年產(chǎn)80000t乙酸乙酯間歇釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)80000乙酸乙酯間歇釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)系另U化學(xué)與化工學(xué)院專業(yè)應(yīng)用化學(xué)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)年級(jí)指導(dǎo)教師職稱副教授2013年6月日一、設(shè)計(jì)任務(wù)書及要求1.1設(shè)計(jì)題目80000t/y乙酸乙酯反應(yīng)用間歇釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及條件反應(yīng)方程式：CHCOOH(A)+CHOH(B)nCHCOOCH(R)+HO(S)3253252原料中反應(yīng)組分的質(zhì)量比：A：B：S=1：2：1.35。反應(yīng)液的密度為1020kg/m3,并假設(shè)在反應(yīng)過程中不變。100。。時(shí)被攪拌液體物料的物性參數(shù)為：比熱容為C=124.3八mol-K-1，導(dǎo)熱系數(shù)人=0.325W/(m-°C)，黏度P=5.1x10-4Pa.s。生產(chǎn)能力：80000t/y乙酸乙酯，年生產(chǎn)8000小時(shí)，，每小時(shí)生產(chǎn)10t，乙酸的轉(zhuǎn)化率為40%。每批裝料、卸料及清洗等輔助操作時(shí)間為1h。(5)反應(yīng)在100°C下等溫操作，其反應(yīng)速率方程如下：=k(cc-cc/K)1ABRS100C時(shí)，k、=4.76x10-4L/(mol.min)，平衡常數(shù)K=2.92。反應(yīng)器填充系數(shù)可取0.70-0.85。乙酸乙酯相對(duì)分子質(zhì)量88；乙酸相對(duì)分子質(zhì)量60；乙醇相對(duì)分子質(zhì)量46；水相對(duì)分子質(zhì)量18。(6)最大操作壓力為P1=0.4MPa。加熱的方式為用夾套內(nèi)的水蒸汽進(jìn)行電加熱。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1、物料衡算及熱量衡算；2、反應(yīng)器體積計(jì)算及高徑比、直徑等參數(shù)確定;3、反應(yīng)攪拌器設(shè)計(jì)；

4、其他配件;5、帶管口方位圖的設(shè)備條件圖繪制（不用繪制零件圖，不用達(dá)到設(shè)備裝配圖水平）;6、設(shè)計(jì)體會(huì)；7、參考文獻(xiàn)。二、反應(yīng)釜基本計(jì)算2.1反應(yīng)器類型選擇常用反應(yīng)器的類型有：①管式反應(yīng)器；②釜式反應(yīng)器；③有固體顆粒床層的反應(yīng)器；④塔式反應(yīng)器；⑤噴射反應(yīng)器；⑥其他多種非典型反應(yīng)器。如回轉(zhuǎn)窯、曝氣池等。由于本設(shè)計(jì)是液液相反應(yīng)，綜合考慮以上反應(yīng)器的處理能力以及其優(yōu)缺點(diǎn)，選用釜式反應(yīng)器。反應(yīng)器的操作方式包括間歇、連續(xù)、半連續(xù)。由于反應(yīng)原料是混合加入，不采用半連續(xù)反應(yīng)釜。因此，本設(shè)計(jì)的反應(yīng)器在間歇反應(yīng)釜和連續(xù)反應(yīng)釜之間選擇。2.2物料衡算根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算原料處理量：80000t/y乙酸乙酯，年生產(chǎn)8000小時(shí)，，每小時(shí)生產(chǎn)10t,乙酸的轉(zhuǎn)化率為40%。每小時(shí)乙酸需用量為:10000881000088x0.4=284.09kmol/h式中：88為乙酸乙酯的相對(duì)分子質(zhì)量。由于原料種乙酸：乙醇：水=1：2：1。35，則1+2+1.35=4.35kg原料液中含1kg乙酸，可求單位時(shí)間的原料液量為:284.09x284.09x60x4.35

1W=72.70m3/h式中，60為乙酸的相對(duì)分子質(zhì)量。原料液的起始組成為:284.09

c==3.908mol/LA072.70乙醇與水的相對(duì)分子質(zhì)量分別為46和18,通過乙酸的起始濃度和原料中各組分的質(zhì)量比，可求出乙醇和水的起始濃度為:

3.908X60X2=10.195血/L46183.908X60X2=10.195血/L4618采用間歇反應(yīng)釜，假設(shè)每批裝料、卸料及清洗等輔助操作時(shí)間為1h。求反應(yīng)釜的實(shí)際體積為V,計(jì)算如下：因?yàn)?cA0-=cA0-XA)，Cb*b0-cA0XA，%*A0XA，cS=cS0&A0XA帶入速率方程，整理后得:A0其中，a=c..c其中，a=c..cB0A0，&B°"a0+cS0cA0K)帶入數(shù)據(jù):a=10.1953.908=2.61，-G+10.1953.908+17.586(3.908x2.92))=-5.15c=1-12.92=0.6575根據(jù)公式:cAO0cAO0jXAfdXA—Ra求得反應(yīng)時(shí)間1t=——1t=——kc0dX、A)=+b+cX2，kc』b2-4ac+Jb2-4acX+2aLnb-\b2—4ac，X+2a其中，.福二4ac=\f'(-5.15)2-4x2.61x0.6575=4.434將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式得反應(yīng)時(shí)間為:t=Ln4.76t=Ln4.76x10-4x3.908x4.434(-5.15+4.434)x(-5.15-4.434)x0.40+2x2.610.40+2X2.61=153.9minV=q0(t+10)=72.70x(153.9/60+1)=183.42m3通常反應(yīng)器的裝填系數(shù)n可取0.6-0.85。如果物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡沫或沸騰狀態(tài)，

通常裝填系數(shù)應(yīng)取較低值，一般為0.6—0.7；若反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，可取0.8—0.85（物料黏度大時(shí)，可取最大值）。本設(shè)計(jì)綜合考慮反應(yīng)物和生成物的物性參數(shù)，最終選用裝填系數(shù)牛0.8。則反應(yīng)器的實(shí)際體積為：V=V..??.'0.8=183.42,?.'0.8=229.75m3w230m3t(2)若采用連續(xù)釜式反應(yīng)器生產(chǎn)乙酸乙酯，單位時(shí)間處理的原料量及原料組成如前計(jì)算所示。乙酸的轉(zhuǎn)化率可由反應(yīng)速率方程球得，將其變換為轉(zhuǎn)化率的函數(shù)有邛=kK?-cX)C-cX)-(c+cX)C+cX)/K]A1A0A0AB0A0AR0A0AS0A0A將初始組成及反應(yīng)速率k1及平衡常數(shù)K帶入上式化簡(jiǎn)后得「(3.908-3.908x0.40*0.195-3.908x0.40)-一7a一"6x10-4x(0+3.908x0.40*7.586+3.908x0.40)/2.92=4.755x10-3mol/(L-min)=0.2853kmol/(m3-h)根據(jù)V=冬%可求得所需反應(yīng)體積為r—RAV72.70x3.908x0.400.2853=398V72.70x3.908x0.400.2853=398.34m3反應(yīng)器的實(shí)際體積為:V=V,/0.8=398.340.8=497.925m3r.由計(jì)算結(jié)果知：采用間歇操作所需的反應(yīng)體積較之連續(xù)釜式反應(yīng)器要小，故選用間歇式反應(yīng)釜。2.3熱量衡算乙酸的進(jìn)料量為，在根據(jù)它的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)物的初始質(zhì)量比算出各種物質(zhì)的進(jìn)料和出料量，具體結(jié)果如下表:

表2-1進(jìn)料出料組成物質(zhì)進(jìn)料kmol/h出料kmol/h乙酸284.09170.454乙醇568.18340.908乙酸乙酯0113.636水284.09397.726熱量衡算公式：Q1+Q2=Q3+Q4式中：Qi進(jìn)入反應(yīng)器物料的能量，KJQ2：化學(xué)反應(yīng)熱，KJQ3:供給或移走的熱量，有外界向系統(tǒng)供熱為正，有系統(tǒng)向外界移去熱量為負(fù)，KJQ4:離開反應(yīng)器物料的熱量，KJ表2-2各物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)ABCD乙醇-67.4442184.252-7.29726x1031.05224x105乙酸65.9814.690.15x103—乙酸乙酯155.9423.697-1.9976x1030.4592x105水50.811121.2938-0.630974x1030.0648311x105乙醇的乙醇的.值為：cpq,，,351.5K)"+BT+CT2+DT3=—67.4442+18.4252x10-ix351.5-7.29726x10-3x351.52+1.05224x10-5x351.53乙酸乙=-67.4442+647.64578-901.5929+456.9733=135.5820J^ol-普-1酯的C^值C,心響,350.2K廣A+"+C2+DT3=155.94+2.3697x10-1x350.2-1.9976x10-3x350.22+0.4592x10-5x350.23=155.94+82.9395—244.9857+197.2197=191.1135J^ol~^K-1水的C,m值Cp,而O,l,373K廣A+BT+CT2+DT3=50.8111+2.12938x10-1x373-0.630974x10-3x3732+0.0648311x10-5x3733=50.8111+79.442659-87.78678+33.64418=76.111^01-1廣-1C,m(乙酸,l,373K)=A+BT+CT2+DT3=65.98+1.469x10-1x375-0.15x10-3x3752+0x3753=65.98+55.0875-21.0938+0=99.9737J^ol-^K-1水在100°C時(shí)的焓值DH(水廣cmi373K)J3虹+口H=76.111x10-3x(373-298)+40.6882298=40.3963KJyol-1乙醇在100C時(shí)的焓值口H)=C(J5dT+H+c()3j3dT□r”(乙醇)p,m(乙醇,l,351.5°C)^vapmp,m(乙醇,l,373°C)298351.5=135.5820x10-3x(351.5-298)+38.744+77.5288x10-3x(373-351.5)=7.2536+38.744+1.6669=47.6645KJ叩-1乙酸在100C時(shí)的焓值口H(乙酸)=cjJ3dT=99.9737x10-3x(373-298)P,m攵，,298=7.4980KJ^ol-1乙酸乙酯在100C時(shí)的焓值H350.2dTH3j3dT□rm(乙酸乙酯)p,m(乙酸乙酯,l,350.2。C)^vaPmp,m(乙酸乙酯,l,373°C)/、298/350.2、=191.1135x10-3x(350.2—298)+30.539+135.0733x10—3x(373—350.2)=9.9761+30.539+3.0797=43.5948KJ史況-1則以上數(shù)據(jù)可計(jì)算熱量。Q=n酸xArHm酸+n水xArHm水+n醇xArHm醇+n酯xArHm酯=284.09x103x7.498+284.09x103x40.3963+568.18x47.6645x103+0=1.632x107KJ/hQ2Q2=113.636x103xAQ=113.636x103x(40.396+43.5843—7.4980—47.6645)=3.275x106KJhQ4=n'…xArHm+n\xArHm+n\葉xArHm+nQ4酸（乙酸）水（水）乙醇（乙醇）酯（酯）=170.54x103x7.498+397.726x103x40.3963+340.98x103x47.6645+113.636x103x43.5948=3.8554x107KJh由：Q1+Q2=Q3+Q4帶入數(shù)據(jù)解得：Q3=Q4-Q2-Q1=1.837x107KJ/h三、反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)3.1釜體DN、PN將釜體視為筒體，本設(shè)計(jì)采用一般的反應(yīng)釜，由于釜內(nèi)物料為液-液相，高徑比L/D一般取1?1.3[2],本設(shè)計(jì)取L/D為1.2。實(shí)際體積V=230m3,取五個(gè)反應(yīng)釜，則每個(gè)反應(yīng)釜體積為匕=46m3兀4V14x46由V=-D2L，L=1.2D.，則D=3~L=331412=3.66m，圓整Di=3800mm。查得釜體的DN=3800mm因操作壓力p=0.4MPa，故：PN=0.6MPa3.2筒體壁厚最大操作壓力為P=0.4MPa，設(shè)計(jì)壓力P取最大工作壓力的1.05?1.1倍，本設(shè)計(jì)1取設(shè)計(jì)壓力P=1.1P]=1.1x0.4=0.44MPa；設(shè)計(jì)溫度T，T=150OC；根據(jù)筒體設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度選擇材料：0Cr18Ni10Ti，許用應(yīng)力為[。]t=111MPa。焊縫系數(shù)①=1.0（雙面對(duì)接焊，100%無損探傷）。表3-1焊接接頭系數(shù)（P無損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例焊接接頭形式全部局部雙面焊對(duì)接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對(duì)接接頭1.00.85單面焊對(duì)接接頭（沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板）0.90.8鋼板負(fù)偏差：C]=0.8mm，腐蝕裕量：C2=2.0mm（雙面腐蝕）。

表3-2鋼板負(fù)偏差C1鋼板厚度22.22.52.8-3.02.2-3.53.8-44.5-5.5負(fù)偏差0.130.140.150.160.180.20.2鋼板厚度6-78-2526-3032-3436-4042-5052-60負(fù)偏差0.60.80.911.11.21.3根據(jù)內(nèi)壓圓筒壁厚的計(jì)算公式:8=_PD+cd2L“IC帶入以上數(shù)據(jù)得：8=0.44x3800+0.8+2.0=9.0mm，d2x111x1-0.44根據(jù)工程要求和鋼材的使用壁厚范圍圓整后，取8廣20mm。b=Pte)J0知校核筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度，根據(jù)式："28e'因?yàn)?Cr18M10T7的屈服極限b=130MPa，所以0.9/=0.9x1x130=117MPa，_P(D+8)氣28eP=1.25P=1.25x0.44=0.55MPa取「=0.55MPa，8=8-C=20-0.6-2=17.4mm，代入得:0.55(2600+17.4)2x17.441.37MPab<0.9甲b2x17.4故水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。3.3封頭封頭包括有橢圓形、碟形、錐形、球冠形封頭、平板封頭等多種類型。從工藝操作要求考慮，對(duì)封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。半球形封頭受力最好，壁厚最薄，重量輕，但深度大，制造較難，中低壓小設(shè)備不宜采用：碟形封頭存在局部應(yīng)力，受力不如橢圓形封頭：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，綜合考慮該精餾塔設(shè)計(jì)內(nèi)壓、溫度等因素，最終確定采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。查文獻(xiàn)選釜體的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，代號(hào)EHA、標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002。封頭以0Cr18Ni10Ti為材料。標(biāo)準(zhǔn)形封頭壁厚:=2\op—0.5P+C1+C2其中：P-0.44MPa，D-3800mm，［。］t-111MPa，中-1（整體沖壓），￡-0.8（鋼板負(fù)偏差），C^-2mm。代入得:5-——0.44、3800——+0.6+2-11.0mmd2x111x1—0.5x0.44根據(jù)工程要求和鋼材的使用壁厚范圍圓整后，取5〃=20mm。與前計(jì)算的筒體壁厚一致。內(nèi)表面積F-16.28m2。封頭的標(biāo)準(zhǔn)為：EHA3800x40-0Cr18Ni10TiJB/T4746.綜上：筒體和封頭選材都為0Cr18Ni10Ti，壁厚5=20mm。3.4筒體長(zhǎng)度H圖3-1釜體幾何尺寸DN=3800mm,L=1.2D，查表以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓形封頭的尺寸、內(nèi)表面積和容積(JB/T4337-95)可得：V=7.75m3，直邊高度h=50mm,曲面高度h=950mm。兀匕“筒體+V封頭，不DH=匕-匕頭H=^7筒體—^^封頭=46—7.75=3.375m§D.2§x3.82圓整得：H=3400mm。釜體長(zhǎng)徑比L/Di的復(fù)核則L/D.=(H+h1+h2)/D.=(3400+950+50)/3800=1.16，滿足要求。由加熱的方式為用夾套內(nèi)的水進(jìn)行電加熱可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為常壓，取設(shè)計(jì)外壓P'=0.1MPa。P'=0.1MPa<P=0.4MPa，故釜體厚度以內(nèi)壓計(jì)算為準(zhǔn)，如前所示。四、夾套的結(jié)構(gòu)和尺寸反應(yīng)釜是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，在化學(xué)反應(yīng)過程中常伴有放熱和吸熱，而且常常先加熱以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，一旦反應(yīng)開始往往又需要冷卻，以調(diào)節(jié)溫度維持反應(yīng)的最佳條件，直到反應(yīng)完畢又需要散熱。因此，反應(yīng)釜必須配備有加熱和冷卻的裝置，以利維持最佳的工藝條件，取得最好的反應(yīng)效果。反應(yīng)釜的加熱和冷卻有多種方式，除最常用的夾套和蛇管外，還有釜式換熱器和電感應(yīng)加熱等。其中以夾套和蛇管兩種傳熱方式使用最為廣泛。本設(shè)計(jì)先采用夾套傳熱，當(dāng)需要的傳熱面積較大，而夾套傳熱不能滿足時(shí)，再采用蛇管傳熱。夾套是在釜體的外側(cè)用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與釜體外壁形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻反應(yīng)釜內(nèi)的物料。夾套的主要結(jié)構(gòu)形式有整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套和蜂窩夾套等，其適用的溫度和壓力不同。本設(shè)計(jì)采用整體夾套。而整體夾套的形式又包括圓筒形、U型、分段式、全包式夾套，本設(shè)計(jì)采用U型夾套。4.1夾套DN、PN表4-1夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系Di（mm）500?600700?18002000~30003000~40004000~5000Dj（mm）Di+50Di+100Di+200Di+300Di+400由于Di=3800mm，則Dj=Di+300=4100mm，即夾套的公稱直徑為DN=4100mm。由設(shè)備設(shè)計(jì)條件單知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取PN=0.25MPa。4.2夾套筒體高度可夾套筒體高度Hj主要由傳熱面積確定，一般不低于料液高度，以保證充分傳熱。根據(jù)裝料系數(shù)門、操作體積門V,夾套筒體高度Hj可由估算。帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：

nv-vh?！浮獂nv-vh?！浮獂D0.8x46-7.75=2.563m-x3.824.3夾套筒體壁厚130。。時(shí)水的蒸氣壓力為0.27MPa，因?yàn)閵A套的壓力<0.3MPa，所以需要根據(jù)剛度條件設(shè)計(jì)筒體的最小壁厚。由于Dj=2800mm<3800mm，取5min=3mm，另外加上。1=°6（鋼板負(fù)偏差。1）,。2=2（腐蝕裕量）。5廣3+0.6+2=5.6mm，根據(jù)工程要求圓整后取5〃=14mm厚的OCr^MWV鋼板。4.4夾套封頭夾套的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，內(nèi)徑與筒體相同（D=2800mm）。代號(hào)EHA，標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746—2002。因?yàn)閜w為常壓<0.3MPa，所以需要根據(jù)剛度條件設(shè)計(jì)封頭的最小壁厚。由于D=j2800mm<3800mm，取5.=2D/1000且不小于3mm，另外加上q=0.6（鋼板負(fù)偏差C]），。2=m（腐蝕余量）。5=3+0.6+2=5.6mm，圓整后壁厚5=14mm，采用0Cr18M1077為封頭材料。根據(jù)"]中JB/T4746—2002推薦：當(dāng)DN<2000時(shí)，封頭直邊高度匕=25mm；當(dāng)DN>2000時(shí)，直邊高度匕=40mm。本設(shè)計(jì)中DN=2600>2000，則取匕=40mm。根據(jù)DN，^，查表可得：封頭h2=700mm，容積匕=3.12m3。封頭標(biāo)準(zhǔn)為：EHA2800x28-0Cr18Ni10TiJB/T4746.b=Pp".）<0.9b校核筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度，根據(jù)式：T25eS因?yàn)?Cr18M10Ti的屈服極限b=130MPa，所以0.9甲b=0.9x1x130=117MPa，Pt(d+8)°t28，P=1.25P=1.25x0.1=0.125MPa取Pt=0.125MPa,8=8-C=14-0.6-2=11.4mm,代入得：_0.125(2800+11.4)_1541MPCT2x11.4.ab<0.9甲b故水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。4.5傳熱面積校核DN=3800mm釜體下封頭的內(nèi)表面積F=16.28m2,DN=3800mm,由于筒體高度kH=3375mm，則筒體內(nèi)表面積F=40.3m2。1則總換熱面積：F總換熱面積=F.+氣=16.28+40.3=56.58m2。由于釜內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量不僅能夠維持反應(yīng)的不斷進(jìn)行，且會(huì)引起釜內(nèi)溫度升高。為防止釜內(nèi)溫度過高，在釜體的上方設(shè)置了冷凝器進(jìn)行換熱，因此不需要進(jìn)行傳熱面積的校核。如果釜內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則需進(jìn)行傳熱面積的校核即將總換"總換熱面與工霸要的熱供F進(jìn)云皺若則不需要釜另設(shè)置管反須需要溢五、反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)5.1工藝接管反應(yīng)釜上工藝接管包括進(jìn)料接管、出料接管、水進(jìn)出口接管、溫度計(jì)管口等。5.1.1進(jìn)料管反應(yīng)釜的進(jìn)料口從頂蓋引入，進(jìn)料口下端的開口截成45度角，開口方向朝向釜的中心，以防止沖擊釜壁。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)伸式進(jìn)料管，管口浸沒于料液中，可減少?zèng)_擊頁面而產(chǎn)生泡沫，有利于穩(wěn)定液面，液面以上部分開有直徑為5mm的小孔，以防止虹吸現(xiàn)象。乙醇進(jìn)料管采用457x3.5L=155無縫鋼管，法蘭標(biāo)記為：HG20593-97法蘭PL50-0.6RF0Cr18Ni10Ti。乙酸進(jìn)料管采用489x4L=155無縫鋼管，法蘭標(biāo)記為:HG20593-97法蘭PL80-0.6RF0Cr18Ni10Ti。5.1.2出料接管反應(yīng)釜出料有上出料和下出料兩種方式。上出料方式用于當(dāng)反應(yīng)釜液體物料需要輸送到位置比反應(yīng)釜高或并列的設(shè)備，通過壓出管實(shí)現(xiàn)。下出料方式用云物料需放入另一個(gè)位置較低的設(shè)備、對(duì)于粘稠物料或含有固體顆粒的物料，在反應(yīng)釜地步裝設(shè)出料口。本設(shè)計(jì)采用下出口出料。出料管采用4133x6L=155無縫鋼管，法蘭標(biāo)記為：HG20593-97法蘭PL120-0.65.1.3夾套水進(jìn)出口接管夾套水進(jìn)出口接管采用饑08x4L=155無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與下封頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記為：HG20593-97法蘭PL100-0.6RF0018Ni10Ti。5.1.4溫度計(jì)管口溫度計(jì)管口采用饑08x4L=155無縫鋼管，法蘭標(biāo)記:HG20593-97法蘭PL100-0.6RF0O18Ni10Ti。接管的具體位置，見設(shè)備圖。5.2墊片尺寸及材質(zhì)根據(jù)"I工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的墊片，材料為耐油石棉橡膠板。墊片標(biāo)記為：乙醇進(jìn)料管：墊片PL50-0.6JB4704-2000.乙酸進(jìn)料管：墊片PL80-0.6JB4704-2000.出料口接管：墊片PL120-0.6JB4704-2000.夾套水進(jìn)出口接管：墊片PL100-0.6JB4704-2000.溫度管口：墊片PL100-0.6JB4704-2000.5.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)5.3.1開孔由于D=2600mm，因此需要在釜體的封頭上設(shè)置人孔。人孔標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為0.6MPa的等級(jí)選取。該反應(yīng)釜在最高工作壓力小于或等于0.6MPa的條件下工作，從人孔類型系列標(biāo)準(zhǔn)可知，公稱壓力為0.6MPa的人孔類型很多。本設(shè)計(jì)采用旋柄快開人孔DG450。該人孔標(biāo)記為：HG2151695人孔（R.A—2707）450HG21515—95.如前計(jì)算所示（具體開孔情況，見精餾塔工藝條件圖）；各接管開孔面積的總和均等于1.3?1.5倍的管截面積，乙醇進(jìn)料管、乙酸進(jìn)料管、出料口接管、夾套水進(jìn)出口接管、溫度管口開孔面積均取1.3倍管的截面積。5.3.2補(bǔ)強(qiáng)為了降低峰值應(yīng)力，需要對(duì)結(jié)構(gòu)開孔部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以保證容器安全運(yùn)行。開孔應(yīng)立集中的程度和開孔的形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低，因此本設(shè)計(jì)均采用圓孔。由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑d=450mm，壁厚8=20mm。故補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑D=484mm，外徑D=760mm，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度按下式估算：父d8450x（20—2.8）fo=e—=w24.96mm2取整后，人孔處的補(bǔ)強(qiáng)圈取25mm厚。當(dāng)殼體開孔滿足全部滿足條件時(shí)可不另行補(bǔ)強(qiáng)：①設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa：②兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩開孔直徑之和的兩倍：③接管公稱外徑小于或等于89mm。乙醇進(jìn)料管457x3.5,乙酸進(jìn)料管'89x4,均滿足可不另行補(bǔ)強(qiáng)的條件，不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。出料管饑33x6，夾套水進(jìn)出口接管饑08x4，溫度計(jì)管口4108x4，開孔較大，需對(duì)其進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)。根據(jù)GB1501998規(guī)定，采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)應(yīng)遵循：①鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值氣-540MPa；②補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1-5°?:③殼體名義厚度8?-38mm。根據(jù)已知條件，可判斷出符合補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的條件。則此處采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。出料管補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)記為：dN133x6mm-D-0Cr18Ni10TiJB/T4736。夾套水進(jìn)出口接管、溫度計(jì)管口補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)記為：dN108x4mm-D-0Cr18Ni10TiJB/T4736。5.4釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)DN=2600mm、PN=0.6MPa，由［8確定容器法蘭的類型為乙型平焊法蘭。標(biāo)記：法蘭RF2600-0.6JB/T4701材料：0018Ni10Ti公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺栓DD1D2D3D45d規(guī)格數(shù)量2600276027152676265626539627M2472法蘭結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)PN=0.6MPa<1.6MPa、介質(zhì)溫度90°C和介質(zhì)的性質(zhì)，參照［8］知密封面形式為光滑面。墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板(GB/T539)。墊片標(biāo)記為：墊片2600—0.6JB4704—2000o5.5支座選型及設(shè)計(jì)支座用來支承和固定設(shè)備。常用的有耳式支座和鞍式支座。本設(shè)計(jì)采用耳式支座。耳式支座又有A、AN和B、BN型四種，本設(shè)計(jì)選用耳式B型支座，支座數(shù)量為4個(gè)。反應(yīng)釜總質(zhì)量的估算：m=m+m+m+m式中：m1—釜體的質(zhì)量(kg)；m2—夾套的質(zhì)量(kg)；m3—攪拌裝置的質(zhì)量(kg)；m4—附件的質(zhì)量(kg)。其中：m1=2.03x514+2x572=2187.42kg總2188kgm2=1.2x554+413=1077.8kg牝1078kgm牝100kg，m4牝100kg則m=2188+1078+100+100=3466kg"3500kg反應(yīng)釜內(nèi)的物料質(zhì)量約為M1=p2V=1000x15.78n1.6x104kg(以水裝滿釜體計(jì)算)，夾套中水的質(zhì)量M2牝1000kg。故物料總質(zhì)量M=1.6x104+1x103=1.7x104kg。裝置的總質(zhì)量：m'=1.7x104+0.35x104=2.05x104kg每個(gè)支座承受的重力Q，約為：Q=m'g/4=2.05x104x9.81/4=50.3KN。

選擇B型帶墊板，8號(hào)耳式支座，支座材料為Q235-A.F,墊板材料為0Cr19Ni9,墊板厚度為16mm，其規(guī)定標(biāo)記為；JB/T4725-92耳座B8,53=16。底板筋板墊板地腳螺栓Hl1bi5is1l2b252l3b353ed規(guī)格6004803602614551038018720600167236M30B型耳式支座的尺六、反應(yīng)釜的攪拌裝置6.1攪拌器選型在反應(yīng)釜中，為增快反應(yīng)速率，強(qiáng)化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強(qiáng)混合等作用，常裝有攪拌裝置，攪拌裝置通常包括攪拌器和攪拌軸。攪拌軸由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸直接帶動(dòng)或經(jīng)過減速機(jī)減速后簡(jiǎn)介帶動(dòng)。攪拌器的類型很多，它與被攪拌液體的流動(dòng)狀態(tài)和物性有關(guān)，一般是根據(jù)工藝要求來選用的。根據(jù)槳葉的結(jié)構(gòu)，常用的攪拌器有：槳式、框式、錨式、渦輪式、推進(jìn)式等。因?yàn)樵摂嚢杵髦饕菫榱藢?shí)現(xiàn)物料的均相混合，所以，推進(jìn)式、槳式、渦輪式等都可以選擇，此處選擇六片平直圓盤渦輪式攪拌器。6.2攪拌器設(shè)計(jì)計(jì)算確定攪拌槽的結(jié)構(gòu)與尺寸，明確攪拌槳及其附件的幾何尺寸和安裝位置，計(jì)算攪拌轉(zhuǎn)速和功率，計(jì)算傳熱面積等，最終為機(jī)械設(shè)計(jì)提供條件。6.2.1攪拌槳尺寸及其安裝位置攪拌器為六片平直葉圓盤渦輪式。根據(jù)引中表4-1d:l:b=20:5:4，d/D=0.2?0.5可以選?。喝~輪直徑等于攪拌槽直徑DZ的1/3,即約為d=09m，葉輪的葉片寬度b=5d=0.18，葉輪距槽底的高度為C=L0d=°.9m，槳葉數(shù)6,攪拌轉(zhuǎn)速為3.14x0.9ndn=竺=-±7^=1.68,/s3.14x0.9nd取整：n=1.68r/s6.2.2攪拌槽的附件由于9°°C時(shí)被攪拌液體物料的物性參數(shù)為：比熱容為C,=124.3八mol?K-1,導(dǎo)熱系數(shù)人=0.325W/（m-°C），粘度r=5.1x10-4Pa.s?！竏2np0.92x1.68x1020Re===2.72x106R5.1x10-4因此，應(yīng)該安裝擋板，以消除打旋現(xiàn)象。為了抑制打旋現(xiàn)象的發(fā)生，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)，改善攪拌效果。安裝6塊寬度W為以0?，即W=0.26m的擋板。全擋板條件判斷如下〔71(0.26V2I(0.26V2I五6)x6=0.3786.2.3攪拌功率如前計(jì)算所示：Re=2.72x106由Re=1.8x106從用圖4-8中的曲線6可以查得：^=6.5。則N=gn3d5=6.5x1020x1.683x0.95=18563.25牝19KW6.2.4攪拌軸直徑（1）攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)攪拌軸軸材料一般是經(jīng)過軋制或鍛造經(jīng)切削加工的碳素鋼或合金鋼，對(duì)于直徑較小的軸，可用圓鋼制造，對(duì)于大直徑或階梯直徑變化較大的軸采用鍛坯。本設(shè)計(jì)中軸直徑不是很大，因此選擇圓鋼制造的軸。常用45號(hào)鋼，強(qiáng)度要求不高的可選用Q235-A等普通碳素鋼，對(duì)于高溫或腐蝕條件下工作的軸可選用耐熱鋼或不銹鋼。有防腐或防污染物料等要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)選用耐酸不銹鋼。奧氏體型不銹耐酸鋼（321）有較高的抗晶間腐蝕能力，對(duì)一些有機(jī)酸和無機(jī)酸（尤其是在氧化性介質(zhì)中）具有良好的耐腐蝕性能用于制造耐酸輸送管道，大型鍋爐過熱器、再熱器、蒸汽管道、石油化工的熱交換器等。本設(shè)計(jì)中的物料中有乙酸，因此攪拌軸材料為奧氏體型不銹耐酸鋼1Cr18Ni9Ti。電機(jī)的功率N=19KW，攪拌軸的轉(zhuǎn)速101r/min，取用材料為1Cr18Ni9Ti,[T]=40M「。，剪切彈性模量G=8.1x104MP。，許用單位扭轉(zhuǎn)角h]=1。/m。外力矩M=9.55x106N，抗扭截面模量為Wp=0.2d3，W>^mx=9.55x106x―19—=44913.4N.mmPItJ101x40攪拌軸為實(shí)心軸，則：W>0.2d3=44913.4N.mmd>60.78mm，取d=70mm。(2)攪拌軸剛度的校核0=MmaxX塑X103由maxGJ丸得：0=9.55x106x19x酸x=0.132。/m101x40n8.1x0.1x704因?yàn)樽畲髥挝慌まD(zhuǎn)角0max=0.132/m<[0]=1/m，所以圓軸的剛度足夠?？紤]

o0到攪拌軸與聯(lián)軸器配合，d'=70mm可能需要進(jìn)一步調(diào)整。七、傳動(dòng)裝置帶動(dòng)攪拌軸的傳動(dòng)裝置是由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)動(dòng)軸、釜蓋、凸緣法蘭等部件組合而成。安置在釜蓋上的凸緣法蘭、安裝底蓋支承著機(jī)架和密封箱，傳動(dòng)軸則吊裝在機(jī)架上的軸承箱內(nèi)、穿越密封箱體伸入釜內(nèi)，再利用釜內(nèi)聯(lián)動(dòng)軸與攪拌軸相連。在機(jī)架的頂部連接板上安裝著電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)，減速機(jī)的輸出軸通過帶短節(jié)的聯(lián)動(dòng)軸與傳動(dòng)軸上端的軸頸相連。7.1電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)攪拌器有一定的轉(zhuǎn)速要求，這需電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)裝置通常設(shè)置在反應(yīng)釜的頂部，采用立式布置。電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)將轉(zhuǎn)速減到工藝要求的攪拌轉(zhuǎn)速，在通過聯(lián)動(dòng)器帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)。減速機(jī)下設(shè)機(jī)座，以便安在反應(yīng)釜的封頭尚。由于考慮到傳動(dòng)裝置于軸封裝置安裝時(shí)要求保持一定的同心度以及裝卸檢修的方便，常在封頭上焊一底座，整個(gè)傳動(dòng)裝置連機(jī)座及軸封裝置一起安裝在這底座上。反應(yīng)釜用的電動(dòng)機(jī)絕大部分與減速機(jī)配套使用，只在攪拌轉(zhuǎn)速很高時(shí)，才有電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)攪拌軸，因此，電動(dòng)機(jī)的選用一般與減速機(jī)的選用互相配合考慮。反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置上的點(diǎn)擊選用問題，主要是確定系列、功率、轉(zhuǎn)速以及安裝形式和防爆要求等。電動(dòng)機(jī)的功率是根據(jù)攪拌器所需功率及傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率等確定的，根據(jù)設(shè)備所需的要求，本設(shè)計(jì)選用JO2型電動(dòng)機(jī)。表7-1釜用立式減速機(jī)功率、公稱轉(zhuǎn)速使用范圍序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)減速機(jī)類型類型代號(hào)公稱轉(zhuǎn)速范圍r/min電動(dòng)機(jī)功率范圍kW1—諧波減速機(jī)XB4~160.6?132HG5-745-78擺線針齒行減速機(jī)BLD16~1600.6?303HG5-746-78兩級(jí)齒輪減速機(jī)LC125?2500.6~304HG5-747-78三角皮帶減速機(jī)P320?5000.6?5.5根據(jù)攪拌器的轉(zhuǎn)速和功率，可選擇標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG5-745-78,類型為擺線針齒行減速機(jī)，材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。7.2凸緣法蘭凸緣法蘭焊在釜體封頭上，整個(gè)傳動(dòng)裝置就裝在它的上邊，可兼作釜體維修的檢查孔用。包括有R型、M型、LM型、LR型。本設(shè)計(jì)選用凸緣法蘭標(biāo)記為：HG21564-95法蘭R700-16MnR。7.3安裝底蓋安裝底蓋的作用主要是安裝機(jī)架和密封箱體，在對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)維修時(shí)可臨時(shí)擱置傳動(dòng)軸。安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭相同，形式選取應(yīng)與凸緣法蘭的密封面搭配一致。本設(shè)計(jì)選用的安裝底蓋的形式為RS，材料為16MnR，公稱直徑DN=700mm，查下表所示：可查的公稱直徑DN=700mm時(shí)，外徑為830mm,螺柱中心圓直徑K=780mm.表7-2安裝底蓋尺寸/mm公稱直徑DN200250300400500700900外徑D3403954455656708301045螺柱中心圓直徑K2953504005156207809907.4機(jī)架機(jī)架是用來支承減速機(jī)和傳動(dòng)軸的，軸承箱也歸屬于機(jī)架。機(jī)架有單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架兩種。雙支點(diǎn)機(jī)架適用于攪拌軸載荷較大，對(duì)攪拌密封裝置有較高要求的場(chǎng)合。對(duì)于中等載荷條件，且又可將減速機(jī)出軸的軸承作為另一個(gè)支點(diǎn)、或者在釜體內(nèi)設(shè)置有中間軸承且可作為一個(gè)支點(diǎn)時(shí)，可選用單支點(diǎn)機(jī)架。機(jī)架有A、B型之分，A型機(jī)架高度較矮，至使用于配用不帶內(nèi)軸承的機(jī)械密封，而B型機(jī)架較高，使用填料密封箱和帶內(nèi)置軸承的機(jī)械密封。表7-3機(jī)架選型應(yīng)考慮采用的軸封結(jié)構(gòu)形式機(jī)架形式適用的傳動(dòng)軸密封形式A型（單、雙）不帶軸承的機(jī)械密封（2001、2003、2004、2006、2008）B型（單、雙）填料箱或帶內(nèi)軸承的機(jī)械密封由于反應(yīng)釜傳來的軸向力不大，減速機(jī)輸出軸使用了帶短節(jié)的夾殼聯(lián)軸節(jié)，且反應(yīng)釜使用不帶內(nèi)置軸承的機(jī)械密封，故選用WJ型單支點(diǎn)B型機(jī)架(HG21566-95)。由攪拌軸的直徑d=70mm可知，機(jī)架的公稱直徑DN300。機(jī)架可標(biāo)記為：HG21566-95機(jī)架B300-70O

八、設(shè)備設(shè)計(jì)一覽表項(xiàng)目數(shù)值操作壓力MPa0.5設(shè)計(jì)壓力MPa0.55操作溫度°C100設(shè)計(jì)溫度。C150設(shè)計(jì)體積m312.63實(shí)際體積m315.78公稱直徑mm2600公稱壓力MPa0.6筒體高度mm2030釜體封頭曲面高度mm2x650釜體長(zhǎng)徑比L/Di1.2筒體壁厚mm8釜體封頭壁厚mm8夾套公稱直徑mm2800夾套公稱壓力MPa0.25夾套筒體高度mm1200夾套封頭曲面直徑mm700每個(gè)支座承受重力KN50.3攪拌器葉輪直徑mm0.9攪拌器葉輪寬度mm0.18葉輪距槽底高度mm0.9攪拌器轉(zhuǎn)速r/s1.68攪拌功率KW19請(qǐng)?jiān)诖颂峁Ч芸诜轿粓D的CAD設(shè)備條件圖!九、主要符號(hào)cp比熱容C1鋼板負(fù)偏差R黏度5S屈服極限力導(dǎo)熱系數(shù)5壁厚Fh內(nèi)表面枳U許用應(yīng)力P壓力C2腐蝕裕量PN公稱壓力T溫度DN公稱直徑Di釜體直徑y(tǒng)反應(yīng)速率①焊縫系數(shù)K平衡常數(shù)Dj夾套直徑K反應(yīng)速率常數(shù)Hj夾套筒體高度q0流量門裝料系數(shù)C濃度4直徑t時(shí)間V體積m釜體質(zhì)量n轉(zhuǎn)速Re雷諾數(shù)M物料質(zhì)量d葉寬直徑b葉寬中焊接接頭系數(shù)h1直邊高度h2曲面高度、設(shè)計(jì)心得參考文獻(xiàn)李紹芬.反應(yīng)工程[M].北