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1、学院：化工学院专业：化学工程与工艺一、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2. 实际换热面积3. 冷却水流量 六、搅拌器的选择 七、设计结果一览表错误！未定义书签。、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%. 其中原料中乙酸的浓度 CA0 =0.00175kmd/L。设计一反应器以达到要求。二、确定反应器及
2、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2反应温度为100C，反应动力学万程为 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30C,出口温度为40C,工作压力 Pcr' = 0.2MPa;反应方程为：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原料处理量：Q0 0
3、.00175 =3284.07L/h =54.73L/min24 116 0.5反应器出料口物料浓度：Ca =CA0(1-XAf) =0.00175 (1-0.5) =0.000875kmol/L反应釜内的反应速率：rA =kCA2 =17.4 0.0008752 = 1.332 10'kmol/LVrCA0 -CA0.00175 0.5仝时： =CA0XAf/rA5 =65.69 minQo1.332 10理论体积：Vr =Q0 1= 54.73X 65.69 = 3595.21L一.一.V 3595 2130.750.75取装填系数为0.75，则反应釜的实际体积为： V= = =4
4、793.6L = 4.794m32. 内筒的高度和内径由于此反应为液一液反应，故而取H/Di =1.2筒体内径D" 4V =1.72m 兀 H/D圆整并查化工机械基础附录 12,选取筒体直径 Di = 1600mm3_ _2查得此时1m局的容积为V1=2.017m , 1m高的表面积为R =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 ,内表面积 Ah =2.97m2，容积 Vh = 0.617m3一， V V筒体局度 H = = 2.06m 圆整为2.1mV因此H/Dj =2.1/1.6 5.3在11.3的范围内，故而设计
5、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100C时Q235-A材料的弹性模量 Et =2.03x105MPa取有效壁厚 =6mm，负偏差C1 = 0.8mm，腐蚀浴度C2 =2mm故名义厚度 耳=6+0.8+2=8.8mm外径 D。=1600 2 8.8=1617.6mmD1617 6临界长度 Lc=1.17D0 0 =1.17乂1617.6、= 25.66m2.1m 为短圆筒 &V 8.8252 5临界压力 pcr=2.59Et(" 0)=2.59 2.03 105 ( = 0.34MPaH/D02100
6、/16176由于 Pc=1.1K0.2=0.22MPa <pcr故设计合理= 7.8mm四、夹套的计算1.夹套的内径和高度由于n = 1600mm，所以D j = 0 +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 =(H)有效Vr -Vh3.595-0.617=1.48m二 2-1.624圆整为Hj =1.6m-6 -2. 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30C 70 C范围内许用应力板 t =113MPa设计压力pc =0.2 1.1 =0.22MPa取=0.8所以:计算壁厚、
7、=pP,t0.22 1800= 2.19mm2 卜 1 -pc 2 113 0.8-0.22圆整为-' = 2.2mm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 =Q0CAo rH =5473 0.00175 3 103 =4.8 103W 60由于本次反应传热为一边为恒温的传热，故：七=100 C -30 C =70 C t2 =100 C -40 C =60 C= 64.9 C .：
8、t210In In -.: t26依经验取K : 50W/(m2 C)3所以理论所需换热面积 S' = =48 10 = 1.48m2K tm 50 tm考虑15%的面积浴度，S=1.15xS=1.71m22.实际换热面积S 实=FHj 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 = 0.15Kg/s = 0.15L/SCp(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Dj =1600mm 查化工设计相关反应釜的技术指标可得:选择的搅拌器功率为 5.5KW，搅拌轴的公称直径为 95mm七、设计结果一览表反应器类型CSTR实际体积（m3）4.794内筒直径（mm）1600内筒高度（m）2.1内壁材料Q235-A夹套直径（mm）1800夹套局度（m）1.6内筒壁厚（mm）7.8夹套壁厚（mm）3.45所需换热面积（m2）1.71实际换热面积（m2 ）11.01冷却水流量（L/s ）0.15换热系数（W/（m2 C）50