年產(chǎn)5000t乙酸乙酯釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)解析

前言反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)是《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》和《反應(yīng)工程》課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜，性，學(xué)習(xí)初次嘗試反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)?；ぴO(shè)計(jì)不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要同學(xué)獨(dú)立自主的解決所遇到的問題、自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計(jì)要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進(jìn)行過程和設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。反應(yīng)工程是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過裸程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。因此，當(dāng)學(xué)生首次完成該課程設(shè)計(jì)后，應(yīng)達(dá)到一下幾個目的：1、 熟練掌握查閱文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當(dāng)缺乏必要的數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實(shí)驗(yàn)測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際查定。2、 在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計(jì)量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。3、 準(zhǔn)確而迅速的進(jìn)行過程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算及選型。4、 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很繁瑣的設(shè)計(jì)工作，而且在設(shè)計(jì)中除了要考慮經(jīng)濟(jì)因素外，環(huán)保也是一項(xiàng)不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計(jì)中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。1設(shè)計(jì)任務(wù)及條件1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及條件乙酸乙酯酯化反應(yīng)的化學(xué)式為：CHCOOH+CHOH=====CHCOOCH+HO

3 25 3 25 2AB R S1、原料中反應(yīng)組分的質(zhì)量比為：A：B：S=1：2：1.35,反應(yīng)液的密度為1020Kg/m3,并假定在反應(yīng)過程中不變。生產(chǎn)時間：連續(xù)生產(chǎn)8000小時/年，間隙生產(chǎn)6000小時/年。反應(yīng)在100C下等溫操作，其反應(yīng)速率方程如下r=k(CC-CC/K)[1]R1ABRS100C時，ki=4.76xi0-4L/(mol?min),平衡常數(shù)K=2.92。乙酸的轉(zhuǎn)化率XA=0.39,反應(yīng)器的填充系數(shù)f=0.8,為此反應(yīng)設(shè)計(jì)一個反應(yīng)器。2工藝設(shè)計(jì)2.1原料的處理量按間歇生產(chǎn)計(jì)算根據(jù)乙酸乙酯的產(chǎn)量可計(jì)算出每小時的乙酸用量為(物料損耗5%)Q=4690X103/(88X6000X0.39X0.95)=23.975kmol/h所以單位時間處理量為Q1Q=(23.975X60X4.35)/1020=6.135m3/h1硫酸用量為總流量的1%Q0=Q1/0.99=6.197m3/h原料液起始濃度CA0=23.975/6.197=3.869mol/L乙醇和水的起始濃度CB0=3.869x60x2/46=10.093mol/L

CS「3.869x60x1.35/18=17.411mol/L將速率方程變成轉(zhuǎn)化率的函數(shù)cA01XA)cB0cA0cA01********XAcS0cA0XAk(abXcX2)c21 AAA0CB0CB0a=q=2.609b=-(1+斜澇;)=-5.15c=1-1/k=0.6575=4.8475反應(yīng)時間t1xAdXAkc0abXcX2

根據(jù)乙酸乙酯的產(chǎn)量可計(jì)算出每小時的乙酸用量為Q=4690x103/(0.95x88x8000x0.39)=17.981kmol/h原料組成A：B:S=1:2:1.35所以單位時間處理量為Q1Q=17.981x60x4.35/1020=4.601m3/h1硫酸用量為總流量的1%，所以Q0二Q1/0.99=4.647m3/h原料液起始濃度Ca0=17.981/4.647二3.868mol/L乙醇和水的起始濃度3.868X60X2Cb0= 46 =10.091mol/L183.868X60X1.3s18Cj 18 =17.406mol/L將速率方程變成轉(zhuǎn)化率的函數(shù)cA01 XA)cB cB0cA0cA0XAcS0cA0XAk(abXcX2)c2a=b=-(1+a=b=-(1+=2.61Cso+K(?m)=-5.15c=1-1/K=0.6575(b24ac%；(5.15)242.610.65754.434反應(yīng)體積Vr1；=4.76x(2.6113.15x0.37-0.6373x0.37-J-x3也『x=5.658x10-3mol/(Lmin)3.=0.339kmol/(m3h)4.778X3.868X0.37m =z0.17m3v=0.339r設(shè)計(jì)方案比較⑴乙醇脫氫法采用銅基催化劑使乙醇脫氫生成粗乙酸乙酯，經(jīng)高低壓蒸餾除去共沸物，得到純度為99.8%以上乙酸乙酯。2CH3CH2OH—CH3COOCH2CH3+H2⑵乙烯加成法在以附載在二氧化硅等載體上的雜多酸金屬鹽或雜多酸為催化劑的存在下，乙烯氣相水合后與氣化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。CH2CH2+CH3COOH CH3COOCH2CH3該反應(yīng)乙酸的單程轉(zhuǎn)化率為66%,以乙烯計(jì)乙酸乙酯的選擇性為94%。Rhone-Poulenc、昭和電工和BP等跨國公司都開發(fā)了該生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)的醋酸酯化法工藝在國外被逐步淘汰，而大規(guī)模生產(chǎn)裝置主要采用乙醛縮合法、乙醇脫氫法和醋酸/乙烯加成法，其中新建裝置多采用醋酸/乙烯加成法。我國醋酸乙酯則主要采用醋酸酯化法進(jìn)行生產(chǎn)。綜上所述：鑒于我國在乙酸乙酯的合成技術(shù)與國際水平相比相對落后，運(yùn)用乙醛縮合法、乙烯加成法、乙醛縮合法等方法合成乙酸乙酯的技術(shù)還不是很成熟，而且本次設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量不是很大，轉(zhuǎn)化率只有37%，要求不是很高。所以，選用酯化法合成工藝即可滿足設(shè)計(jì)要求，也符合我國國情。(3)乙醛縮合法在催化劑乙醇鋁的存在下，兩個分子的乙醛自動氧化和縮合，重排形成一分子的乙酸乙酯。2CH3CHO—CH3COOCH2CH3該方法20世紀(jì)70年代在歐美、日本等地已形成了大規(guī)模的生產(chǎn)裝置，在生產(chǎn)本和環(huán)境保護(hù)等方面都有著明顯的優(yōu)勢。通過間歇式和連續(xù)式的對比，間歇生產(chǎn)的反應(yīng)體積18.81m3，連續(xù)的反應(yīng)體積為20.17m3還有處理量也不是很大，生產(chǎn)量也不是很大所以選間歇式比較合算，并以此設(shè)計(jì)

工藝流程及設(shè)備。物料衡算根據(jù)乙酸的每小時進(jìn)料量為23.975kmol/h,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：物質(zhì)口進(jìn)料kmol/h^出料kmolih^乙酸一23.9014.625^乙醇口47.兆算29.250^乙酸乙酯『39.350水232.38林41.686^3.3能量衡算3.3.1熱量衡算總式Q]Q2Q3Q4式中：。]進(jìn)入反應(yīng)器無聊的能量，KJQ2:化學(xué)反應(yīng)熱，KJ

Q: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3為負(fù)，KJQ4：離開反應(yīng)器物料的熱量，KJ3.3.2每摩爾各種物值在不同條件下的％值對于氣象物質(zhì)，它的氣相熱容與溫度的函數(shù)由下面這個公式計(jì)算:cABTCT2DT3⑵各種液相物質(zhì)的熱容參數(shù)如下表⑶:液相物質(zhì)的熱容參數(shù)物質(zhì)BX102/KCX104/K2DX106/K3乙醇59.34236.358-12.1641.8030乙酸-18.944物質(zhì)BX102/KCX104/K2DX106/K3乙醇59.34236.358-12.1641.8030乙酸-18.944109.71-28.9212.9275乙酸乙酯155.942.3697-1.99760.459292.053-3.9953-2.11030.5346992.053-3.9953-2.11030.53469由于乙醇和乙酸乙酯的沸點(diǎn)為778.3C和77.1C，所以:乙醇的cpm值c偵5危 ABTCT2DT3=59.342+36.358x102x351.5-12.164x104X351.52+1.8030x106x351.53二59.342+127.798-150.289+78.302=115.153JmolK1乙酸乙酯的七」直c^ABTCT2DT3二155.94+2.3697X102x350.2-1.9976X104x350.22+0.4592X106x350.23二155.94+8.297-24.499+19.713=159.451JmolK1水的cpm值"弘頃ABTCT2DT3=92.053-3.9953x102x373-2.1103x104x3732+0.53469x106x3733=92.053-14.902-29.360+27.748=75.539JmolK1(3)乙酸的cp」直c],3況 ABTCT2DT3=-18.944+109.71x102x373-28.921x104x3732+2.9275x106x373365.9855.087521.09380=139.8223JmolK13.3.3各種氣象物質(zhì)的參數(shù)如下表氣相物質(zhì)的熱容參數(shù)⑷物質(zhì)ABx103Cx103Dx103乙醇4.3960.6285.546-7.024乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.736⑴乙醇的cP,m值Cg,373kABTCT2DT3ET4R=4.396+0.628x103x351.5+5.546x105x351.52-7.024x108x351.53+2.685x1011x351.54二(4.396+0.234+7.716-3.645+0.520)8.314=76.663JmolK1

乙酸乙酯的cpm值Cp。mg，373kABTCT2DT3Cp。m二(10.228-5.576+18.133-8.166+1.161)8.314=131.195JmolK13.3.4每摩爾物質(zhì)在100C下的焓值每摩爾水的焓值rmH20Cp,mH?O,l,373(373dTvapHrmH20Cp,mH?O,l,373(373dTvapHm75.53910337329840.68829846.353CJmol(3)(3)每摩爾的乙醇的焓值rmCH3CH2OHcp,mCH3CH2OH,l,351.5C115.153103351.52986.16138.7441.648351.5dT298vapHmrmCH3CH2OHcp,mCH3CH2OH,l,351.5C115.153103351.52986.16138.7441.648351.5dT298vapHm38.74476.66310cp,mCH3733CH2OH,l,373C351.5373dT351.546.555Jmol每摩爾乙酸的焓值46.555Jmol每摩爾乙酸的焓值rmCH3COOH p,mCH3COOH373dT139.8223rmCH3COOH p,mCH3COOH373dT139.8223,l,373C29810337329810.487KJmol110.487KJmol1每摩爾乙酸乙酯的焓值rmCH3COOOCH2rmCH3COOOCH2CH3p,mCH3COOOCH2CH3,l,350.2C298350.2dTvapHm373dTcp,mCH3COOOCH2CH3,l,373C350.2159.451103350.229830.539131.195103159.451103350.229830.539131.195103373350.28.32330.5392.99141.85KJmol13.3.5總能量衡算（1）Q］的計(jì)算"1 "ch3COOHmCH3COOHnH20rmH2OnCH3CH2OHrmCH3CH2OHnCHECOOC13.15210310.48759.18410346.35334.31010346.555010343.5948137925.02743355159730204478582KJ/h（2）Q2的計(jì)算CH3COOH C?HOH41.85KJmol13.3.5總能量衡算（1）Q］的計(jì)算"1 "ch3COOHmCH3COOHnH20rmH2OnCH3CH2OHrmCH3CH2OHnCHECOOC13.15210310.48759.18410346.35334.31010346.555010343.5948137925.02743355159730204478582KJ/h（2）Q2的計(jì)算CH3COOH C?HOH5CHCOOCHH2O6.313103/mCH3CH200CCH33COOHrHmCH3CH2OH6.313103(46.35341.85310.48746.555)196738.3J/h（3）Q4的計(jì)算"1 “CH3COOHrmCH3COOHmH2OH2OCH3CH2OHmCH3CH2OHmCH3CH2OOCCHrmCH3CH2OOCCH36.83910310.48765.49510346.35327.99710346.5556.31310341.85371.72063035.88971303.400264.21801034675228.6KJ/h因?yàn)椋篞]Q2Q3Q4即：4478582+196738.3+Q「4675228.6求得：Q3=393384.9KJ/hQ3>0，故應(yīng)是外界向系統(tǒng)供熱。

3.3.6換熱設(shè)計(jì)換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)的過熱水蒸氣由130C降到110C，溫差為20C。3.3.7水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為Qmc T1T2cabTcT2[5]29.16Jmol1K114.49103Jmol1K22.022106Jmol1K3T403383QQ_ 393K2c29.1614.491033932.022106393229.165.69460.312334.5423Jmol1K11.92CJKg1K1851291.6=1.92X20=22169.05Kg/h4反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)以確定罐（其中D一在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的高徑比（H/Dj以確定罐（其中D一1、高徑比對攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，PD3i攪拌器直徑，P一攪拌功率)，P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小高徑比只能無謂地消耗一些攪拌功率。因此一般情況下，高徑比應(yīng)選擇大一些。2、高徑比對傳熱的影響：當(dāng)容積一定時，H/Dj越大，越有利于傳熱。高徑比的確定通常才用經(jīng)驗(yàn)值表種類口罐體物料類型1一船攪拌釜4'液一固或'液一液相物料口1^1.3^氣一海相物料1此2!發(fā)酹罐類口氣一液相物料11.7^2.5假定高徑比為H/Di=l?3，先忽略罐底容積V=nDi2H/4=1.3nD;/4=23.513m3解得：D=2846mmi取標(biāo)準(zhǔn)Di=2900mm筒體的高度=4(23.513-3.18)/(3.14x2.92)=3100mm釜體高徑比的復(fù)核H/D=3100/2900=1.07i滿足要求4.1筒體壁厚的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定表3—3反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸汽壓[9]物質(zhì)水乙酸乙醇乙酸乙酯飽和蒸汽壓(MPa)0.1430.080.3160.272該反應(yīng)釜的操作壓力必須滿足乙醇的飽和蒸汽壓所以去操作壓力P=0.4MPa，該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力Pl?pgH=1020X9.807X3.1=0.031MPaPl/Pw1.1=0.031/0.44=7.04%>5%所以液體靜壓不能忽略4.1.2該反應(yīng)器的計(jì)算壓力P=P1.1+Pl=1.1X0.4+0.031MPa=0.471MPa該反應(yīng)釜的操作溫度為100C，設(shè)計(jì)溫度為120C。由此選用16MnR卷制16MnR材料在120C是的許用應(yīng)力[a]t=170MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)。=1.0(雙面對接焊，100%無損探傷)腐蝕裕量C=2mm24.1.3筒體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算厚度S咨—E玖一2時1=0.471x2900/(2x170x1-0.471)=4.0229mm鋼板負(fù)偏差七0.3mm設(shè)計(jì)厚度SdSd=S+C「4.0229+2=6.0229mm名義厚度等于設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差C10.3mm等于6.3229mm鋼制容器的制造取壁厚一一詳見《化工機(jī)械基礎(chǔ)》圓整取標(biāo)準(zhǔn)Sd=8mm4.1.4釜體封頭設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用橢球型封頭計(jì)算壓力P=0.47MPac該反應(yīng)釜的操作溫度為100C，設(shè)計(jì)溫度為120C。由此選用16MnR卷制16MnR材料在120C是的許用應(yīng)力[a]t=170MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)。=1.0（雙面對接焊，100%無損探傷）腐蝕裕量C=2mm2鋼板負(fù)偏差C=0.25mm1用標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭參數(shù)公稱直徑（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）內(nèi)表面積（m2）容積（m32800700508.913.18Is— g一 "二二0.471x2900/(2x170x1-0.5x0.471)=4.02鋼板負(fù)偏差C10.25mm設(shè)計(jì)厚度'??二.:'一"=4.02+2=6.02名義厚度 sn等于sd加上C］向上圓整后至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度按鋼制容器的制造取壁厚 Sn8mm斜壓封頭壁厚的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)外壓的確定封頭的設(shè)計(jì)外壓與筒體相同，即設(shè)計(jì)外壓p=0.1MPa。封頭壁厚的計(jì)算設(shè)封頭的壁厚S=12mm,則：S=S-C=12-2.25=9.75（mm），對于標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭K=0.9,R.KD.=0.9x2800=2520mm,Ri/S=2520/9.75=258.462計(jì)算系數(shù)：A=0.125/（R/S）=0.125/258.462=4.84x10-4ie根據(jù)材料的外壓應(yīng)力B曲線圖，在圖的水平坐標(biāo)上找到A=4.84x10-4點(diǎn)，由該點(diǎn)作豎直線與對應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點(diǎn)再作水平線與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù)B的值為值為：BQ62MPa、E=2.00x105MPa根據(jù)［p］=得［P］=62/258.426=0.23mmR./S因?yàn)閜=0.1MPa<[p]=0.23MPa，所以假設(shè)S=12mm偏大，考慮到與筒體的焊接，取封頭的壁厚與筒體一致，故取Sn=12mm。（反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)夾套DN、PN的確定夾套的DN 由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：D=D+200=2900+200=3100mm4.1.7夾套的PN由設(shè)備設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取PN=0.25MPa，由于壓力不高所以夾套的材料選用Q235—B卷制Q235-B材料在120C是的許用應(yīng)力[a]t=113MPa焊縫系數(shù)的確定取焊縫系數(shù)。=1.0（雙面對接焊，100%無損探傷）腐蝕裕量C=2mm2陜套筒體的壁厚￡_W計(jì)算厚度 =0.25x3100/（2x113x1-0.25）=3.43mm鋼板負(fù)偏差C10.25mmSd=S+ -- -=3.43+0.25=3.68mm名義厚度Sn等于Sd加上C向上圓整后至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度按鋼制容中DN=3100mm的壁厚最小不得小于8mm所以取S8mm夾套筒體的高度%=史二-Df- =4x(0?8x23?513-3?18)/(3?14x2?9x2?9)=2?367m4.1.9封頭的厚度夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，內(nèi)徑與筒體(D.3000mm)相同。夾套的上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角 45。計(jì)算厚度 *一'- =0.25x3100/(2x113x1-0.5x0.25)=3.43鋼板負(fù)偏差C]0,25mm設(shè)計(jì)厚度'一r：=3?43+2=5?43mm名義厚度sn等于sd加上C向上圓整后至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度按鋼制容中DN=3100mm的壁厚最小不的小于8mm所以取S 8mm帶折邊錐形封頭的壁厚考慮到風(fēng)頭的大端與夾套筒體對焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體壁厚一致，即Sn8mm5傳熱面積校核由于反應(yīng)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)的不短進(jìn)行，且會引起反應(yīng)釜內(nèi)的溫度升高。為防止反應(yīng)釜內(nèi)溫度過高，在反應(yīng)釜的上方設(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。如果反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行的是吸熱反應(yīng)，則需進(jìn)行傳熱面積的校核。6.1反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)釜體的水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)壓力的確定由反應(yīng)釜設(shè)計(jì)條件單可知，反應(yīng)釜材料為16MnR在120C是的許用應(yīng)力[a]t=[a]=170MPa液壓試驗(yàn)的壓力：Pt1.25P——1.250.4410.55MPa液壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核寧狗-方=0.55x(2900+0.97)/(2x0.97)=82.24MPa16MnR的屈服極限s345MPa0.9s0.93451310.5MPa%=82.24MPa<0.9氣中=310.5MPa 由故液壓強(qiáng)度足夠。6.1.2壓力表的量程、水溫及水中ci濃度的要求壓力表的最大量程：P表=2pT=2x0.55=1.1MPa，或1.5%P表4、即0.825MPaP表2.2MPa水溫〉15C,水中Cl濃度<25mg/L6.1.3水壓試驗(yàn)的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.55MPa，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.44MPa，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。6.2釜體的氣壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)壓力的確定_[￡]_氣壓試驗(yàn)的壓力：PT=1.1面=1.1燈44*0=0.484MPa氣壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核6_%(玖+險"'一 =0.484x(2900+9.7)/(2x9.7)=72MIfe16MnR的屈服極限s345MPa0.8氣O=0.8x345x1.0=276MPa%=72.6MPa<0.8氣中=276MPa 故氣壓強(qiáng)度足夠、7.攪拌器的選型攪拌設(shè)備規(guī)模、操作條件及液體性質(zhì)覆蓋面非常廣泛，選型時考慮的因素很多，但主要考慮的因素是介質(zhì)的黏度、攪拌過程的目的和攪拌器能造成的流動形態(tài)。同一攪拌操作可以用多種不同構(gòu)型的攪拌設(shè)備來完成，但不同的實(shí)施方案所需的設(shè)備投資和功率消耗是不同的，甚至?xí)沙杀兜牟顒e。為了經(jīng)濟(jì)高效地達(dá)到攪拌的目的，必須對攪拌設(shè)備作合理的選擇。根據(jù)介質(zhì)黏度由小到大，各種攪拌器的選用順序是推進(jìn)式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式。根據(jù)攪拌目的選擇攪拌器的類型:均相液體的混合宜選推進(jìn)式，器循環(huán)量大、耗能低。制乳濁液、懸浮液或固體溶解宜選渦輪式，其循環(huán)量大和剪切強(qiáng)。氣體吸收用圓盤渦輪式最適宜，其流量大、剪切強(qiáng)、氣體平穩(wěn)分散。對結(jié)晶過程，小晶粒選渦輪式，大晶粒選槳葉式為宜。根據(jù)以上本反應(yīng)釜選用圓盤式攪拌器。7.1攪拌槳的尺寸及安裝位置葉輪直徑與反應(yīng)釜的直徑比一般為0.2?0.5[12]一般取0.33，所以葉輪的直徑x一'?=0.33x2900=957，取d1000mm;

葉輪據(jù)槽底的安裝高度H11.011.010001000mm;葉輪的葉片寬度W0.田0.21000200mm，取W 200mm;葉輪的葉長度l0.2510.251000225mm，取l250mm;液體的深度和；HL=1.0D「2800mm擋板的數(shù)目為4,垂直安裝在槽壁上并從槽壁地延伸液面上，擋板寬度Wb0.D0.12800280mm槳葉數(shù)為6,根據(jù)放大規(guī)則，葉端速度設(shè)為4.3m/s,則攪拌轉(zhuǎn)速為：n宜 1.52T/S，取n1.5r/sd3.141.07.2攪拌功率的計(jì)算采用永田進(jìn)治公式進(jìn)行計(jì)算:2.157104Pa/sR止L/1.510207.09106300e 2.157104F*1.51.00.229:13]rg9.81由于％數(shù)值很大，處于湍流區(qū)，因此，應(yīng)該安裝擋板，一小車打旋現(xiàn)象。功率計(jì)算需要知到臨界雷諾數(shù)R，用R代替R進(jìn)行攪拌功率計(jì)算。R可以查表8上ec ec e ec湍流一層流大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)得出。查表知： 6.8所以功率：P n3d56.810201.31.023.4KW，取P24KW7.3攪拌軸的的初步計(jì)算7.3.攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)(1)電機(jī)的功率P=24KW，攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=90r/min，根據(jù)文獻(xiàn)1取用材料為1Cr18Ni9Ti，:]=40MPa，剪切彈性模量g=8.1x104MPa，許用單位扭轉(zhuǎn)角：]=1°/m。

. P一由m9.553106得:n利用截面法得:MTmax一一一24 ,m=9.553106一. P一由m9.553106得:n利用截面法得:MTmax一一一24 ,m=9.553106一2.547106N/mm2547N/m90 - 14, 、m=9.553106一(Nmm)90由max得：W八cmP9.553106 =9.553106n[]249040攪拌軸為實(shí)心軸，則：W0.213=9.553106249040d〉68.29mm=70mm(2)攪拌軸剛度的校核：由'竺103maxGJPJp我剛度校核必須滿足:max，即:9.533106衛(wèi)些103

nG—329.533106衛(wèi)些103

nG—32I 90 65.45nm18.1104—32所以攪拌軸的直徑取d=70mm滿足條件。7.3.魏拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速n=90r/minv200r/min，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。7.4聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)由于選用擺線針齒行星減速機(jī)，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)(D型)。標(biāo)記為：DN40HG21570—95。8.反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)8.1釜體法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：法蘭的設(shè)計(jì)、密封面形式的選型、墊片設(shè)計(jì)、螺栓和螺胃的設(shè)計(jì)。法蘭的設(shè)計(jì)根據(jù)DN=2900mm、PN=0.6MPa，由于筒徑較大很難找到適合的壓力容器法蘭。所以選用。確定法蘭的類型為乙型平焊法蘭。材料：16MnR圖8—1乙型平焊法蘭表8—1法蘭結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺栓DD1D2D3D4d規(guī)格數(shù)量2800286029152876285628539627M2476（以上數(shù)據(jù)來源有點(diǎn)問題）8.2密封面形式的選型根據(jù)PN=0.6MPa<1.6MPa、介質(zhì)溫度120C和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻(xiàn)【6】表16—14可知密封面型式為光滑面。墊片的設(shè)計(jì)由文獻(xiàn)【6】表331頁16-14得墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（GB/T539），文獻(xiàn)【7】表8-5可確定其結(jié)構(gòu)及尺寸，見圖圖8—2墊片的結(jié)構(gòu)8—2墊片的尺寸D°/mmd./mm/mm2850280058.3螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料本設(shè)計(jì)選用六角頭螺栓（C級、GB/T5780-2000）、I型六角螺胃（C級、GB/T41-2000）平墊圈（100HV、GB/T95-2002）螺栓長度L的計(jì)算：螺栓的長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（S）、螺胃的厚度（H）、墊圈厚度（h）、螺栓伸出長度0.3~0.5d確定。其中=96mm、S=5mm、H=30mm、h=3mm、螺栓伸出長度取0.4d=0.4x27mm螺栓的長度L為：L2SH2h0.4d=2x96+5+30+6+10.8=237.8mm取L=240mm螺栓標(biāo)記：GB/T5780-2000 M24

8.4接管及其法蘭選擇水蒸氣進(jìn)口管：108>4,L=200mm,10號鋼法蘭：PN0.6DN100HG20592-97冷卻水出口管：57沼.5L=150mm，無縫鋼管法蘭：PN0.6DN50HG20592-97乙酸進(jìn)料管乙酸每小時體積流量為q=23.975：60習(xí)020=1.41m3/h，但所有原料液需在1/2h進(jìn)完，則進(jìn)料的體積流量為:qo'1.41、2=2.82m3/h設(shè)進(jìn)料的速率為u=1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為dldl章「二：.二26.32mm。圓整之后取27mm。因此采用宓2>2.5mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)L=150mm長度。配用突面板式平焊管法蘭：N0.25DN32HG20952-97乙醇進(jìn)料管乙醇每小時體積流量為q=34.31、641020=1.547m3/h，但所有原料液需在1/2h進(jìn)完，則進(jìn)料的體積流量為:qoM1.547、2'3.09”3^設(shè)進(jìn)料的速率為u=1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為dLL^dLL^=26.99mm。圓整之后取27mm。因此采用宓2、L5mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)L=160mm長度。配用突面板式平焊管法蘭：PN0.25DN40HG20952-97水進(jìn)料管

水每小時體積流量為q=33.366火8習(xí)020=0.589m3/h但所有原料液需在i/2h進(jìn)完，則進(jìn)料的體積流量為:qoM0.589'2。.178^^設(shè)進(jìn)料的速率為u=1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為d=*.」d=*.」「二L16"扁圓整之后取17mm。因此采用祝0x1.5mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)L=120mm長度。配用突面板式平焊管法蘭：PN0.25DN20HG20952-97硫酸進(jìn)料管硫酸每小時體積流量為q=6.367X%=0.06367m3/h但所有原料液需在1/2h進(jìn)完，則進(jìn)料的體積流量為:q0=0.06367x2=0.012734m3/h設(shè)進(jìn)料的速率為u=1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為氣"二二二2氣"二二二2.扁。圓整之后取6mm。因此采用＜p10X2mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)L=120mm長度。配用突面板式平焊管法蘭：PN0.25DN10HG20952-97總物料進(jìn)口總物料每小時體積流量為q=6.197m3/h但所有原料液需在1/2h進(jìn)完，則進(jìn)料的體積流量為:q0=6.197X2=12.394m3/h設(shè)進(jìn)料的速率為u=1.5m/s，則進(jìn)口管料的直徑為d\d\流「二頊54.9扁圓整之后取55mm。因此采用確5X5mm無縫鋼管，管的一端切成45°，伸入罐內(nèi)L=200mm長度。配用突面板式平焊管法蘭：PN0.25DN65HG20952-97

溫度計(jì)接管：45/5L=100mm，無縫鋼管法蘭：PN0.25DN40HG20592-97不凝氣體排出管：32沼.5L=100mm，無縫鋼管法蘭：PN0.6DN25HG20592-978.5人孔設(shè)計(jì)及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算由于釜體的內(nèi)徑Di=2900〉900，因此需要在釜體的封頭上設(shè)置入孔，以便于安裝、維修、檢查釜體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)選用PN0.6、DN450不銹鋼A型回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖4-5所示。由文獻(xiàn)【4】表3-4-1查得其尺寸見表、材料見表。圖8—3A型回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔結(jié)構(gòu)1久孔接管；2-螺母；3-螺栓；4-法蘭；5■墊片；6琴柄；7蘢蘭蓋；8■銷軸；9■開口銷；10■墊圈；11、12、13、14■軸耳表8—4回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭進(jìn)料口的尺寸公稱壓力(MPa)密封面形式公稱直徑DNdw浴DD1AB螺，栓規(guī)格數(shù)量0.6突面450480x6590550325150M20X7516LH1H2bb1b2d重量(kg)20022010228/3022262088.9補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算釜體上封頭開入孔后被削弱的金屬面積A為:

AdS2SS(1㈤式中：dd.2C=480-12+2x(1+6x12.5%)=472mmS= 二(0.417x2900)/(2x170-0.5x0.417)=3.55924)[cr]-0.5Pcf—1

r[]t1AdS2SS^(1fb=472X3.559+0=1680mm2有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的金屬面積的計(jì)算8.2.封頭起補(bǔ)強(qiáng)作用金屬面積A的計(jì)算1ABdSS2SSS1f

1 eo eteo r式中：B=2d=2x472=944mm,B=d+2S"2S「477+2x12+2x6=513mm取兩者中較大值，故B944mmSSC=12-2.25=9.75?StSC=6-1-6x2.5%=4.25mmr=1A1=(944-472)9c75=4602mm2接管起補(bǔ)強(qiáng)作用金屬面積A2的計(jì)算S)f2h(SC)ftr2et2r取其中的較小值%53.22mmAS)f2h(SC)ftr2et2r取其中的較小值%53.22mm｛七J472653.22mm''中：h220mm2St= ——==(0.417x(480-12)/(2x170-0.417=0.649h2=。，C2L°A2253.22(4.250.56)0=392.8mm2焊縫起補(bǔ)強(qiáng)作用金屬面積a3的計(jì)算A2K2262=18mm2判斷是否需要補(bǔ)強(qiáng)的依據(jù)有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的金屬面積為:A1 A2 A3=4602+392.8+18=5012.8nm2被削弱的金屬面積為：A=684mm2因?yàn)锳=1711mm2<%A2A3=5012.8mm2,所以不需要補(bǔ)強(qiáng)。8.6視鏡的選型視鏡的選型由于釜內(nèi)介質(zhì)壓力較低(pw=0.3MPa)本設(shè)計(jì)選用兩個DN=150mm的不帶頸視鏡。該類視鏡具有結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，窺視范圍大等優(yōu)點(diǎn)，視鏡的結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)見圖-6。圖8—5視鏡的結(jié)構(gòu)型式視鏡的規(guī)定標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)圖號、視鏡的尺寸查文獻(xiàn)【8】可確定視鏡的規(guī)定標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)圖號文獻(xiàn)【8】表3-5-2確定其尺寸，尺寸見表8—5,視鏡在封頭上對稱布置。標(biāo)記：視鏡IIPN0.6,DN150標(biāo)準(zhǔn)圖號：HGJ501-86-14。表8—5視鏡的尺寸壓力PN(MPa)公稱直徑DN(mm)視鏡座凸"、矜(mtn)視鏡座外徑(mtn)法蘭內(nèi)徑(mtn)密封而尺寸(mm)會稱直筐(mm)法■■內(nèi)徑(mm)密封而尺寸(mm)金稱直徑(mm)0.650130175114^.5176125127187312580160r203170.52U4150154217.5150100頌259221.5260200271.5200125225312276.53B250255325.4250150250-312F276.53B250255325.42502U0315363364300303.5382.63009支座選型夾套反應(yīng)釜采用立式安裝，采用耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座(JB/T4725-92)分為A型和B型兩種，此設(shè)備需要保溫110C時選用B型。支座數(shù)設(shè)計(jì)為4個。車間布置的基本原則車間布置設(shè)計(jì)的原則有以下幾點(diǎn)：最大限度地滿足工藝生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求；有效地利用車間建筑面積包括空間)和土地；要為車間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、先進(jìn)合理以及節(jié)能等要求創(chuàng)造條件；考慮其他專業(yè)對本車間布置的要求；要考慮車間的發(fā)展和廠房的擴(kuò)建；車間中所采取的勞動保護(hù)、防腐防火、防毒、防爆及安全衛(wèi)生等措施是否符合要求；本車間與其他車間在總平面圖上的位置合理，力求使它們之間輸送管路最短，聯(lián)系最方便；考慮建廠地區(qū)的氣象、地質(zhì)等條件；人流、物流不能交錯。車間布置的要求車間布置涉及面較廣，但大致可以歸納為以下幾個方面：廠房建筑廠房面積力求簡單化，以利用建筑定型化和施工機(jī)械化。常用形式有直線型、長方形、T型和L型。柱間距多用6宏，一般不超過12m。總跨度：多層一般＜24m單層V30n。常用廠房總跨度有6m、12m、18m、24m、30m,一般有機(jī)化工車間總跨度為2一3個柱網(wǎng)跨度。層高與設(shè)備的高低、安裝位置有關(guān)，一般每層4m—6m,最低不低于3.2m,凈空高度不得低于2.6m以上方面盡量符合建筑模數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)化)的要求。在可能情況下盡量采用露天化和敞開式設(shè)計(jì)，這樣既能節(jié)省投資，又有利于通風(fēng)采光、防爆、放毒等安全需要。在不影響流程情況下，較高設(shè)備集中布置，可簡化廠房立體化布置，又省投資。對于笨重設(shè)備和震動設(shè)備盡量布置底樓的地面。同類設(shè)備可盡量集中。設(shè)備穿孔必須避開主梁。廠房出入口、交通道、樓梯等都需精心安排。一般廠房大門寬度要比通過的設(shè)備寬度大0.2m以上，滿載的運(yùn)輸設(shè)備大0.6m—1.0m，單門寬一般900mm，雙門寬有1200mm、1500mm、1800mm，樓梯的坡度45—60，主樓梯45的較多。生產(chǎn)操作設(shè)備布置盡量和工藝流程一致，避免交叉往返送料，盡量采用位差送料，一般從高層到低層設(shè)備布置槽…反應(yīng)設(shè)備f貯槽、重型設(shè)備和震動設(shè)備。設(shè)備間的垂直距離，要保證物料能順利進(jìn)出。相互有聯(lián)系的設(shè)備盡量靠近，但要考慮操作、行人通道、送料及半成品堆放等空地。相同、相似設(shè)備盡可能對稱、集中，以利操作管理及水、電、氣等供應(yīng)。主要符號一覽表V——反應(yīng)釜的體積 Sd——筒壁的設(shè)計(jì)厚度Sn——筒壁的名義厚度H. 反應(yīng)器夾套筒體的高度Pt 水壓試驗(yàn)壓力D.——夾套的內(nèi)徑Q——乙酸的用量Qo——單位時間的處理量t 反應(yīng)時間CA0