釜式反应器设计说明书
一概述醋酸乙酯生产工艺的现状和特点
醋酸乙酯分子式C
4H
8
O
2
，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate，
简称EA。醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。
EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。
当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。
醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。
受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。“八五”期间，产量年均增长率为%；1995-2000年，年均增长率达到%；2000-2002年，年均增长率高达%。目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为万吨。其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，中英合资BP--扬子江乙酰化
工有限公司8万吨/年醋酸乙酯装置投产，采用BP切换式醋酸乙酯技术生产醋酸乙酯和醋酸丁酯，工艺技术国内领先；2001年，江西南昌赣江溶剂厂将醋酸乙酯年产能力从2万吨扩至8万吨；2003年，江门谦信化工发展有限公司将产能从万吨/年扩至万吨/年。近2-3年内，国内新增醋酸乙酯年产能力达31万吨。
虽然我国醋酸乙酯市场仍有潜力，但由于扩能速度太快，近两年已出现开工率不足的现象。据了解，2002年国内装置平均开工率约77%，预计2003年平均开工率将为66%。目前市场已经饱和，产品价格呈走软趋势，利润已渐微薄。而在建和拟建醋酸乙酯项目尚有20万吨/年产能。如果这些项目到2005年如期投产，我国醋酸乙酯供应将平衡有余。随着国内新增能力陆续投产，近两年我国醋酸乙酯进口量有所下降。2001年进口万吨，2002年进口万吨，2003年上半年进口万吨。
醋酸乙酯制备方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙烯加成法。
用醋酸和乙醇酯化制醋酸乙酯是开发较早，工艺成熟，且为目前主要采用的方法。反应在酸催化剂（如硫酸）存在下进行液相酯化，分为间歇法和连续法。间歇法使用釜式反应器，连续法则用塔式反应器。因酯化是可逆反应，为提高酯的产率，要采用过量的乙醇，使醋酸完全反应。粗醋酸乙酯经中和、蒸馏后，可得纯度98％以上的产品，收率按醋酸计为99％。
近年来，随着我国化学工业的发展和国民经济的迅速增长，醋酸乙酯的发展也较为迅速。
设备介绍——釜式反应器
釜式反应器是化工生产中常用的典型设备之一，其用途是实现化学反应过程。在釜式反应器中物质发生了质的变化，生成新的物质而得到需要的中间产物或最终产品。它可用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程。广泛应用于医药、农药、染料、油漆、橡胶等生产行业。这种设备主要是供液体和液体原料、液体和固体原料以及液体和气体原料之间进行化学反应。
一般来说，釜式反应器在化工生产中具有较大的灵活性、操作弹性大，在相同的设备中能进行多品种的生产，故常用于产量较少，品种较多的产品生产。
在化工生产中，釜式反应器因原料的物态（气体、液体、固体）、反应条件（温度、压力、浓度以及物质是静止的还是流动的）和反应的热效应（吸热反应、放热反应）的不同，则有多种多样的类型及结构，但它们都具有以下几点共同特点：
（1）在釜式反应器内完成化学反应过程，并伴有搅拌、换热、传动装置，从而使原
料在最佳反应条件下进行反应。
（2）高温、高压操作。由于化学反应均需在一定压力、温度下进行，对温度和压力均有一定的要求，所以釜式反应器的操作压力和温度变化范围都很大。
（3）间歇操作。大多数釜式反应器都需进行装料、取样、卸料、清洗等操作。
在化工生产中对产品的质量、种类的要求不断提高，釜式反应器也需不断改进和发展。大容积化可减少批次之间的质量误差，从而提高产品的质量标准；开发新型的搅拌器，以复合型的搅拌器代替老式的单一型搅拌器；向自动化、连续化方向发展，目前用计算机控制生产，提高产品质量、提高效率、改变生产环境，以及消除环境污染已成为时代发展的趋势和目标。
为完成各种各样的化学反应过程，根据需要釜式反应器的材质及结构虽有所不同，但其基本结构却是相同的。主要包括釜体、传动、传热、搅拌装置、工艺接管及密封装置等几个部分。
釜体结构
釜体部分是化工原料反应的空间，是釜式反应器的主要部分。由筒体及上、下封头组成。上、下封头常用的有三种基
本形状：椭圆形、锥形、平板形。
根据化学反应的不同釜体需要适
用于不同的压力情况。而大多数
化学反应都需要一定的压力，椭
圆形封头较其他两种封头更耐
压，所以椭圆形封头在釜式反应
器中应用得最广泛。上封头与筒体联接有两种方法：一种是上封头与筒体直接焊死结成一个整体；另一种形式是考虑拆卸方便用法兰联接以便于维护检修。在上封头开有各种工艺接管孔、人孔、手孔、试镜及支座等部分。釜式反应器的结构见图1-1。
筒体规格与化工工艺要求有关，筒体的高度与筒体直径有一定的比例。这主要是受到搅拌器大小的影响。釜式反应器筒体的直径增加将使搅拌器的直径也随之增大，而搅拌器的功率与搅拌器直径的五次方成正比，因此对于同容积的釜式反应器其直径不宜太大，但对于某些特定的化学反应，如在发酵釜式反应器中则需保持一定的液体高度，从而使通入
的空气能与发酵液体充分接触，故筒体高度又不宜过矮。釜式反应器的H
筒/D
内
值如表1-1
所示，筒体直径及高度见图1-2。
表1-1 釜式反应器的H
筒/D
内
值
釜体一般由钢板焊成，也有用铸铁制造的，或是采用合金钢或复合钢板。为解决生产中的腐蚀问题，常选用各种耐腐蚀材料，例如：搪瓷、玻璃、橡胶等耐腐蚀材料作防腐衬里，而以价格较为低廉的钢材作为外层。对于有一定卫生要求的产品采用全搪或玻璃制作釜体及搅拌、传热装置，这类设备多用于不需较高压力条件的反应，如在医药品、食品添加剂的生产上广泛使用，从而避免铁离子对产品的污染，保护了产品质量。
反应釜大多数是密封的，因为其中的化学反应物料可能是易燃、易爆或有毒，也可能要保持一定的操作温度、压力（或真空）等。有时由于反应过程的允许，它也可设计成敞开的。
换热装置
化学反应过程常伴有放热和吸热反应，而且常常需要先加热促使反应的进行，一旦反应开始往往又需要冷却，并不断调节温度维持反应条件，直到反应完毕后，又需散热。因此釜式反应器常备有加热或冷却装置，以维持最佳的工艺条件，取得最好的反应效果。
对于有热效应的反应，在容器的内部或外部装有加热或冷却装置，例如：电热器，列管、蛇管换热器、夹套等。最常用的是夹套及蛇管换热装置。
釜式反应器的加热或冷却有多种方式：
（1）夹套换热器
（2）蛇管换热器
（3）夹套内加传热挡板
（4）回流冷凝法
（5）料浆循环法
搅拌装置
化学反应过程的种种化学变化，是以参加反应的物质是否充分混合为前提的。搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散、从而达到均匀混合，也可以加速传热和传质过程。
搅拌装置分机械搅拌和气流搅拌两种。绝大多数釜式反应器采用机械搅拌。搅拌器一般有以下几种形式：
（1）浆式搅拌器
浆式搅拌器结构较简单如图1-3所示，其浆叶一般以扁钢制造，铸造浆叶很少用，小型浆叶常将其焊在轮廓上，形成一个整体，然后用键止动螺钉将轮廓连接在搅拌轴上。
浆式搅拌器在釜式反应器的搅拌装置中广泛用在促进传热、可溶性固体的混合与溶解以及需在慢速搅拌的情况下，如搅拌被混合的液体及带有固体颗粒的液体都有较好的效果。在釜体内的料液比较高的情况下，为了将物料搅拌均匀，常装有几层浆叶，相邻二层搅拌叶常交叉成90°安装。
（2）框式及锚式搅拌器
框式搅拌器可视为浆式的变形。框式、锚式与搅拌轴的连接方式也与浆式类似，即浆
图 1-3 桨式搅拌器
叶与搅拌轴连接的一端制成半圆状的轴环，然后两侧浆叶的两个半圆环用螺栓栓在搅拌轴上夹紧，同时用穿轴螺栓固定浆叶与搅拌轴。
（3）涡轮式搅拌器
涡轮式与浆式相比，浆叶数量较多，浆叶种类亦较多，浆的转速高，结构也复杂。浆都是用毂键与止动螺钉连接于搅拌轴上，同时在搅拌轴的底部用拧入轴端的螺栓或轴端螺母挡住轮毂。
（4）推进式搅拌器
推进式搅拌器常为整体铸造，加工方便，搅拌器采用轴套以平键和紧定螺钉与轴连接。推进式搅拌器搅拌时能使物料在釜式反应器内循环流动，剪切作用小，上下翻腾效果好。有的反应需要有更大的液流速度和液体循环时间，应安装导流筒。
（5）其他搅拌器
除前面介绍的几种最常见的搅拌器外，尚有许多结构不同的特殊搅拌器，如螺带式、圆筒式及行星式等。
传动装置
为了使搅拌装置转动，需要有动力和传动装置。电动机和减速机支承在机架上，机架下面是固定在封头上的底座。
轴封结构
由于搅拌轴是转动的，而反应釜的封头是静止的，在搅拌轴伸出封头处必须进行密封，以阻止釜内介质向外泄漏，或阻止空气漏入真空釜内，这种密封称为动密封。反应釜上的动密封通常有填料密封和机械密封两种。
除了上述五部分主要结构外，还有各种接管、人孔、手孔及支座等附件。
设计的意义和目的
设计的意义
醋酸乙酯是一种重要的绿色有机溶剂，广泛应用于做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂。尤其是在现代社会，随着经济、文化的发展和人们生活水平的提高，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，为满足人们对醋酸乙酯的需要量，提高醋酸乙酯生产的生产能力，这主要要从酯化反应器上着手。本设计主要就是针对用于生产醋酸乙酯的酯化反应器的设计，设计酯化器的主体结构及其附件。
设计的目的
1、培养对本学科知识的系统化理解和综合应用能力。
2、培养理论联系实际的设计思路，训练用设备设计的有关理论分析和解决工程实际问题的能力。
3、学习通过制定设计方案，合理选择设备的材料，正确计算设备的尺寸，确保设备的工作能力和承受外压及外界因素的影响的能力。
4、培养使用设计资料的能力，以及使用经验数据进行经验估算和处理数据的能力。
二物料衡算
物料衡算的意义
依据质量守恒定律，将设备或生产过程作为研究系统，对其进出口处进行定量计算，称之为物料衡算。
物料衡算可分为操作型及设计型计算。操作型计算是指对已建立的工厂、车间或单元操作及设备等进行计算，可得到转化率、收率、原材料消耗定额等重要生产指标，以便判断控制日常生产正常化及为改进生产提供优化方向，另一方面可以算出三废生成量，对实行三废治理提供可靠依据。在对原有车间进行扩大生产时，进行物料衡算，可判断生产能力平衡状况，找出薄弱环节加以研究改进。
而设计型计算是指对建立一个新的工厂、车间或单元操作及设备进行物料衡算，这是设计计算的第一步，也是整个设计的基础，在此基础上进行能量横算、设备工艺计算，则可确定设备选型、工艺尺寸、台数以及公用工程所需水、电、汽、冷冻、真空及压缩空气等需要量。
初步的物料衡算
确定生产任务
年产1500吨醋酸乙酯。
取年工作日为320天，则昼夜（24小时）的生产能力为：
1500000/320 = /
kg day
则每小时的生产能力为：
24 = /
kg h
酯化反应器
（1）进入酯化器的物料衡算
CH 3COOH + C 2H 5OH ========= CH 3COOC 2H 5 + H 2O
60 46 88 18 X y z
原料规格：醋酸质量浓度为100%，乙醇质量浓度为95%，浓H 2SO 4质量浓度为93%。 反应前：
a 、100%的醋酸量：h kg x x /2.1323
.1958860=?= b 、100%的乙醇量：
h kg y y /85.973
.1958846=?= 则95%的乙醇量：
h kg /25.103%
9585
.97= 其中水含量：h kg /4.585.9725.103=-
c 、浓H 2SO 4的量：h kg /8.5
其中：H 2SO 4的量有：h kg /4.593.08.5=?
H 2O 量有：h kg /4.007.08.5=?
反应后：
取x A = 64%
a 、醋酸乙酯生产量：h kg /0.12560
88
64.02.132=?
? b 、醋酸剩余量：h kg /95.4736.02.132=? c 、乙醇剩余量：h kg /8.3636.085.97=? d 、反应生产水量：
h kg z z /6.25125
8818=?= 总水量：h kg /0.314.56.25=+
进出酯化器的物料衡算汇总表：
表2－1进出酯化器的物料衡算表
（2）塔I 、塔II 、沉降器和塔III 的物料衡算
因酯化反应在酯化器中的转化率为64%，剩余部分在塔I 中反应完全，生成醋酸乙酯总量为：
h kg /3.195
生成水的量为：
h kg /3.454.588
3
.195*18=+ 浓硫酸H 2SO 4的量为：h kg /8.5 工艺计算：
原料：乙酸乙酯乙醇纯组分的乙酸→+%95
工艺流程图
100%AcOH:132.2kg/h 95%EtOH:103.25kg/h 浓硫酸：5.8kg/h
V:｛A:70% E:20% W:10%}
Z:{E:83%;A :9%;W:8%}
X+y+z
X:三组分{E83%;W8%;A9%} Y:双组分{E94%;W6%}
a 、对系统I 的物料衡算：
z u w 65.246+=+
即：65.246w z u =-+ （2-1）
b 、系统I 的EtOAC 衡算：
z 83.00w 08.065.246507.0?+=?+?
即：3.19583z .008w .0-=- (2-2)
c 、系统I 的EtOH 衡算：
36.80.09z 00.04w 36.8++=+
即：004.009.0=-w z （2-3）
d 、系统II 的总物料衡算：
3.195+++=++++y x w y x y x z
即：3.1952=-++w z y x （2-4）
e 、系统II 的EtOAC 衡算：
w y x z y x 08.094.0)3.195(83.094.083.0+?++=++
即：6.18308.083.011.0-=+-w z x （2-5）
解上列五元一次联立方程式： 由③式，得：w z 44.0= （2-6）
将（2-6）式代入(2-2)式，得：3.19544.083.008.0-=?-w w
∴h kg w /78.684=
将h kg w /78.684=代入（2-6）式，得：h kg z /3.301=
将z 、w 代入（2-1）式，得：78.6843.30165.24665.246+-=+-=w z u h kg /13.630=
将z 、w 代入（2-4）式，得：3.301278.6843.19523.195?-+=-+=+z w y x h kg /48.277= （2-7） 将z 、w 代入（2-5）式，得：6.18378.68408.03.30183.011.0-=?+?-x ∴h kg x /35.106= 将x 代入（2-7）式，得：h kg y /13.171=
又∵v 中含有20%EtoAc ，而h kg EtoAc /3.195=
∴h kg v /5
.9762.03
.195?=
f 、系统III 的总物料衡算： u v R +=+65.246
∴65.246-+=u v R
65.24613.6305.976-+=h kg /98.1359=
g 、系统IIIH 2O 的衡算：%10)6.2544(0.31?+=-++v u R W
即：)6.253.45(0.311.05.97613.630---?+=W R
h kg /18.677=
h 、系统III 的EtoH 衡算：8.36%708.36+?=+v R A
%70?=v R A
%705.976?=
h kg /55.683=
计算结果汇总：
表2－2进出塔I 的物料衡算表
三 酯化反应器的设备设计
搅拌容器的容积计算
在确定搅拌容器的容积时，应考虑物料在容器内充装的比例即装料系数，其值通常可取～。如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取～；如果物料在反应中比较平稳，可取～。
工艺设计给定的容积，对立式搅拌器通常是指筒体和下封头两部分之和；对卧式搅拌器则指筒体和左右两封头之和。根据使用经验，搅拌容器中筒体的高经比可按表1－1选取。
查文献[1]，得：
3
/1049m kg ＝醋酸ρ，
3
/789m kg ＝乙醇ρ，
3
42/1831m kg SO H =浓ρ
由前面物料衡算可知，酯化反应器内总体积流量为：
3210Q Q Q Q ++=1831
8
.578925.10310492.132++=
00316.013624.012697.0++=h m /2664.03=
取反应的操作空时为：h 12≈τ，由文献[2]得公式：0
Q Vr =
τ 则：00
Q Vr Q Vr
?=?=
ττ32.32664.012m ≈?= 取装料系数为： 7.0=f ，则f Vr V =36.47
.02.3m == 反应器总体结构尺寸的确定 选择筒体和封头的形式
选用圆形筒体和标准椭圆形封头。 确定筒体和封头的直径
因反应物料为液-液相物料类型，由表1-1知，H/Di = ,考虑到容器不是很大，取
2.1=i D H
。由式3)(4i i D H V D π=估算D i,，即：3
)
(4i i D H V
D π=32.16.44??=πm 697.1≈ 取mm DN 1700=，标准椭圆形封头与筒体相同内径，封头直边高度及相关尺寸由文献[3]附表查得：
3544.2,734.0,34.3,402,4251321m V m V m F mm h mm h h h =====容积内表面积
筒体高度的确定
由以上计算知，mm DN 1700=，3
6.4m V =，3734.0m V h = ，由下式可计算H:
m D V V H i
h
917.17.14
734
.06.44
2
2
=?-=
-=
π
π
取2000H mm =。 ∴i
2000H 1.2D 1700≈＝ 3.2.4选取夹套直径 由文献[3]查得表3-1：
表3-1夹套直径与筒体直径的关系
按表3-1取10017001001800j i D D mm =+=+=
夹套封头也采用标准椭圆形封头，并与夹套筒体取相同直径。 确定夹套高度
设夹套高度H j 等于料液高度(一般不应低于料液高度)，则：
2
2
3.20.734
1.4951.7
4
4
j i
Vr Vh
H m D π
π
--=
=
=??
圆整后，得：1600j H mm =
传热面积A 的计算
由以上计算及查表得： 3.34,h F m =
21 1.3 3.14 1.7 1.3 6.9394i F D m π=?=??=
∴21 3.34 6.939410.2794h F F F m =+=+=
内筒体及夹套的壁厚计算
材料选择、设计压力及计算压力的确定 （1）选材
分析工艺要求和腐蚀因素，按《钢制压力容器》（GB150-89）规定，内筒体决定选用16MR 热轧正火钢板，在100℃以下的许用应力为：【σ】t
170MPa =，常温屈服限
345s MPa σ=。夹套材料选用Q235-B 热轧钢板, 在100℃以下的许用应力为：【σ】
t
113MPa =,常温屈服限235s MPa σ=。
（2）计算压力及设计压力的确定
计算压力是指在相关设计温度下，用以确定受压元件最危险截面厚度的压力。一般
情况下，计算压力p c 等于设计压力加上液柱静压力。当元件所受的静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。
液柱静压力：22
3.2
9009.81 3.14 1.7
p gh ρ==??
? 0.003113MPa = 夹套为一内压容器，取设计压力等于夹套内最高工作压力，即：0.1p MPa =。 内筒体和底封头既受内压又受外压的作用。按内外压取设计压力0.1p MPa =（考虑操作过程可能出现的最大压力差）。
∴5%0.15%0.005p MPa ?=?=
即：p 2﹤p ?5%
∴c p p 01MPa ==.
由文献[5]知：对于无安全泄放装置的容器，(1.0 1.10)w p p =-。 ∴p = =
夹套筒体和夹套封头壁厚计算： 夹套筒体计算壁厚j δ： []j j j t
j
p D 2-p δσ?=
夹套采用双面焊，局部探伤检查，由文献[4] 查得表3-2，取：0.85?=。
表3-2钢制压力容器的焊接接头系数
则: j 0.94mm 21130.850.106
δ=
=??-
取钢板厚度负偏差
1C 0.6mm
=,腐蚀余量
2C =2mm
,故厚度负偏差12C=C +C =2.6mm ,
根据钢板规定,取夹套筒体名义厚度nj =6mm δ。
夹套封头计算厚度kj δ为：
[]j j
kj t
j
p D 0.1061800
0.1
21130.850.50.106
2-0.5p δσ??==
??-?0.937mm =
取厚度附加量C 2.6mm =，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。 内筒体壁厚计算 （1）按承受内压计算
焊缝系数同夹套，取0.85?=，则内筒计算壁厚为：
[]i t
pD 0.1061700
0.685mm 21700.85-0.106
2p
δσ??=
=
=??-
（2）按承受外压计算
假设内筒体名义厚度n 6mm,δ=取12C 0.8mm,C 2mm ==，则C 2.8mm,=
e n C 6 2.8 3.2mm δδ=-=-=，
内筒体外径：o i n D =D +2=1700+26=1712mm δ?
内筒体计算长度：2111
L=H-250+h +h 170025025425=1616.7mm 33=-++?
则： 1616.7
11712
o L D ==
1712
5353.2
o
e
D δ=
= 由文献[5]图15-4查得，0.0002A =。
由文献[5]图15－5查得, 25B =，则此时的许用外压为：
[]25 3.2
0.0471712
e o B p MPa D δ?=
==﹤0.106MPa 故取内筒体壁厚6n mm δ=不能满足内筒体稳定性要求。
再假设8n mm δ=，则8 2.8 5.2e mm δ=-=，1700281716o D mm =+?=，
1618.5L mm =。则：1618.50.941716
o
L D =
=，17163305.2o e D
δ=
=。 由文献[5]图15-4查得0.00025A =，由文献[5]图15-5查得35B =，此时【p 】为：
[]35 5.2
0.111716
e o B p MPa D δ?=
==﹥0.106MPa 故取内筒体壁厚8n mm δ=可以满足设计要求。
内筒封头壁厚计算
考虑到加工制造的方便，取封头与筒体等厚，即取封头名义厚度8nk mm δ=。按内压计
算（[]20.5i
t
pD p
δσ=
-）肯定是满足要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。
封头有效厚度8 2.8 5.2e mm δ=-=，椭圆形封头的当量球壳内半径
10.917001530i i R K D mm ==?=（标准椭圆形封头10.9K =）。则用式0.125e
i
A R δ=?
计算系
数A ： 5.2
0.1250.1250.000421530
e
i
A R δ=?
=?
= 由文献[5]图15-5得60B =，由式[]e
i
B p R δ=
求[]p ： []60 5.2
0.211530
e i B p MPa R δ?=
==﹥0.106MPa 故封头壁厚取8mm 可以满足稳定性要求。
压力试验及校核 （1）试验压力
容器按强度或刚度要求确定了壁厚，容器制造时钢板经弯卷、焊接、拼装等工序以后，能否承受规定的压力，是否会发生过大的变形，在规定的工作压力下，焊缝等处又会不会发生局部渗漏？因此必须经过压力试验予以校核。
最常用的压力试验是液压试验（其中绝大部分是水压试验）。对于极少数不宜采用液压试验的容器（如容器内不允许有微量残留液体、或由于结构原因不能充满液体的容器）可以改用气压试验，但试验之前必须对容器主要焊缝进行100%无损探伤，并应增加试验场所的安全措施和在有关安全部门的监督下进行。液压试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压10-30分钟，然后降至设计压力至少再保持30分钟，以检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。气压试验时则缓慢升压至规定试验压力的10%，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至规定试验压力的50%，其后按每级为规定试验压力的10%的级差，逐级升至试验压力，保持10-30分钟，然后再降至设计压力，至少保持30分钟，同时进行检查。内压容器的规定试验压力见表3-3。
表3-3内压容器的试验压力
其中【σ】-——试验温度下容器材料许用应力；
【σ】t ——在设计温度下容器材料许用应力。当
[][]
t σσ﹥时，取。
由以上可知，内筒体试验压力取：p 0.10.1060.10.206MPa T P =+=+= 夹套试验压力取：p 0.10.1060.10.206MPa T P =+=+= （2）内压试验校核
由于压力试验时容器承受的压力P T 高于设计压力p ，故在必要时需进行强度校核，要求在P T 的作用下，容器器壁产生的最大薄壁应力不超过器壁材料在试验温度时的s σ（对于水压试验，且应计入该点的液柱静压力）或s σ（对于气压试验），并且要考虑焊缝系数的影响，即：
液压试验强度条件：
()
T i e T s e p D +0.92δσσδ?
=
≤
又∵内筒筒体应力为:
()()
T i e Ti e p D +0.2061700+5.237.15MP 22 5.20.85
δσδ??=
==??
夹套筒体应力为: ()()
T j e j T j e j p D +0.2061800+5.239.33MPa 22 5.20.85
δσδ?
?=
=
=??
而s 0.90.9345310.5MPa σ=?=,故内筒和夹套均满足水压试验时的要求。
（3）外压试验校核
由前计算知，当内筒筒体取8mm 厚时，它的许用外压为[]p 0.21MPa =，大于0.206MPa 的水压试验压力，故满足要求。
支座的选择
化工设备的支座是支承设备重量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件。在某些场合下，支座还可能承受设备操作时的振动、地震载荷、风雪载荷等。支座的结构形式和尺寸往往决定于设备的型式、载荷情况及构造材料。最常用的有：悬挂式支座、支承式支座和鞍式支座。
悬挂式支座又称耳式支座，广泛应用于中小型的直立设备中。它通常由两块肋板及一块底板焊接而成。肋板（或再通过一块垫板）与设备筒体（或夹套）焊接在一起。底板上开有通孔，可供安装定位用。肋板是增加支座刚性的，轻型设备可以只用一块，重型设备有多至三块者。每个设备可用2—4个耳座（Dg ≤700mm 时允许采用2个），必要时可用得
更多些，但个数一多往往不能保证全部耳座都装在同一水平面上，因而也就不能保证每个耳座受力均匀。耳座可以搁在钢架上，或砖砌的、混泥土的基础上，也可支承在钢管柱子上。支座材料一般采用Q235-A 。
悬挂式支座已由有关部门制定了系列标准，分A 型（图3-1左）和B 型两种（图3-1右）。A 型用于一般立式钢制焊接容器；B 型适用于带保温层的立式焊接容器，因其L 较长，保温层的厚度将不影响底板上通孔的定位作用。
悬挂式支座选用说明：
1、本支座标准分A 型和B 型，A 型适用于一般立式钢制焊接容器；B 型适用于带保温层的立式焊接容器。
2、悬挂式支座在下列情况下应设置加强板： （1） 设备壳体的计算厚度小于或等于3mm ； （2） 设备壳体的计算壁厚虽大于3mm ，但小于
i D （D i 为设备内经，mm ）；
（3） 设备壳体与支座之间的温差大于200℃时；
（4） 由设备内部压力产生的应力和支座产生的局部应力叠加后的合成应力，大于或等于规定的应力强度许用值时；
（5） 设备壳体采用高合金钢制造，配以碳钢支座时，加强垫板的材料应与设备壳体材料相同；
（6） 设备壳体需要焊后热处理时，应在热处理前就焊上加强垫板。 3、加强垫板的材料应与设备壳体材料相同。
由前所述，选择B 型悬挂式支座。由表3-4（文献[5]第十六章）和表3-5（文献[5]第十六章）选择标准B 型悬挂式支座及其加强垫板。
表3-4 B 型悬挂式支座
查文献[3]知，在DN=1700mm，厚度为8mm时的筒体重量为317kg，封头重量为181kg，再根据液体总重及其它设备的重量可从表3—4中选取支座为：
表3-5 加强垫板
垫板选用如上表中黑色字体所示。
搅拌器的设计
搅拌的作用
（1）使不互溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液，使传质过程强化。
夹套搅拌反应器设计(DOCX 30页)
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夹套搅拌反应器设计 课程设计说明书设计题目夹套搅拌反应器设计 学生 学号 专业班级 指导老师耿绍辉 化工设备基础 Nefu.20121228
夹套搅拌反应器设计 目录 第一章设计方案简介 1.1反应釜的基本结构 1.2反应釜的机械设计依据 第二章反应釜机械设计的内容和步骤 第三章反应釜釜体的设计 3.1 罐体和夹套计算 3.2厚度的选择 3.3设备支座 3.4手孔 3.5选择接管、管法兰、设备法兰 第四章搅拌转动系统设计 4.1转动系统设计方案 4.2转动设计计算：定出带型、带轮相关计算 4.3选择轴承 4.4选择联轴器 4.5罐体搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计4.6电动机选择 第五章绘制装配图 第六章绘制大V带轮零件图 第七章本设计的评价及心得体会 第八章参考文献
夹套搅拌反应器设计 第一章设计方案简介 搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程与化学过程，往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，有液-液、液-固、液-气等相反应。 搅拌的目的是：1、使互不相溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液、强化传质过程；2、使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；3、制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或发生液-固化学反应；4、强化传热，防止局部过热或过冷。所以根据搅拌的不同目的，搅拌效果有不同的表示方法。 搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，所以在工业生产，大多数的搅拌操作均是机械搅拌。本设计实验要求的就是机械搅拌搅拌器设备的设计遵循以下三个过程：1根据搅拌目的和物理性质进行搅拌设备的选型。2在选型的基础进行工艺设计与计算。3进行搅拌设备的机械设计与费用评价。在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。 1.1反应釜的基本结构
釜式再沸器设计说明书
浙江大学 毕业设计题目：釜式换热器的设计 学院： 系别： 专业：过程装备与控制工程 学号：
目录 1概述 (3) 2设计计算 (5) 2.1主要技术参数的确定 (5) 2.2釜式换热器的结构设计 (5) 2.2.1总体结构设计 (5) 2.2.2换热器管程设计 (7) 2.2.3 换热器壳程设计 (8) 2.3 元件的强度设计 (9) 2.3.1 筒体 (9) 2.3.2 开孔补强设计计算 (11) 3标准零部件的选用及主要零部件的设计 (15) 3.1 法兰的选用 (15) 3.1.1容器法兰的选用 (15) 3.1.2管法兰的选取 (16) 3.2 封头 (17) 3.3 管板 (18) 3.4 堰板 (19) 4鞍座的设计 (19) 4.1 鞍座的选取 (19) 4.2鞍座位置的设置 (19) 4.2.1鞍座位置的相关标准的要求 (19) 4.2.2设备总长的确定 (20) 4.2.3A值的确定 (20) 4.3力的计算 (20)
4.3.1重量产生的反力 (20) 4.3.2地震产生的力 (21) 4.3.3风载产生的力 (24) 4.3.4热膨胀产生的力 (26) 4.4总合力计算 (27) 4.5应力校核 (29) 4.5.1轴向应力 (30) 4.5.2切向应力 (31) 4.5.3周向应力 (31) 4.6结论 (32) 5三维实体造型设计 (32) 5.1 软件介绍 (32) 5.2 主要零部件的造型设计 (32) 5.2.1 管箱封头的设计 (32) 5.2.2 鞍座的设计 (34) 5.2.3 螺母的设计 (35) 5.3 装配体的设计 (35) 5.4 工程图的生成 (38) 设计总结 (41) 注释 (43) 参考文献 (44) 谢辞 (45) 附件 (46)
反应釜设计
宁夏大学 课程设计说明书 题目: 夹套反应釜设计 院系：机械工程学院 专业班级：过控10-2班 学号： 学生姓名：马学良 指导教师：贺华 2013-6-27
宁夏大学课程设计（论文）任务书 机械工程学院过控教研室
年月日
目录 一、设计条件及设计内容分析 (1) 二、搅拌容器尺寸的确定及结构选型 (2) 搅拌釜直径设计计算 (2) 筒体厚度的计算 (2) 筒体封头的设计 (3) 筒体长度H的设计 (4) 外压筒体的壁厚确定 (4) 外压封头的壁厚的设计 (5) 三、夹套尺寸的设计计算 (5) 夹套公称直径DN的确定 (5) 夹套筒体壁厚的设计 (6) 夹套筒体长度H的计算 (6) 夹套封头的设计 (6) 四、反应釜附件的选型及尺寸设计 (7) 封头法兰的设计 (7) 封头法兰尺寸及结构 (7) 封头法兰密封面的选型 (8) 工艺接管 (9) 工艺接管尺寸的确定 (9) 接管垫片尺寸及材质 (11) 手孔的设计 (12) 视镜的选型 (13) 五、搅拌装置的选型与尺寸设计计算 (14) 搅拌轴直径的初步计算 (14) 搅拌轴直径的设计 (14) 搅拌轴刚度的校核 (14) 搅拌轴轴承的选择 (14) 联轴器的选择 (15) 搅拌器的设计 (16) 挡板的设计与计算 (17) 六、传动装置的选型和尺寸计算 (17)
凸缘法兰的选型 (17) 安装底盖的选型 (18) 机架的选型 (19) 安装底盖与密封箱体、机架的配置 (19) 电动机的选型 (20) 减速器的选型 (21) 搅拌轴长度的设计 (21) 搅拌轴的结构 (21) 支座的计算 (21) 密封形式的选择 (23) 七、焊接的形式与尺寸 (24) 八、开孔补强计算 (26) 封头开手孔后削弱的金属面积的计算 (26) 接管起补强作用金属面积的计算 (27) 焊缝起补强作用金属面积的计算 (27) 九、反应釜釜体及夹套的压力试验 (27) 釜体的液压试验 (27) 水压试验压力的确定 (27) 水压试验的强度校核 (28) 压力表量程 (28) 水压试验的操作过程 (28) 釜体的气压试验 (28) 气体实验压力的确定 (28) 气压试验的强度校核 (28) 气压试验的操作过程 (29) 夹套的液压试验 (29) 水压试验压力的确定 (29) 水压试验的强度校核 (29) 压力表量程 (29) 液压试验的操作过程 (29) 十、反应釜的装配图（见大图） (29) 课程设计总结 (30) 参考文献 (31)
夹套反应釜课程设计
有搅拌装置的夹套反应釜 前言 《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。 化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》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，学习初次尝试化工机械设计。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。 化工设备课程设计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： ⑴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。 ⑵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，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。 ⑶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。 ⑷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。 化工设备机械基础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。
釜式反应器设计说明书123
一概述1.1醋酸乙酯生产工艺的现状和特点 醋酸乙酯分子式C 4H 8 O 2 ，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate， 简称EA。醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。 EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。 当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。 醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。 受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。“八五”期间，产量年均增长率为13.0%；1995-2000年，年均增长率达到20.5%；2000-2002年，年均增长率高达30.5%。目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为57.2万吨。其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，中英合
立式热虹吸式再沸器毕业设计方案
论文题目:立式热虹吸式再沸器的设计 院(部>名称:机械学院 学生姓名: 专业:学号: 指导教师姓名: 论文提交时间: 论文答辩时间: 学位授予时间: 摘要 精馏的本质是利用不同物质的挥发度不同，通过多次汽化、多次冷凝的精馏过程而达到物质分离的单元操作过程，而多次汽化所需的能量即通过再沸器
提供的，这就是再沸器的作用。 甲醇釜液再沸器是一种换热器，通常采用热虹吸式换热器，也是一种列管式换热器，在生产企业中占有较重要的地位，它直接影响产品的质量和产量。 本设计主要是对其工艺、结构等的设计，通过选用换热设备的型号和对国标的查找，设计出经济实用的化工设备。再沸器的结构图使用AutoCAD二维绘图软件绘制，清楚地表达出结构尺寸，便于改进和生产。 主要介绍了再沸器的设计工作以及它在生产过程中处于的地位和作用，它是精馏塔不可或缺的一部分，它提供给精馏塔多次汽化所需的能量，它与冷凝器等都是换热设备。 关键词： 再沸器汽化AutoCAD列管式换热器甲醇 ABSTRACT Distillation is the physical separation unit operation which is achieved by the repeated distillation process of several vaporization and condensation, since the
volatility of different materials vary from each other. And the energy required for vaporization is provided by the reboiler This is the role of the reboiler. Methyl reboiler is a heat exchanger, it is also a tube-type heat exchanger. In the manufacturer industry it plays a very important role, for it has direct impact on the product quality and yield . This design is mainly for its technology, structure design.By selecting the model and the national standards of the heat transfer exchanger, we can come up with the economic and practical design of chemical equipment. Reboiler structure diagram is drawn by the two-dimensional drawing software drawing AutoCAD.So we can clearly express the structure size and it is convenient for us for further improvement and production. Now we have completed the design of the reboiler and its role in the production process.It is an integral part of the distillation column, which provides the energy needed to vaporize several distillation columns. Along with condensers they are both the heat exchangers. Key words： Reboiler ；Vaporization ；AutoCAD ；distillation column heat exchanger ；methyl 目录 前言 (4) 第一章再沸器基本参数 (6) 1.1、设计任务和设计条件 (6) 1.2、再沸器类型的选择 (6) 1.3、流程的安排 (7)
夹套反应釜设计
nd impr ove idl e land of utilizati on, real a chi eved envir onme nt improved a nd productivity development mut ual prom oting total wi n. Five, firmly implement, promoti ng work ahead, to create hig hlights. T hird depl oyment, impl ementation of seve n, the n it is imperative to stre ngthe n responsibility a nd impr ove the mechanisms and impleme ntation. All localities a nd departments m ust be convi nce d that goal s, goi ng all out, mustering spirit, w ork together t o ensure that thi s year's obje ctives carry out tasks, at the forefront. First, we m ust strengthen the leader shi p to implement. Departments at all level s shoul d always w ork and rural "five water treatment", "three to split" in a n important position, and carry the mai n responsibi lity, main lea der personally, leaders arre sted and layers of responsi bility rank transmissi on pre ssure e stabli she d hierarchical a ccountabilit y, and work together to pr omote the w ork of the mechani sm, a concerted effort pay attention to impleme ntation. County nong ban, flood, three to one dow n to further play a leadi ng catch total, integrate d and coordi nated role of all kinds is "long", "Sheriff" "Inspector" to 0.95m 3 夹套反应釜设计计算说明书 一、罐体和夹套设计计算 1.1 罐体几何尺寸计算 1.1.1 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。 1.1.2 确定筒体内径 已知设备容积要求0.95m 3 ，按式（4-1）初选筒体内径： 式中，V=0.95m 3 ，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型， i =H 1/D 1=1～1.3，取 i =1.3，代入上式，计算得 3 31440.95==1.032i 3.14 1.1V D π?? ? 将D 1的估算值圆整到公称直径系列，取D 1=1100mm ， 1.1.3 确定封头尺寸 标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm ，选取直边高度h 2=25mm 。 1.1.4 确定筒体高度 当D 1=1100mm, h 2=25mm 时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封=0.1980 m 3 ，由附表D-1查得 筒体1m 高的容积V 1m =0.950 m 3 ，按式（4-2）: H 1=(V-V 封)/V 1m =（0.950-0.198）/0.95=0.7916m 考虑到安装的方便，取H 1=0.9m ，则实际容积为 V= V 1m ×H 1+ V 封=0.950×0.9+0.198=1.053 m 3 1.2 夹套几何尺寸计算 1. 2.1 选择夹套结构 选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。 1.2.2 确定夹套直径 查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。 1.2.3 确定夹套高度 装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85 按式4-4计算夹套高度： H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734 m 取H 2=750mm 。选取直边高度h 2=25mm 。 1.2.4 校核传热面积 查【2】附表D-2，由D 1=1100mm ，得罐体封头表面积F 1封=1.3980 m 2 查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F 1m =3.46 m 2 31 4i V D π ?罐体结构示意图
搅拌反应釜课程设计(优选.)
课程设计说明书 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
要求与说明 一、学生采用本报告完成课程设计总结。 二、要求文字（一律用计算机）填写，工整、清晰。所附设备安 装用计算机绘图画出。 三、本报告填写完成后，交指导老师批阅，并由学院统一存档。
目录 一、设计任务书 (5) 二、设计方案简介 (6) 1.1罐体几何尺寸计算 (7) 1.1.1确定筒体内径 (7) 1.1.2确定封头尺寸 (8) 1.1.3确定筒体高度 (9) 1.2夹套几何计算 (10) 1.2.1夹套内径 (10) 1.2.2夹套高度计算 (10) 1.2.3传热面积的计算 (10) 1.3夹套反应釜的强度计算 (11) 1.3.1强度计算的原则及依据 (11) 1.3.2按内压对筒体和封头进行强度计算 (12) 1.3.2.1压力计算 (12) 1.3.2.2罐体及夹套厚度计算 (12) 1.3.3按外压对筒体和封头进行稳定性校核 (14) 1.3.4水压试验校核 (16) （二）、搅拌传动系统 (16) 2.1进行传动系统方案设计 (17) 2.2作带传动设计计算 (17) 2.2.1计算设计功率Pc (17) 2.2.2选择V形带型号 (17) 2.2.3选取小带轮及大带轮 (17) 2.2.4验算带速V (18) 2.2.5确定中心距 (18) (18) 2.2.6 验算小带轮包角 1 2.2.7确定带的根数Z (18) 2.2.8确定初拉力Q (19) 2.3搅拌器设计 (19) 2.4搅拌轴的设计及强度校核 (19) 2.5选择轴承 (20) 2.6选择联轴器 (20) 2.7选择轴封型式 (21) （三）、设计机架结构 (21) （四）、凸缘法兰及安装底盖 (22) 4.1凸缘法兰 (22) 4.2安装底盖 (23) （五）、支座形式 (24) 5.1 支座的选型 (24) 5.2支座载荷的校核计算 (26)
任务一 间歇操作釜式反应器设计
江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序授课班级15化工01班课题名称任务一间歇操作釜式反应器设计 教学目的要求 1、掌握理想流动模型及返混对反应的影响 2、掌握化学反应速率及反应动力学方程 3、掌握均相反应速率表示方式 4、掌握均相反应动力学 教学重点及难点 均相反应速率的表示方式、均相反应动力学 次序内容计划时间（min）
教学程序设计1 2 3 4 5 6 点名、回顾上节课内容 反应器流动模型 化学反应速率及反应动力学方程 均相反应速率 均相反应动力学 小结 5 25 20 15 20 5 作业： 小结： 任务一间歇操作釜式反应器设计 工作任务：根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式反应器的工艺设计预备知识：
一、反应器流动模型 （一）理想流动模型 1、理想置换流动模型 也称为平推流模型或活塞流模型。指在任一截面的物料如同活塞一样在反应器中移动，垂直于流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。其特点是在定态情况下，沿着物料流动方向物料的参数会发生变化，而垂直于流动方向上的任一截面的所有参数都相同，如浓度、压力、流速等。 2、理想混合流动模型 称为全混流模型。由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混无穷大，所有空间位置物料的各种参数完全一致 3、返混及其对反应的影响 指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。间歇操作反应器不存在返混。其带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度去的消失或减低。 a 返混改变了反应器内的浓度分布，是反应器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升 b 返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度分布。 c 不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的是对反应器的工程放大所产生的问题 d 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种 （二）非理想流动 实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因课归纳为下列几个方面 a 滞留去的存在也称死区、死角，是指反应器中流体流动极慢导致几乎不流动的区域。 b 存在沟流与短路 c 循环流 d 流体流速分布不均匀 e 扩散 二、均相反应动力学基础 工业反应器中，化学反应过程与质量、热量和动量传递过程同时进行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。排除了一切物理传递过程的影响得到的反应动力学称为化学动力学或本征动力学。 （一）化学反应速率及反应动力学方程
夹套式反应器温度串级控制控制方案设计
目录 一.概述……………………………………………………………2-6页 1.1化学反应器的基本介绍………………………………… 2-3页 1.2夹套式反应器的控制要求…………………………………3 页 1.3夹套式反应器的扰动变量………………………………3-4页 1.4基本动态方程式…………………………………………4-6页二．控制系统方案的确定…………………………………………6-7页三．控制系统设计…………………………………………………7-18页 3.1被控变量和控制变量的选择………………………………7-8页 3.2主、副回路的设计…………………………………………8-9页 3.3现场仪表选型………………………………………………9-12页 3.4主、副控制器正反作用选择………………………………12-13页 3.5控制系统方框图……………………………………………13页 3.6分析被控对象特性及控制算法的选择……………………13-14页 3.7控制系统整定及参数整定…………………………………14-18页四．课程设计总结……………………………………………………18页五．结束语……………………………………………………………18页六．参考文献…………………………………………………………19页
一概述 1.1 化学反应器的基本介绍 反应器（或称反应釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。化学反应器在结构、物料流程、反应机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易程度相差很大，自控方案差别也比较大。 化学反应器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四 个方面分类： 一、按反应器进出物料状况可分为间歇式和连续式反应器 通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程。间歇式反应器是将反应物 料分次获一次加入反应器中，经过一定反应时间后取出反应中所有的物料，然后重新加料在进行反应。间歇式反应器通常适用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反应时间长活对反应过程的反应温度有严格程序要求。 连续反应器则是物料连续加入，化学反应连续不断地进行，产品不断的取出，是工业生产最常用的一种。一些大型的、基本化工产品的反应器都采用连续的形式。 二、从物料流程的进行方式可分为单程与循环两类 物料在通过反应器后不再进行循环的流程称为单程，当反应的转化率和产率都较高时，可采用单程的排列。如果反应速度较慢，祸首化学平衡的限制，物料一次通过反应器转化不完全，则必须在产品进行分离后，把没有反应的物料与新鲜物料混合后，再送送入反应器进行反应。这种流程称为循环流程。 三、从反应器结构形式可分为釜式、管式、塔式、固定床、流化床、移动床反应器等。 四、从传热情况可分为绝热式反应器和非绝热式反应器[1]。 绝热式反应器与外界不进行热量交换，非绝热式反应器与外界进行热量交换。一般当反应过程的热效应大时，必须对反应器进行换热，其换热方式有夹套式、蛇管式、列管式等。如今用的最广泛的是夹套传热方式，且采用最普通的夹套结构居多。随着化学工业的发展，单套生产装置的产量越来越大，促使了反应设备的大型化。也大大促进了夹套反应器的反展。 夹套式反应器是一类重要的化工生产设备，由于化学反应过程伴有许多化学和物理现象以及能量、物料平衡和物料、动量、热量和物质传递等过程，因此夹套反应器操作一般都比较复杂，夹套反应器的自动控制就尤为重要，他直接关系到产品的质量、产量和安全生产。
换热器的设计说明书
西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质； ③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求； ⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温
西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表
任务一-间歇操作釜式反应器设计
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任务一间歇操作釜式反应器设计 工作任务：根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式反应器的工艺设计预备知识：
一、反应器流动模型 （一）理想流动模型 1、理想置换流动模型 也称为平推流模型或活塞流模型。指在任一截面的物料如同活塞一样在反应器中移动，垂直于流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。其特点是在定态情况下，沿着物料流动方向物料的参数会发生变化，而垂直于流动方向上的任一截面的所有参数都相同，如浓度、压力、流速等。 2、理想混合流动模型 称为全混流模型。由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混无穷大，所有空间位置物料的各种参数完全一致 3、返混及其对反应的影响 指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。间歇操作反应器不存在返混。其带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度去的消失或减低。 a 返混改变了反应器内的浓度分布，是反应器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升 b 返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度分布。 c 不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的是对反应器的工程放大所产生的问题 d 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种 （二）非理想流动 实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因课归纳为下列几个方面 a 滞留去的存在也称死区、死角，是指反应器中流体流动极慢导致几乎不流动的区域。 b 存在沟流与短路 c 循环流 d 流体流速分布不均匀 e 扩散 二、均相反应动力学基础 工业反应器中，化学反应过程与质量、热量和动量传递过程同时进行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。排除了一切物理传递过程的影响得到的反应动力学称为化学动力学或本征动力学。 （一）化学反应速率及反应动力学方程
乙酸乙酯反应器设计说明书(河南城建)
乙酸乙酯反应器设计说明书 专业：化学工程与工艺 姓名：xxx 学号：1014111 指导教师：赵海鹏 化学与材料工程学院 2014年5月
主要符号一览表V——反应釜的体积 t——反应时间 c——反应物A的起始浓度 A f——反应器的填充系数 D——反应釜的内径 i H——反应器筒体的高度 P——操作压力 P c——设计压力 φ——取焊缝系数 [σ]t——钢板的许用应力 C1——钢板的负偏差 C2——钢板的腐蚀裕量 S——筒壁的计算厚度 S——筒壁的设计厚度 d S——筒壁的名义厚度 n H——反应器夹套筒体的高度 j v——封头的体积 P——水压试验压力 T D——夹套的内径 j
目 录 绪论 ................................................................................................... 错误！未定义书签。 第1章 设计方案 ....................................................................................................................... 3 第二章 物料计算及方案选择 (3) 2.1间歇进料的计算 ................................................................................................................. 3 2.2连续性进料的计算 ............................................................................................................. 4 2.3方案选择 ............................................................................................................................. 6 第3章 热量核算 .. (7) 3.1热量衡算总式 (7) 3.2每摩尔各种物值在不同条件下的 ,p m c 值 (8) 3.3各种气象物质的参数如下表 ............................................................................................. 9 3.4每摩尔物质在100℃下的焓值 .......................................................................................... 9 3.5总能量衡算 ....................................................................................................................... 10 3.6换热设计 ........................................................................................................................... 11 第4章 反应釜釜体设计 (15) 4.1反应器的直径和高度 ....................................................................................................... 15 4.2筒体壁厚的设计 ............................................................................................................... 16 4.3釜体封头厚 ....................................................................................................................... 16 第5章 反应釜夹套的设计 .. (18) 5.1夹套DN 、PN 的确定 ...................................................................................................... 18 5.2夹套筒体的壁厚 ............................................................................................................... 18 5.3夹套筒体的高度 ............................................................................................................... 19 5.4夹套的封头 ....................................................................................................................... 19 5.5传热面积校核 ................................................................................................................... 19 第6章 反应釜釜体及夹套的压力试验 (20) 6.1釜体的水压试验 ............................................................................................................... 20 6.2夹套的液压试验 ............................................................................................................... 21 第7章 搅拌器的选型 . (22) 7.1搅拌桨的尺寸及安装位置 ............................................................................................... 22 7.2搅拌功率的计算 ............................................................................................................... 22 7.3搅拌轴的的初步计算 ....................................................................................................... 21 7.4夹套式反应釜附属装置的确定 ....................................................................................... 21 总结 24 致谢 25 参考书目 26
搅拌反应釜计算设计说明书
课程设计 设计题目搅拌式反应釜设 学生姓名 学号 专业班级过程装备与控制工程 指导教师
“过程装备课程设计”任务书 设计者姓名：班级：学号： 指导老师：日期： 1.设计内容 设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜 2.设计参数和技术特性指标 简图设计参数及要求 容器内夹套 内 工作压力， MPa 设计压力， MPa 工作温 度，℃ 设计温 ＜100＜150 度，℃ 蒸汽 介质有机溶 剂 全容积，m3 操作容积， m3 传热面积， ＞3 m2 腐蚀情况微弱 推荐材料Q345R 搅拌器型 推进式 式 250 r/min 搅拌轴转 速 轴功率 3 kW 接管表
3.设计要求 （1）进行罐体和夹套设计计算；（2）选择接管、管法兰、设备法兰；（3）进行搅拌传动系统设计；（4）设计机架结构；（5）设计凸缘及选择轴封形式；（6）绘制配料反应釜的总装配图；（7）绘制皮带轮和传动轴的零件图 1罐体和夹套的设计 1.1 确定筒体内径 当反应釜容积V 小时，为使筒体内径不致太小，以便在顶盖上布置接管和传动装置，通常i 取小值，此次设计取i ＝1.1。 一般由工艺条件给定容积V 、筒体内径1D 按式4-1估算：得D=1084mm. 式中 V －－工艺条件给定的容积，3m ；
i ――长径比，1 1 H i D = （按照物料类型选取，见表4-2） 由附表4-1可以圆整1D ＝1100，一米高的容积1V 米＝0.953m 1.2确定封头尺寸 椭圆封头选取标准件，其形式选取《化工设备机械基础课程设计指导书》图4-3，它的内径与筒体内径相同，釜体椭圆封头的容积由附表4-2 V 封＝0.1983m ，（直边高度取50mm ）。 1.3确定筒体高度 反应釜容积V 按照下封头和筒体两部分之容积之和计算。筒体高度由计算 H1==（2.2-0.198）/0.95=0.949m ，圆整高度1H ＝1000mm 。按圆整后的1H 修正实际容积由式 V=V1m ×H1+V 封=0.95×1.000+0.198=1.1483m 式中 V 封m --3封头容积，； 1V 米――一米高的容积3m /m 1H ――圆整后的高度，m 。 1.4夹套几何尺寸计算 夹套的结构尺寸要根据安装和工艺两方面的要求。夹套的内径2D 可根据内径1D 由 选工艺装料系数η=0.6~0.85选取，设计选取η＝0.80。 1.4.1夹套高度的计算H2=（ηV-V 封）/V1m=0.758m 1.4.2.夹套筒体高度圆整为2H ＝800mm 。 1.4.3罐体的封头的表面积由《化工设备机械基础》附表4-2查的F 封=1.398。 1.4.4一米高的筒体内表面由《化工设备机械基础》附表4-1查的。F1m=3.46 1.4.5实际的传热面积F=4.166>3，由《化工设备机械基础》式4-5校核4.166〉3所以传热面积合适。
乙酸乙酯反应器课程设计
《反应工程》 课程设计说明书 院（部）名称化学与材料工程学院学生姓名 设计项目乙酸乙酯的反应器设计 指导教师 专业班级化学工程与工艺
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，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。 化工设备机械基础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。