年产6000吨乙酸乙酯间歇反应釜设计_毕业设计

毕业设计（论文）设计（论文）题目：5万吨/年乙酸乙酯生产工艺设计学院名称：化学工程学院专业：班级：姓名：学号指导教师：职称定稿日期：2011 年 5 月22 日中文摘要摘要乙酸乙酯是一种重要的化工溶剂。

乙酸乙酯在涂料、粘合剂、制药和油墨等领域的应用十分广泛，其合成过程也受到广泛重视。

传统的乙酸乙酯合成工艺为酯化法，即乙酸和乙醇在浓硫酸的催化作用下直接合成乙酸乙酯。

乙醛缩合法、乙醇脱氢法、醋酸∕乙烯加成法等是近年来开发的新技术[1]，相对于传统的合成工艺，乙醛缩合法、乙醇脱氢法、醋酸∕乙烯加成法因其热力学上的有利性和经济上的合理性，被许多中外企业所采用。

但基于国情及各方面的因素考虑，本论文采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，并用了ASPEN模拟进行了物料和热量衡算。

关键词：乙酸乙酯；乙醇脱氢法；工艺设计；ASPEN模拟；衡算英文摘要ABSTRACTEthyl acetate (EA) is an important chemical solvent. EA is widly used in applications of coatings, adhesives, pharmaceuticals and printing ink and its synthesis meyhod has get a lot of interests. The traditional synthesis method of EA is esterification, in which EA was made by direct esterification of ethanol and acetic acid with a sulphuric acid catalyst.Aldehyde condensation, dehydrogenation of ethanol and acetate/ethylene addition reaction are the new technologies developed in recent years. Compared with the traditional synthesis, these new methods have adopted by many Chinese and foreign enterprises because of its favorable thermodynamic and economic rationality. However，based on national conditions and taking into consideration various aspects, this thesis used Ethanol dehydrogenation was to produce ethyl acetate. ASPEN simulation is carried out to calculate the material and heat balance.Key Words：Ethyl acetateReactive Ethanol dehydrogenation was; Process design; ASPEN simulation; Balance calculationII目录1 项目总论 (1)1.1项目意义 (1)1.2建设规模 (1)1.3厂区及生产概况 (2)2 市场分析 (3)2.1产品的性质与用途 (3)2.1.1 物化特性 (3)2.1.2 主要用途 (3)2.2国、内外产业状况 (4)2.2.1 国外生产状况及发展动向 (4)2.2.2 国内生产状况及发展动向 (5)2.3产品的市场需求预测 (7)2.3.1 进出口情况 (7)2.3.2 消费现状及发展前景 (9)3 厂址的选择及布置 (10)3.1厂址选择原则 (10)3.2选择原因 (10)3.2.1 原料来源方便 (10)3.2.2 地理位置优越 (10)3.2.3 交通发达 (11)3.2.4 社会经济效益 (11)3.3厂区概况 (11)3.3.2 厂址地区的自然条件 (12)3.3.3 厂址地区的交通运输条件 (13)3.3.4 基础设施建设 (14)3.4厂址布置 (15)3.4.1 厂区概况 (15)4 工艺设计方案 (16)4.1概述 (16)4.1.1 生产规模 (16)4.1.2 原料 (16)4.1.3 产品规格 (16)4.2工艺设计方案 (16)4.2.1原料路线确定的原则和依据 (16)4.3工艺方案设计及说明 (19)4.3.1流程简介 (19)II4.4物料衡算 (20)4.4.1 衡算原理 (20)4.5热量衡算 (25)4.5.1衡算原理 (25)4.6典型设备设计及选型 (27)4.6.1换热器计算说明书 (27)4.6.2 脱氢缩合反应器参数说明 (31)4.6.3 设备一览表 (32)5 公用工程和辅助设施方案 (34)5.1总图运输 (34)5.1.1 总平面布置 (34)1、总平面布置原则 (34)5.1.2工厂运输 (35)5.1.3工厂绿化 (35)5.1.4 排渣 (35)5.2给排水 (35)5.2.1 概述 (35)5.2.2 工厂给水 (36)5.2.3 工厂排水 (36)5.2.4 污水处理 (36)5.3供电与电讯 (36)5.3.1 供电 (36)5.3.2 电信 (37)5.4通风及空气调节 (37)5.4.1 通风及空调设置的原则 (37)5.4.2 采暖、通风及空调方案 (38)5.5化验室 (38)5.6维修 (38)5.6.1 机修 (38)5.6.2 电修 (38)5.6.3 仪表修理 (38)5.7仓库 (38)5.8土建 (39)6 总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)III1 项目总论1.1项目意义本项目为年产5万吨的乙酸乙酯工厂，利用来自宁波化工园区提供的乙醇来生产乙酸乙酯产品。

一、生产工艺选择
1、乙酸乙酯的合成工艺选择
乙酸乙酯是立体异构体，合成其馏分比较困难，且其合成代谢本身存在较多种反应路线，目前流行的乙酸乙酯合成方法有双氧水-甲醛-乙醇反应法、甲醛-乙醇反应法、丙酮-乙醇反应法等，但由于反应热敏感性强，收率受到温度控制的限制，所以工艺相对繁琐。

本工程中主要采用双氧水-甲醛-乙醇反应法合成乙酸乙酯，该法的工艺流程主要包括以下几个步骤：首先将乙醇作为底物，添加双氧水和甲醛作为氧化剂，在低温和低压的条件下，受催化剂的作用，将乙醇氧化成乙酸乙酯；然后，乙酸乙酯的馏分比由精密全自动混合馏分机进行控制，最终将乙酸乙酯冷却，蒸馏出达到指定标准的产品。

2、乙酸乙酯生产设备选择
（1）馏分混合机
馏分混合机是乙酸乙酯合成反应和馏分生产过程中使用的一种设备，它采用全自动控制，具有自动调节馏分比、自动排料、自动停止等功能，可满足在不同工况下乙醇液的可靠馏分，由于其反应热性较强，采用双壁式结构，内外壁之间空间小，可有效抵消外界温度的变化，从而确保反应的连续性，并且具有很高的馏分比控制精度。

设计说明本选题为年产量为年产6×103T的间歇釜式反应器的设计。

通过物料衡算、热量衡算, 反应器体积为、换热量为。

设备设计结果表明, 反应器的特征尺寸为高3350mm, 直径3000mm；夹套的特征尺寸为高2570mm, 内径为3200mm。

还对塔体等进行了辅助设备设计, 换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。

搅拌器的形式为圆盘式搅拌器, 搅拌轴直径75mm。

在此基础上绘制了间歇釜式反应器的设备图, 和整体工艺的工艺流程图。

关键字: 间歇釜式反应器; 物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计;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。

1、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:2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

河南城建学院《反应工程》课程设计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。

摘要：本选题为年产量为年产4×103T 的间歇釜式反应器的设计。

通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为374.21m 、换热量为kJ/h 9.393384。

设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高3024mm，直径2800mm；夹套的特征尺寸为高2320mm，内径为3000mm。

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：*******指导教师：***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Af——反应器的填充系数D——反应釜的内径iH——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dS——筒壁的名义厚度nH——反应器夹套筒体的高度jv——封头的体积P——水压试验压力TD——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 mc 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绪论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。

反应釜设计的有关内容一、设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.03m ；搅拌轴的转速为200/min r ,轴的功率为4kw;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有5个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口。

反应釜设计的内容主要有：（1） 釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计； （2） 夹套的的强度、刚度计算和结构设计； （3） 设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰； （4） 人孔的选型及补强计算； （5） 支座选型及验算； （6） 视镜的选型；（7） 焊缝的结构与尺寸设计； （8） 电机、减速器的选型；（9） 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计； （10）选择联轴器； （11）设计机架结构及尺寸； （12）设计底盖结构及尺寸； （13）选择轴封形式；（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。

第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体DN 、PN 的确定 1.1.1 釜体DN 的确定将釜体视为筒体，取L/D=1.1 由V=(π/4)L D i 2，L=1.1i D 则=Di 31.140.1π⨯⨯，m Di 0.1=，圆整mm Di 1000= 由[]1314页表16-1查得釜体的mm DN 1000= 1.1.2釜体PN 的确定由设计说明书知釜体的设计压力PN ＝0.2MPa 1.2 釜体筒体壁厚的设计 1.2.1设计参数的确定设计压力p1：p1＝0.2MPa ；液柱静压力 p1H=10^(-6)×1.0×10^3×10×1.1=0.011MPa 计算压力p1c ： p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa ； 设计温度t1： <100℃ ； 焊缝系数Φ： Φ＝0.85许用应力[]t σ：根据材料Q235-B 、设计温度<100℃，由参考文献知[]t σ＝113MPa ；钢板负偏差1C ：1C ＝0.6mm （GB6654-96）； 腐蚀裕量2C ：2C ＝3.0mm 。

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：*******指导教师：***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Af——反应器的填充系数D——反应釜的内径iH——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dS——筒壁的名义厚度nH——反应器夹套筒体的高度jv——封头的体积P——水压试验压力TD——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 mc 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绪论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。

化工工艺设计课程设计任务书
设计任务：年产××吨乙酸乙酯生产工艺设计
年产量：1200吨+ 10×学号后两位
生产时间：间歇生产，每年300天，每天8小时
产品规格：产品纯度99%
具体的生产方案选择及生产流程自行确定
设计要求：
1.编制设计说明书，其内容主要包括：
一概述：所设计的产品的性能、用途、在国民经济及人民生活中的重要性；产品的市场需求；产品生产方法、规格及特点
二生产方案和工艺流程确定
三生产流程简述：叙述生产过程，写出反应方程式，说明工艺操作条件，如温度、压力、流量等；说明原料的储存方式；说明流程中的控制方案等四工艺计算书：1.计算基准2. 物料衡算3.热量衡算
五设备的设计计算与选型：非标设备设计计算，标准设备计算选型
六车间布置
七参考文献
八附工程图纸
2.绘制物料流程图1张，A2图纸
3.绘制带控制点的工艺流程图1张，A2图纸。

反应工程课程设计反应釜设计任务书一、设计题目：5×103T/Y 乙酸乙酯反应釜设计1、用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，年生产量为5000吨，2、反应式为()()()()3253252CH COOH A C H OH B CH COOC H R H O S +=+3、原料中反应组分的质量比为：::1:2:1.35A B S =4、反应液的密度为31020/kg m ，并假设在反应过程中不变 5、每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1小时678二、摘要摘要：本选题为年产量为5×103T 的间歇釜式反应器的设计。

通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为319.77m 、换热量为62.8710KJ 。

设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高2973.3mm ，直径3000mm ，还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。

搅拌器的形式为圆盘桨式搅拌器，搅拌轴直径80mm ，搅拌轴长度3601mm 。

在此基础上绘制了设备条件图。

本设计为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。

关键字：间歇釜式反应器; 物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计;Abstract: The batch reactor for five million T a year is to be designed. Through the material, heat balance reactor volume, heat transfer. Equipment design results show that the characteristic dimensions for high reactor is 2973.3 mm, diameter is 3000mm, height is 3180mm , the auxiliary equipment also is to be designed , heat is finished through the clip with the common cold tube inside. The mixer for disk paddle type mixer, stirring shaft diameter and length of stirring shaft is 3601mm , diameter is 80mm. Based on the condition of equipment drawing. This design for batch reactor industrial design provides a detailed data and drawings. Key words : batch reactor, Material, Heat balance, Thick wall design,目录第一章反应釜物料衡算 (1)1.1 反应釜反应时间、反应体积的确定 (1)第二章反应釜公称直径、公称压力的确定 (2)2.1 反应釜公称直径的确定 (2)2.2 反应釜PN的确定 (2)第三章反应釜体设计 (3)3.1 反应釜筒体壁厚的确定 (3)3.1.1 设计参数的确定 (3)3.2 筒体壁厚设计 (4)3.3 釜体封头设计 (4)3.3.1 封头的选型 (4)3.3.2 封头壁厚设计 (4)3.3 筒体长度H设计 (5)3.4 反应釜的压力校核 (6)3.4.1 釜体的水压试验 (6)3.4.2 液压试验的强度校核 (6)3.5 釜体的气压试验 (7)3.5.1 气压试验压力的确定 (7)第四章反应釜夹套的设计 (8)4.1 夹套公称直径、公称压力的确定 (8)4.1.1 夹套DN的确定 (8)4.1.2 夹套PN的确定 (8)4.2 夹套筒体的设计 (8)4.2.1 夹套筒体壁厚的设计 (8)4.2.2 夹套筒体长度H的确定 (8)4.3 夹套封头的设计 (9)4.3.1 封头的选型 (9)4.3.2 椭圆型封头结构尺寸的确定 (9)4.4 夹套的液压试验 (9)4.4.1 液压试验压力的确定 (9)4.4.2 液压试验的强度校核 (10)第五章外压壁厚的设计 (10)5.1 圆筒的临界压力计算 (10)5.2 外压封头壁厚设计 (11)第六章热量衡算 (11)6.1 热量衡算基本数据 (11)6.2 原料带入的热量Q1的计算 (12)6.3 反应热的计算 (13)6.4 夹套给热量的计算 (14)6.5 内冷管移热量的计算 (14)第七章反应釜附件的选型及尺寸设计 (15)7.1 釜体法兰连接结构的设计 (15)7.2 密封面形式的选型 (15)7.3 工艺接管的设计 (15)7.3.1 原料液进口管 (15)7.3.2 物料出口管 (16)7.3.3 催化剂进口设计 (16)7.3.4 温度计接口 (16)7.3.5 视镜 (17)第八章搅拌装置设计 (17)8.1 凸缘法兰选择 (17)8.2 临界转速的计算 (17)8.3 搅拌装置的选型与尺寸设计 (19)8.3.1 搅拌轴直径的初步计算 (19)8.3.2 搅拌轴临界转速校核计算 (20)8.4 搅拌轴的结构及尺寸设计 (20)8.4.1 搅拌轴长度的设计 (20)8.4.2 搅拌桨的尺寸设计 (21)第九章支座 (21)结论 (21)设计结果一览表 (22)参考文献 (23)第一章 反应釜物料衡算1.1 反应釜反应时间、反应体积的确定原料处理量0Q ,根据乙酸乙酯的产量，每小时的一算用量为：500020.77/Kmol h=原料1BO SO AO AO c c b c c K ⎛⎫=-++ ⎪⎝⎭ 11c K =-得反应时间[1]212 1Af Af XAAO A Ab X adXtk c a bX cX++==++⎰10.23.908a=()10.217.591 5.153.908 3.908 2.92b⎛⎫=-++=-⎪⨯⎝⎭110.65752.92c=-=查到反应釜的2800DN mm=2.2 反应釜PN的确定[2]由lg s Bp A t C =-+得一下数据在100℃下，各物质的饱和蒸汽压为下列图表()()()()3253252CH COOH A C H OH B CH COOC H R H O S +=+3.1.1 设计参数的确定设计压力p ：()1.05~1.1W p P =，取1.1 1.10.350.385W p P Mpa ==⨯= 液体静压忽略不计 计算压力c p :0.385c L p p p P Mpa=+==设计温度t ：110t =℃焊缝系数Φ：1φ=（双面对接焊，100%无损探伤）[3]许用应力[]t σ：根据材料001910Cr Ni ，设计温度为110℃，该材料的[]118tMpaσ=[4]钢板负偏差1C ：10.6C mm=腐蚀裕量2C ：22C mm=（双面腐蚀）3.2 筒体壁厚设计C n S 制造较难，中、低压小设备不宜采用；蝶形封头的深度可通过过渡半径加以调节，但由于蝶形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；保准椭圆形封头制造比较简单，受力状况比蝶形封头好，故该反应釜采用椭圆形封头。