本設(shè)計(jì)選用的合成 工藝流程 ) 工藝流程圖設(shè)計(jì)； 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 攪拌器的設(shè)計(jì)； 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)；（主要設(shè)備的布置） 環(huán)境保護(hù)； 設(shè)備裝配圖； 設(shè)計(jì)總結(jié)； 參考資料。 7、繪制主要設(shè)備的裝配圖。 用 A1圖紙繪 制主要設(shè)備裝 配圖（圖面應(yīng)包括設(shè)備主視圖、局部視圖等，并配備明細(xì)表、管口表、技術(shù)性能表、技術(shù)要求等），要求采用 CAD制圖。 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) III 摘要 乙酸乙酯是一類重要的有 機(jī)溶劑和有機(jī)化工基本原料，其用途非常廣泛，目前我國(guó)采用傳統(tǒng)的方法制備即乙酸和乙醇為原料，濃硫酸為催化劑直接催化合成乙酸乙酯。所以通過對(duì)乙酸乙酯的理化性質(zhì)，社會(huì)用途與需求和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行研究調(diào)查以及乙酸乙酯在實(shí)驗(yàn)室制法和工業(yè)生產(chǎn)各方面對(duì)比之后，為此對(duì)乙醇和乙酸的縮合進(jìn)行了乙酸乙酯合成工藝的課程設(shè)計(jì)。本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn) 5014噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的物料衡算，熱量衡算和合成工藝的設(shè)備等方面為間歇釜式反應(yīng)器的工業(yè)設(shè)計(jì)提供較為詳盡的數(shù)據(jù)與圖紙。本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn) 5014噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的 設(shè)計(jì) 。 關(guān)鍵字： 乙酸；乙醇；乙酸乙酯；合成工藝；間歇式反應(yīng)器 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) IV Abstract Ethyl 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 comparing 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 5,014 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 5,014 tons annual output of ethyl reactor design. Key words: Acetic acid; Ethanol; Ethyl acetate; Synthesis process; Batch reactor 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) V 目 錄 11 級(jí)制藥工程制藥反應(yīng)工程 . I 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 . I 摘要 . III Abstract . IV 第一章 前言 . 1 1.1乙酸乙酯的理化性質(zhì) . 1 1.2乙酸乙酯的用途 . 2 1.3乙酸乙酯的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 . 2 1.3.1 國(guó)外情況 . 2 1.3.2 國(guó)內(nèi)情況 . 3 第二章 乙酸乙酯制備工藝的比較 . 5 2.1實(shí)驗(yàn)室制法 . 5 2.2工業(yè)乙酸乙酯的合成工藝 . 5 第三章 工藝流程圖設(shè)計(jì) . 9 第四章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 4.1 設(shè)計(jì)依據(jù) . 10 4.2設(shè)計(jì)方案 . 10 4.3設(shè)計(jì)條件 . 10 4.4反應(yīng)條件 . 10 4.5 工藝計(jì)算及方案選擇 . 10 4.5.1反應(yīng)器的的操作有間歇操作和連續(xù)操作 . 10 4.5.2間歇反應(yīng)釜進(jìn)料 . 11 4.5.3 流量的計(jì)算 . 11 4.5.4 反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算 . 12 4.6連續(xù)性反應(yīng)釜進(jìn)料的計(jì)算 . 13 4.6.1流量的計(jì)算 . 13 4.6.2反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算 . 14 第五章 熱量衡算 . 16 5.1 熱量衡算總式 . 16 5.2 每摩爾各種物值在不同條件下的mpC,值 . 16 5.3 各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表 . 17 5.4 每摩爾物質(zhì)在 80下的焓值 . 17 5.5 總能量衡算 . 18 5.6 換熱設(shè)計(jì) . 18 5.7 水蒸氣的用量 . 19 6.1 反應(yīng)釜體及夾套的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 20 6.1.1 筒體和封頭的幾何參數(shù)的確定 . 20 6.1.2 筒體和封頭的型式 . 20 選擇圓筒體，橢圓形封頭。 . 20 6.1.3 筒體和封頭的直徑 . 20 6.1.4 確定筒體高度 H . 21 6.1.5 夾套直徑、高度的確定 . 21 6.2 釜體及夾套厚度的計(jì)算 . 21 6.2.1 設(shè)備材料 . 21 6.3 設(shè)備的壁厚計(jì)算 . 21 6.3.1 釜體筒體壁厚計(jì)算 . 21 6.3.2 內(nèi)壓設(shè)計(jì)計(jì)算 . 21 6.3.3 外壓設(shè)計(jì)計(jì)算 . 22 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) VI 6.3.4 釜體封頭壁厚計(jì)算 . 22 6.3.5 夾套筒體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算 . 23 6.3.6 夾套封頭壁厚設(shè)計(jì)與選擇 . 23 6.3.7 反應(yīng)釜設(shè)計(jì) 參數(shù) . 23 6.4 攪拌器設(shè)計(jì) . 23 6.4.1 攪拌器的形式選擇 . 23 6.4.2 攪拌器轉(zhuǎn)速 n： . 24 6.4.3 傳動(dòng)功率 P： . 24 6.4.4 電機(jī)功率 . 24 6.4.5 減速器的選擇 . 24 6.4.6 電動(dòng)機(jī)的選擇 . 24 6.5 攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 24 6.5.1 攪拌軸材料： . 24 6.5.2 攪拌軸強(qiáng)度計(jì)算 . 24 6.5.3 攪拌軸剛度計(jì)算 . 24 6.6.夾套式反應(yīng)釜附屬裝置的確 定 . 25 6.6.1選型 . 25 6.6.2 反應(yīng)釜總重 . 25 6.7 人孔 C . 25 6.8 接管及其法蘭選擇 . 25 6.8.1 水蒸氣進(jìn)口管： . 25 6.8.2 冷卻水出口管 ： . 25 6.8.3 進(jìn)料管 . 25 第七章 結(jié)論與建議 . 28 7.1 結(jié)論 . 28 7.2 建議 . 28 參考文獻(xiàn) . 29 致 謝 . 30 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) . 31 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) 1 第一章 前言 1.1 乙酸乙酯的理化性質(zhì) 醋酸乙酯 ethyl acetate 簡(jiǎn)寫 EA。 又名乙酸乙酯，簡(jiǎn)稱乙酯，分子式 CH3COOC2H5，分子量 88.1，無(wú)色透明液體，具有揮發(fā)性，有水果香味。熔點(diǎn) -83.6沸點(diǎn) 7.06，相對(duì)密度 0.902（ 20），蒸汽壓（ 20） 9.7kPa，氣化熱 366.5J/g，比熱容 1.92J/（ g. ），爆炸極限 2.13 11.4（體積）。 能與氯仿、醇、丙酮及醚等混溶 ,微溶于水。 純凈的乙酸乙酯是無(wú)色透明具有刺激性氣味的液體，是一種用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有優(yōu)異的溶解性、快干性，用途廣泛，是一種非常重要的有機(jī)化工原料和極好的工業(yè)溶劑，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹酯、合成橡膠、涂料及油漆等的生產(chǎn)過程中。其主要用途有：作為工業(yè)溶劑，用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑、人造纖維等產(chǎn)品中；作為粘合劑，用于印刷油墨、人造珍珠的生產(chǎn)；作為提取劑，用于醫(yī)藥、有機(jī)酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)；作為香料原料，用于菠蘿、香蕉、草莓 等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。我們所說的陳酒很好喝，就是因?yàn)榫浦泻幸宜嵋阴?。乙酸乙酯具有果香味。因?yàn)榫浦泻猩倭恳宜幔鸵掖歼M(jìn)行反應(yīng)生成乙酸乙酯。因?yàn)檫@是個(gè)可逆反應(yīng)，所以要具有長(zhǎng)時(shí)間，才會(huì)積累導(dǎo)致陳酒香氣的乙酸乙酯。 危險(xiǎn)特性：易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸會(huì)猛烈反應(yīng)。在火場(chǎng)中，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。 表 1-1 乙酸乙酯的物化參數(shù) 熔點(diǎn) ( ) -83.6 臨界溫度 ( ) 250.1 折光率（ 20 ) 1.3708-1.3730 臨界壓力 (MPa) 3.83 沸點(diǎn) ( ) 77.06 辛醇 /水分配系數(shù)的 對(duì)數(shù)值 0.73 對(duì)密度 (水 =1) 0.894-0.898 閃點(diǎn) ( ) 7.2 相對(duì)蒸氣密度 (空氣 =1) 3.04 引燃溫度 ( ) 426 飽和蒸氣壓 (kPa) 13.33(27 ) 爆炸上限 %(V/V) 11.5 燃燒熱 (kJ/mol) 2244.2 爆炸下限 %(V/V) 2.0 室溫下的分子偶極距 6.555 10-30 武昌理工學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 共 38 頁(yè)，第 頁(yè) 2 燃燒（ 分解）產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)方法：氣體檢測(cè)管法 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)方法： 無(wú)泵型采樣氣相色譜法 (WS/T155-1999，作業(yè)場(chǎng)所空氣） 應(yīng)急處理處置方法：一、泄漏應(yīng)急處理 迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護(hù)服。盡可能切斷泄漏源，防止進(jìn)入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容；用泡沫覆蓋，降低蒸 氣災(zāi)害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。 1.2 乙酸乙酯的用途 其主要用途有：作為工業(yè)溶劑，用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑、人造纖維等產(chǎn)品中；作為粘合劑，用于印刷油墨、人造珍珠的生產(chǎn)；作為提取劑，用于醫(yī)藥、有機(jī)酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)；作為香料原料，用于菠蘿、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。用作溶劑，及用于染料和一些醫(yī)藥中間體的合成。是食用香精中用量較大的合成香料之一，大量用于調(diào)配香蕉、梨、桃、菠蘿、葡萄等香型食用香精。是硝酸纖維素、乙基纖維素、 乙酸纖維素和氯丁橡膠的快干溶劑，也是工業(yè)上使用的低毒性溶劑。還可用作紡織工業(yè)的清洗劑和天然香料的萃取劑，也是制藥工業(yè)和有機(jī)合成的重要原料。 1.3 乙酸乙酯的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 1.3.1 國(guó)外情況 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)乙酸乙酯主要采用乙醇醋酸直接酯化法和乙醛縮合法。美國(guó)乙酸乙酯近幾年生產(chǎn)量都在 50 萬(wàn) t 以上 , 是世界上乙酸乙酯貿(mào)易量最大的國(guó)家。由于美國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) , 可獲得廉價(jià)的乙醇 ( 乙醇價(jià)格為我國(guó)的 1/ 2 1/ 3) 和醋酸 (基本上采用 OXO 法生產(chǎn)即甲醇低羰基合成法 ),因而美國(guó)只 有一套由 Eastman 公司以