乙酸乙酯反应器设计.docx
青海大学化工过程设备段计II»设计说明书设计题目：年产2.76×103t乙或乙反应善设计班级：2013级化工2班姓名：尊天贵学号：1320103130乙酸乙幅，乂称醋酸乙脂，分子式C'HgO?。它是一种无色透亮易挥发的可燃性液体，呈刷烈凉爽菠萝香气和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙静、氯仿、乙醍、甘油、丙二醉和大多数非挥发性油等有机溶剂中，稍溶于水，25'C时，ImI乙酸乙酯可溶于IOm1.水中，而且在碱性溶液中易分解成乙酸和乙醉，水能使其缓慢分解而呈酸性。乙酸乙楮与水和乙醇都能形成二元共沸混合物，与水形成的共沸物沸点为70.4=C,其中含水地为6.1%（质量分数）。与乙爵形成的共涕物沸点为71.8C。还与7.8%的水和9.0%的乙爵形成三元共沸物，其沸点为70.2Co乙酸乙酯应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已经被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、奴化椽胶、乙能纤维树脂、合成橡胶等的生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂，在食品工业中用作特别改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最丽要的香味添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙所也可用作黏合剂的溶剂，油漆的稀稀剂以与作为制造药物、染料等的原料。H前，国内外市场需求不断增加。在人类不断注意环保的今日，在涂料油墨生产中采纳高档溶剂是大势所趋。作为高档溶剂，乙酸乙能在国内外的应用在持续稳定的增K,在建筑、汽车等行业的快速发展，也会带动对乙酸乙Sf类溶剂的需求。工业生产技术目前全球乙酸乙酯工业生产方法主要有酰酸精化法、乙醛缩合法、乙解脱氧法和乙烯加成法等。传统的醋酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰，而大规模生产装置主要采纳后三种方法，其中新建装置多采纳乙烯加成法。本设计采纳醋酸酯化法。酷酸楮化法在硫酸催化剂作用卜°,偌酸和乙醉干脆酯化生成乙酸乙酯。该工艺方法技术成熟，投资少，操作简洁，但缺点是生产成本高、硫酸对设备腐蚀性强、副反应多、产品处理困难、环境污染严竣。目前我国大多数企业仍采纳醋酸瓶化法生产乙酸乙酯，书目-工艺设计11.1原料液的处理量1.1.2原料液的起始浓度1.1.3反应时间与反应体积1二、物料衡算-2三、热量衡算3.3.1标准反应热3.3.2热量衡算33.3换热计算5四、 反应釜釜体设计54.1 反应器的直径与高度54.2 筒体的壁厚74.3 反应釜封头原度8五、 反应釜夹套设5.1 夹套DNPN的确定85.2 夹套筒体的壁厚95.3 夹套筒体的高度io5.4 夹套的封.05.5 换热面积校核10六、反应釜釜体与夹套压力试验105.6 釜体的水压试验115.7 夹套的液压试验11七、搅拌5.8 搅拌桨的尺寸与安装位置135.9 搅拌功率的计算145.10 搅拌轴直径设计15八、反应釜附件的选型与尺寸设计175.11 原料液进料管175.12 人孔与手孔175.13 支座175.14 传动装置175.15 机架18九、设计结果一览十、设计心得-20参考文献-21一、工艺设计1原料液的处理一依据乙酸乙质的产量可计算出每小时乙酸用量为2.76×IO3XIO3q8×7200×0.386=I285km0h由于原料液的组分质量比为】：2:1.35所以单位时间处理量为11.285×60×4.35Qo=7Z=2.888m7h1.2 原科液的起始浓度11.285Cao=Vqqq-=3.908mo1.1.Z.ooo彳丁质量比可得乙醉和水的起始浓度3.908×60×2Cbo=-=10.195mo1.1.463.908×60×1.35Cso=17.586mo1.1.1.3 反应时间与反应体枳将速率方程转换成转化率的函数CA=CAo(I-XA)CR=CBO-CAoXACR=CAOXACS=CSo+CaoXaRa=R1(a+bXA+cXA2)CAo2=k1.X2-(1+CAOCBO由匕式可得a=2.609CAOb=-(1.+怒+77)="5.15CBo5。人K-I=0.658K所以：A=b2-4ac=4.4341.Xd×A则：t=,CI-777=143.8mink)CAoka+bXA+cXA22.888×(143.8+50).所以：VR=Qo(t+to)=-=9.328m3V9328实际体积Vt=-7=15.547m3(对于沸腾或鼓泡的液体物料，f1U.O可取040.6化学反应工程)二、物料衡算乙酸每小时进料量为11.285kmo1.h,依据乙酸的转化率和反应物的初始质量比计算出各物料的进料和出料量C进料：11.285×60×2乙醉：Qo=T7=29.439kmo1.h4b乙酸乙酯：Qo=0kmo1.h11.285×60×1.35水：Qo=77=50.783kmo1.h1o出料：×0.386=6.929kmo1.h×0.386=25.083kmo1.h乙酸乙酯：Q=I1.285×0.386=4.356kmo1.h水:Q=50.783+11.285X0.386=55.139kmo1.h列表如下：物料进料kmo1./h出料kmo1./h乙酸11.2856.929乙醉29.43925.083乙酸乙幅04.356水50.78355.139三、热新算3.1 粽油反应需以第基准为计算基准反应方程式：CHCOOH+C2H5OHCHCOOC2H5+H2OnHr0CCAH=F-+Z输出nH-输入nH各物质的AHp与AHV（蒸发熔卜查得如下：（由化1：工艺设计手册第四版上册杳得）乙酸：AHf°=-487.0KJmo1.乙群：Hf0-277.6KJmo1.Hv=39.33KJmo1.乙酸乙幅：H10=-463.3KJmo1.Hv=32.24KJmo1.水：Hf0=-285.9KJmo1.Hv=40.63KJmo1.乩。=Z输出侬Hfo-Z输入侬Hf=-(463.3+285.9)+(487.0+277.6)=15.4KJmo1.3.2 兼衡算从化工工艺设计手册第四版上册查出各组分在各温度段的CP值,经拟合呈线性关系，所以可用内插法求得各物质在反应温度段下的平均CP值。拟合结果如卜>乙酸：y=0.1015X+131.25k2=0.9961C1.=137.803J/(mo1.k)乙醉：y液=04845X+989k2=0.9942得CPjft=I24.678J(mo1.k)y,=0.1558X+61.593k2=0.9998得Cp,<=75.390J(mo1.k)乙酸乙酯：yirt=0.225X+164.8k2=0.9681得CPjft=I77.038J(mo1.k)yz<=0.272X+104.12k2=0.9995得Cpy=128.028J(mo1.k)水：y=0.0002X2-0.0136X+75.453k2=0.9968得Cp=75.672J(mo1.k)因为进料温度为25C,所以Z输入njHi=O,将上述CP值带入计算各蛆分输出箱值。乙酸:H1=n''Cp液dt=7.161X104KJh乙醇：AH2=nJcp液dt+AHv+J：CPYdH=1.1.94x10'>KJh乙酸乙AH3=nU：Cp液dt+Hv+J；'cp弋dt=】.934X105J/h水：H4=n("'C>dt+Hv)=2.553×106KJh，输出niHi=4.012x1.(T1KJhH,ti=4.356×15.4×103+4.012×106-0=4.079×100KJhH,tt>O,所以外界应向系统供应能毡。换热采纳夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130°C降到110C。温差为2(C,忽视热损失，则计算水蒸气的用量如下：水蒸气的比热容Cpo:Cp0=a+(b×10-2)T+(c×10-5)T2+(d×109)T3其中a=7.7,b=0.0459,c=0.252,d=-0.859(由化工计算查得)T+T1三i3or,T2-Iioc,T-1.2=120cc计算得Cpo=7.7+0180+0.389-0.052=8.217ca1.(mo1.k)由QNmOCPO(TI-T2)得Q4.079×106×18m°=cp0(T1-T2)=8.217X4.184X20=1068x10k三h四、反应签箜体设计4.1反应器的直径和育度在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体相宜的高径比(H/DJ以确定罐体的直径和高度。选择罐体高径比主要考虑以下两方面因素：1、高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的状况下，PaD3,其中搅拌功率P随釜体直径D1.的增大，而增加许多，减小高径比只能无畏的消耗一些搅拌功率。因此一般状况下，高径比应选择大一些。2、高径比对传热的影响：当容积肯定时，H/Di越大，越有利于传热C高径比的确定通常采纳阅历值种类罐体物料类型HD1一般搅拌釜液一固或液一液相物料1-1.3气一液相物料12发酵罐类气一液相物料1.72.5H假设高径比N=1.3先忽视罐底容积V产;D.2HD1315.547=Dt3X1.3D1.=2.48m取标准D.=2.5m=2500mm标准椭球形封头设计参数由化工制图查得公称直径mm总深度mm直边庙度mm内表面积m"容积m,2500665407.0892.242筒体的高度(V-V)4H=2.711.m=2710mm釜体而径比的复核HH+h2710+40=11D1D12500所以，该设计满意要求。4.2 筒体基算的设计4.2.1 设计参数的确定I1.OC下反应器内各物质的饱和蒸气压化工热力学物质水乙酸乙醇乙酸乙能饱和蒸气压MPa0.1430.080.3160.272该反应釜的操作压力必需满意乙醇的饱和蒸气压，所以取操作压力P=0.4MPa,则取设计压力PC=1.IP=O44MPa。反应釜操作温度为100C,设计温度取130C。反应釜体材料选用Q345Ro查化工设备机械基础得该材料在1301时的许用应力,=189MPa<,焊缝系数取=1.0（双面对接焊，100%无损探伤），腐蚀裕成C2=2mm0（取自化工设备机械罂础）筒体的壁厚计算厚度PcD1.0.44×25006"2时-Pc=
