连续搅拌釜式反应器设计

学院：化工学院 专业：化学工程与工艺

目 录

一、设计任务 .............................................................................................................................. - 1 - 二、确定反应器及各种条件 ...................................................................................................... - 1 - 三、反应釜相关数据的计算 ...................................................................................................... - 1 -

1.体积................................................................................................................................... - 1 - 2.内筒的高度和内径 ........................................................................................................... - 2 - 3.内筒的壁厚 ....................................................................................................................... - 2 - 四、夹套的计算 .......................................................................................................................... - 3 -

1.夹套的内径和高度 ........................................................................................................... - 3 - 2.夹套壁厚 ........................................................................................................................... - 3 - 五、换热计算 .............................................................................................................................. - 3 -

1.所需的换热面积 ............................................................................................................... - 3 - 2.实际换热面积 ................................................................................................................... - 4 - 3.冷却水流量 ....................................................................................................................... - 4 - 六、搅拌器的选择 ...................................................................................................................... - 4 - 七、 设计结果一览表 ................................................................................................................ - 5 - 八、参考文献 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

一、设计任务

某工段需要每天生产8吨乙酸丁酯。以乙酸和丁醇为原料，要求乙酸的转化率大于等于50%.

l/L。设计一反应器以达到要求。 其中原料中乙酸的浓度CA0 0.00175kmo

二、确定反应器及各种条件

选用连续釜式反应器（CSTR），选用螺旋导流板夹套，取XAf 0.5，查文献资料得：可取反应温度为100℃，反应动力学方程为rA kCA (k 17.4L/(kmol min))（A为乙酸）搅拌釜内的操作压力为pcr 0.1MPa；夹套内为冷却水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，工作压力pcr' 0.2MPa; 反应方程为：

2

CH3COOH CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OOCCH3 H2O

三、反应釜相关数据的计算

1.体积

由于该反应为液相反应，物料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。

9 1031

0.00175 3284.07L/h 54.73L/min原料处理量：Q0

24 1160.5

（ 0.00175 (1 0.5) 0.000875kmol/L 反应器出料口物料浓度：CA CA01-XAf）

2

反应釜内的反应速率：rA kCA 17.4 0.000875 1.332 10 5kmol/L

2

空时：

VrCA0 CA0.00175 0.5

CA0XAf/rA 65.69min 5Q0rA1.332 10

理论体积：Vr Q0τ 54.73 65.69 3595.21L 取装填系数为0.75，则反应釜的实际体积为：V

Vr3595.21

4793.6L 4.794m3 0.750.75

- 1 -

2.内筒的高度和内径

由于此反应为液—液反应，故而取H/Di 1.2 筒体内径Di 4V

1.72m

πH/Di

圆整并查《化工机械基础》附录12，选取筒体直径Di 1600mm

23查得此时1m高的容积为V1 2.017m ，1m高的表面积为F1 5.03m

查得当DN 1600mm时，椭圆形封头曲面高度h1 400mm，直边高度h2 40mm，内

3表面积Ah 2.97m2，容积Vh 0.617m

筒体高度 H

V Vr

2.06m 圆整为2.1m V

因此H/Di 2.1/1.6 1.3 在1~1.3的范围内，故而设计合理

3.内筒的壁厚

由于反应液有腐蚀性，故而选用Q235-A为筒体材料； 内筒受外压大于内压，故为外压容器；

查得100℃时Q235-A材料的弹性模量E 2.03 10MPa

取有效壁厚δe 6mm，负偏差C1 0.8mm，腐蚀浴度C2 2mm

故名义厚度δn 6 0.8 2 8.8mm 外径D0 1600 2 8.8 1617.6mm 临界长度Lcr 1.17D0

t

5

D0.6

1.17 1617.6 25.66m 2.1m 为短圆筒 δe8.8

(δe/D0)2.5(6/1617.6)2.55

临界压力pcr 2.59E 2.59 2.03 10 0.34MPa

H/D02100/1617.6

t

由于pc 1.1 0.2 0.22MPa pcr 故设计合理 δn 7.8mm

- 2 -

四、夹套的计算

1.夹套的内径和高度

由于Di 1600mm ，所以Dj Di 100 1700mm 由于查《化工机械基础》附录中无1700mm公称直径，故而取Dj 1800mm 夹套高度Hj (Hi)有效

Vr Vh

.595 0.617

3 1.48m 圆整为Hj 1.6m

4

D2

2

i

4

1.62.夹套壁厚

夹套为内压容器；同内筒一样，选用Q235-A为夹套材料； 查得在30℃~70℃范围内许用应力 t

113MPa

设计压力pc 0.2 1.1 0.22MPa 取 0.8 所以： 计算壁厚

pcDj0.22 1800

2 t

p

2 113 0.8 0.22

2.19mm 圆整为 2.2mmc

设计壁厚 d C2 2.2 1 3.2mm

名义壁厚 n d C1 3.2 0.25 3.45mm 即：夹套壁厚为3.45mm

五、换热计算

1.所需的换热面积

查得此反应的反应热 rH 3 103

KJ/Kmol 所以热负荷Q Q.73

0CA0 rH

5460

0.00175 3 103 4.8 103W 由于本次反应传热为一边为恒温的传热，故：

t1 100 C 30 C 70 C t2 100 C 40 C 60 C

- 3 -

tm

t1 t210

64.9 C 1InIn t26

2

依经验取K 50W/(m C )

Q4.8 103所以理论所需换热面积S'

K t t 1.48m2

m50 m

考虑15%的面积浴度，S 1.15 S' 1.71m2

2.实际换热面积

S实 F1Hj Ah 5.03

1.6 2.97 11.018 S 由此可见此反应釜的换热面积足够。

3.冷却水流量

冷却水的定性温度t (30 40)/2 35 C 查得此时比热容为Cp 4.174KJ/(Kg C) 因此冷却水的流量为Wc

Q

C 0.15Kg/s 0.15L/s

p(40 30)

由此可见：反应放热较少，所需的冷却水的量也比较少。

六、搅拌器的选择

由Di 1600mm …… 此处隐藏：2512字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……