乙酸乙酯反應(yīng)器設(shè)計(jì)

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1、 青 海 大 學(xué) 《化工過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)Ⅱ》 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)2.76103t乙酸乙酯反應(yīng)器設(shè)計(jì) 班 級(jí)：2013級(jí)化工2班 姓 名：鄔天貴 學(xué) 號(hào)：1320103130 前言 乙酸乙酯，又稱醋酸乙酯，分子式C4H8O2。它是一種無(wú)色透明易揮發(fā)的可燃性液體，呈強(qiáng)烈清涼菠蘿香氣和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙醇、氯仿、乙醚、甘油、丙二醇和大多數(shù)非揮發(fā)性油等有機(jī)溶劑中，稍溶于水，25℃時(shí)，1ml乙酸乙酯可溶于

2、10ml水中，而且在堿性溶液中易分解成乙酸和乙醇。水能使其緩慢分解而呈酸性。乙酸乙酯與水和乙醇都能形成二元共沸混合物，與水形成的共沸物沸點(diǎn)為70.4℃，其中含水量為6.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。與乙醇形成的共沸物沸點(diǎn)為71.8℃。還與7.8%的水和9.0%的乙醇形成三元共沸物，其沸點(diǎn)為70.2℃。 乙酸乙酯應(yīng)用最廣泛的脂肪酸酯之一，具有優(yōu)良的溶解性能，是一種較好的工業(yè)溶劑，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙醛纖維樹(shù)脂、合成橡膠等的生產(chǎn)，也可用于生產(chǎn)復(fù)印機(jī)用液體硝基纖維墨水，在紡織工業(yè)中用作清洗劑，在食品工業(yè)中用作特殊改性酒精的香味萃取劑，在香料工業(yè)中是最重要的香味添加劑，可作為調(diào)香劑的

3、組分，乙酸乙酯也可用作黏合劑的溶劑，油漆的稀釋劑以及作為制造藥物、染料等的原料。 目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求不斷增加。在人類不斷注重環(huán)保的今天，在涂料油墨生產(chǎn)中采用高檔溶劑是大勢(shì)所趨。作為高檔溶劑，乙酸乙酯在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用在持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)，在建筑、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，也會(huì)帶動(dòng)對(duì)乙酸乙酯類溶劑的需求。 工業(yè)生產(chǎn)技術(shù) 目前全球乙酸乙酯工業(yè)生產(chǎn)方法主要有醋酸酯化法、乙醛縮合法、乙醇脫氫法和乙烯加成法等。傳統(tǒng)的醋酸酯化法工藝在國(guó)外被逐步淘汰，而大規(guī)模生產(chǎn)裝置主要采用后三種方法，其中新建裝置多采用乙烯加成法。本設(shè)計(jì)采用醋酸酯化法。 醋酸酯化法 在硫酸催化劑作用下，醋酸和乙醇直接酯化生成乙酸乙酯。該工

4、藝方法技術(shù)成熟，投資少，操作簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高、硫酸對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)、副反應(yīng)多、產(chǎn)品處理困難、環(huán)境污染嚴(yán)重。目前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)仍采用醋酸酯化法生產(chǎn)乙酸乙酯。 目錄 一、工藝設(shè)計(jì)1 1.1原料液的處理量1 1.2原料液的起始濃度1 1.3反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)體積1 二、物料衡算2 三、熱量衡算3 3.1標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱3 3.2熱量衡算3 3.3換熱計(jì)算5 四、反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)5 4.1反應(yīng)器的直徑與高度5 4.2筒體的壁厚7 4.3反應(yīng)釜封頭厚度8 五、反應(yīng)釜夾套設(shè)計(jì)8

5、 5.1夾套DN、PN的確定8 5.2夾套筒體的壁厚9 5.3夾套筒體的高度10 5.4夾套的封頭10 5.5換熱面積校核10 六、反應(yīng)釜釜體及夾套壓力試驗(yàn)10 6.1釜體的水壓試驗(yàn)11 6.2夾套的液壓試驗(yàn)11 七、攪拌器12 7.1攪拌槳的尺寸與安裝位置13 7.2攪拌功率的計(jì)算14 7.3攪拌軸直徑設(shè)計(jì)15 八、反應(yīng)釜附件的選型與尺寸設(shè)計(jì)17 8.1原料液進(jìn)料管17 8.2人孔與手孔17 8.3支座17 8.4傳動(dòng)裝置17 8.5機(jī)架18 9、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表1

6、8 10、 設(shè)計(jì)心得20 參考文獻(xiàn)21 一、工藝設(shè)計(jì) 1.1原料液的處理量 根據(jù)乙酸乙酯的產(chǎn)量可計(jì)算出每小時(shí)乙酸用量為 Q==11.285kmol/h 由于原料液的組分質(zhì)量比為1:2:1.35 所以單位時(shí)間處理量為 Q0==2.888m3/h 1.2原料液的起始濃度 CA0==3.908mol/L 有質(zhì)量比可得乙醇和水的起始濃度 CB0==10.195mol/L CS0==17.586mol/L 1.3反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)體積 將速率方程轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)化率的函數(shù)

7、CA=CA0(1-XA) CB=CB0-CA0XA CR=CA0XA CS=CS0+CA0XA RA=k1(a+bXA+cXA2)CA02=k1[XA2-(1++)XA+]CA02 由上式可得 a==2.609 b=-(1++)=-5.15 c==0.658 所以：?==4.434 則：t==143.8min 所以：VR=Q0(t+t0)==9.328m3 實(shí)際體積Vt===15.547m3 （對(duì)于沸騰或鼓泡的液體物料，f可取0.4~0.6 《化學(xué)反應(yīng)工程》） 二、物料衡算 乙酸每小時(shí)進(jìn)料量為11.285kmol/h，

8、根據(jù)乙酸的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)物的初始質(zhì)量比計(jì)算出各物料的進(jìn)料和出料量。 進(jìn)料： 乙醇：Q0==29.439kmol/h 乙酸乙酯：Q0=0kmol/h 水：Q0==50.783kmol/h 出料： 乙酸：Q=11.285-11.2850.386=6.929kmol/h 乙醇：Q=29.439-11.2850.386=25.083kmol/h 乙酸乙酯：Q=11.2850.386=4.356kmol/h 水：Q=50.783+11.2850.386=55.139kmol/h 列表如下： 物料 進(jìn)料kmol/h 出料kmol/h 乙酸

9、 11.285 6.929 乙醇 29.439 25.083 乙酸乙酯 0 4.356 水 50.783 55.139 三、熱量衡算 3.1標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 以第一基準(zhǔn)為計(jì)算基準(zhǔn) 反應(yīng)方程式：CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O ?H=+輸出niHi-輸入niHi 各物質(zhì)的?Hf0及?HV(蒸發(fā)焓)查得如下：（由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版上冊(cè)查得） 乙酸：?Hf0=-487.0KJ/mol

10、 乙醇：?Hf0=-277.6KJ/mol ?HV=39.33KJ/mol 乙酸乙酯：?Hf0=-463.3KJ/mol ?HV=32.24KJ/mol 水：?Hf0=-285.9KJ/mol ?HV=40.63KJ/mol ?Hr0=輸出μi?Hf0-輸入μi?Hf0 =-（463.3+285.9）+（487.0+277.6）=15.4KJ/mol 3.2熱量衡算 從《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版上冊(cè)查出各組分在各溫度段的CP值，經(jīng)擬合呈線性關(guān)系，所以可用內(nèi)插法求得各物質(zhì)在反應(yīng)溫度段下的平均CP值。 擬合結(jié)果如下： 乙酸：y=0.1015X+

11、131.25 k2=0.9961 得CP=137.803J/(molk) 乙醇：y液=0.4845X+98.9 k2=0.9942 得CP液=124.678J/(molk) y氣=0.1558X+61.593 k2=0.9998 得CP氣=75.390J/(molk) 乙酸乙酯：y液=0.225X+164.8 k2=0.9681 得CP液=177.038J/(molk) y氣=0.272X+104.12 k2=0.9995 得CP氣=128.028

12、J/(molk) 水：y=0.0002X2-0.0136X+75.453 k2=0.9968 得CP=75.672J/(molk) 因?yàn)檫M(jìn)料溫度為25℃，所以輸入niHi=0，將上述CP值帶入計(jì)算各組分輸出焓值。 乙酸：?H1=n液dt=7.161104KJ/h 乙醇：?H2=n[液dt+?HV+氣dt]=1.194106KJ/h 乙酸乙酯：?H3=n[液dt+?HV+氣dt]=1.934105KJ/h 水：?H4=n(液dt+?HV)=2.553106KJ/h 輸出niHi=4.012106KJ/h ?H總=4.35615.

13、4103+4.012106-0=4.079106KJ/h ?H總>0，所以外界應(yīng)向系統(tǒng)提供能量。 3.3換熱計(jì)算 換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)的過(guò)熱水蒸氣由130℃降到110℃。溫差為20℃，忽略熱損失，則計(jì)算水蒸氣的用量如下： 水蒸氣的比熱容CP0： Cp0=a+(b10-2)T+(c10-5)T2+(d10-9)T3 其中a=7.7，b=0.0459，c=0.252，d=-0.859 （由《化工計(jì)算》查得） T1=130℃， T2=110℃， T==120℃ 計(jì)算得Cp0=7.7+0.180+0.389-0.052=8.217cal/(molk) 由Q=m0C

14、p0(T1-T2)得 m0===1.068105kg/h 四、反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì) 4.1反應(yīng)器的直徑和高度 在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的高徑比（H/Di）以確定罐體的直徑和高度。選擇罐體高徑比主要考慮以下兩方面因素： 1、 高徑比對(duì)攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，PαDi3，其中攪拌功率P隨釜體直徑Di的增大，而增加很多，減小高徑比只能無(wú)畏的消耗一些攪拌功率。因此一般情況下，高徑比應(yīng)選擇大一些。 2、 高徑比對(duì)傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)，H/Di越大，越有利于傳熱。 高徑比的確定通常采用經(jīng)驗(yàn)值 種類 罐體物料類型 H/

15、Di 一般攪拌釜 液—固或液—液相物料 氣—液相物料 1~1.3 1~2 發(fā)酵罐類 氣—液相物料 1.7~2.5 假設(shè)高徑比=1.3 先忽略罐底容積 Vt≈Di2H≈Di3 15.547=Di31.3 Di=2.48m 取標(biāo)準(zhǔn)Di=2.5m=2500mm 標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭設(shè)計(jì)參數(shù) 由《化工制圖》查得 公稱直徑mm 總深度mm 直邊高度mm 內(nèi)表面積m2 容積m3 25

16、00 665 40 7.089 2.242 筒體的高度 H==2.711m=2710mm 釜體高徑比的復(fù)核 ===1.1 所以，該設(shè)計(jì)滿足要求。 4.2筒體壁厚的設(shè)計(jì) 4.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 110℃下反應(yīng)器內(nèi)各物質(zhì)的飽和蒸氣壓《化工熱力學(xué)》 物質(zhì) 水 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 飽和蒸氣壓MPa 0.143 0.08 0.316 0.272 該反應(yīng)釜的操作壓力必須滿足乙醇的飽和蒸氣壓，所以取操作壓力P=0.4MPa，則取設(shè)計(jì)壓力PC=1.1P=0.44MPa。 反應(yīng)釜操作溫度為100

17、℃，設(shè)計(jì)溫度取130℃。反應(yīng)釜體材料選用Q345R。查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得該材料在130℃時(shí)的許用應(yīng)力[σ]t=189MPa。 焊縫系數(shù)取φ=1.0（雙面對(duì)接焊，100%無(wú)損探傷），腐蝕裕量C2=2mm。（取自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》） 4.2.2筒體的壁厚 計(jì)算厚度 δ===2.9134mm 因?yàn)棣?2.9134?δmin=3mm，δmin-δ?C1 所以取δ=3mm 設(shè)計(jì)厚度 δd=δ+C2=3+2=5mm 鋼板負(fù)偏差 C1=0.3mm （取自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》） 名義厚度 δn=δd+C1+?=5+0.3+?=6mm 有效厚度 δe=δn-C2-

18、C1=3.7mm 4.3釜體封頭厚度 計(jì)算厚度 δ===2.9117mm 因?yàn)棣?2.9117?δmin=3mm，δmin-δ?C1 所以取δ=3mm 設(shè)計(jì)厚度 δd=δ+C2=3+2=5mm 鋼板負(fù)偏差 C1=0.3mm （取自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》） 名義厚度 δn=δd+C1+?=5+0.3+?=6mm 5、 反應(yīng)釜夾套設(shè)計(jì) 夾套是在釜體的外側(cè)用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與釜體外壁形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻的介質(zhì)，可加熱或冷卻反應(yīng)釜內(nèi)的物料。夾套的主要結(jié)構(gòu)形式有整體夾套、半圓管夾套、和蜂窩夾套等，其適應(yīng)的溫度和壓力不

19、同。本設(shè)計(jì)采用整體夾套中的U型夾套。 5.1夾套DN、PN的確定 5.1.1夾套的DN 夾套直徑與筒體直徑之間的關(guān)系 Di /mm 700~1800 2000~3000 3000~4000 4000~5000 Dj /mm Di+100 Di+200 Di+300 Di+400 由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可得： Dj=Di+200=2500+200=2700mm 5.1.2夾套的PN 有設(shè)計(jì)條件可知夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，故可取PN=0.25MPa，由于PN?1.6MPa，所以可以選用Q235B為夾套的制作材料。 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得該

20、材料在130℃時(shí)的許用應(yīng)力[σ]t=110MPa，取焊縫系數(shù)φ=1.0（雙面對(duì)接焊，100%無(wú)損探傷），腐蝕裕量C2=2mm。 5.2夾套筒體的壁厚 計(jì)算厚度 δ===3.0717mm 設(shè)計(jì)厚度 δd=δ+C2=3.0717+2=5.0717mm 鋼板負(fù)偏差 C1=0.3mm （取自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》） 名義厚度 δn=δd+C1+?=5.0717+0.3+?=6mm 有效厚度 δe=δn-C1-C2=6-0.3-2=3.7mm 5.3夾套筒體的高度 Hj===1.44m=1440mm 5.4夾套的封頭 封頭的厚度 夾套的下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭

21、，內(nèi)徑與筒體相同。夾套上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角α=45。 計(jì)算厚度 δ===3.0699mm 設(shè)計(jì)厚度 δd=δ+C2=3.0699+2=5.0699mm 鋼板負(fù)偏差 C1=0.3mm （取自《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》） 名義厚度 δn=δd+C1+?=5.0699+0.3+?=6mm 帶折邊錐形封頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，所以取封頭的壁厚與夾套筒體壁厚一致δn=6mm 5.5傳熱面積校核 釜體下封頭的內(nèi)表面積FK=7.089m2，筒體高度H=2710mm，筒體內(nèi)經(jīng)Di=2500mm，筒體內(nèi)表面積F0=21.274m2。 總的換熱面積F總=7.

22、089+21.274=28.363m2 六、反應(yīng)釜釜體及夾套壓力試驗(yàn) 6.1釜體的水壓試驗(yàn) 6.1.1水壓試驗(yàn)的壓力 PT=1.25Pc=1.250.441=0.55MPa 6.1.2強(qiáng)度校核 σT===185.54MPa 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得Q345R的屈服極限σs=345MPa 0.9φσs=0.91.0345=310.5MPa 因?yàn)棣襎=185.54MPa?0.9φσs=310.5MPa 所以水壓強(qiáng)度足夠 6.1.3水壓試驗(yàn)的操作過(guò)程 在保持釜體表面干燥的情況下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.55MPa，保證不低于30min，然后將壓力緩

23、慢降至0.44MPa，保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄漏和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓實(shí)驗(yàn)。 6.2夾套的液壓試驗(yàn) 6.2.1水壓試驗(yàn)的壓力 PT=1.25Pc=1.250.251=0.31MPa 因?yàn)?.31MPa?P+0.1=0.35MPa，所以應(yīng)取PT=0.35MPa 6.2.2強(qiáng)度校核 σT===127.53MPa 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得Q235B的屈服極限σs=235MPa 0.9φσs=0.91.0235=211.5MPa 因?yàn)棣襎=127.

24、53MPa?0.9φσs=211.5MPa 所以水壓強(qiáng)度足夠 6.2.3水壓試驗(yàn)的操作過(guò)程 在保持夾套表面干燥的情況下，首先用水將夾套內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.35MPa，保證不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.25MPa，保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄漏和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將夾套內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干夾套。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓實(shí)驗(yàn)。 七、攪拌器 在反應(yīng)釜中，為增快反應(yīng)速率，強(qiáng)化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強(qiáng)混合等作用，常裝有攪拌裝置，攪拌裝置通常包括攪拌器和攪拌軸。攪拌軸由電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸直接帶動(dòng)

25、或經(jīng)過(guò)減速機(jī)減速后間接帶動(dòng)。 攪拌設(shè)備規(guī)模、操作條件及液體性質(zhì)覆蓋面非常廣泛，選型時(shí)考慮的因素主要有兩方面。一是介質(zhì)的黏度，一是攪拌過(guò)程的目的和攪拌器能造成的流動(dòng)形態(tài)。 根據(jù)漿葉的結(jié)構(gòu)，常用的攪拌器有：漿式、框式、錨式、渦輪式、推進(jìn)式等。因?yàn)樵摂嚢杵髦饕菫榱藢?shí)現(xiàn)物料的均相混合，所以，推進(jìn)式、漿式、渦輪式等都可以選擇。本次設(shè)計(jì)選用渦輪式攪拌器。 7.1攪拌槳的尺寸與安裝位置 攪拌槳的葉輪直徑與反應(yīng)釜的筒體直徑比一般為0.2~0.5，一般取為0.33，所以葉輪的直徑 d=0.33Di=0.332500=825mm，取d=850mm 由《壓力容器與過(guò)程設(shè)備》一書可查得： 葉輪直徑d：

26、葉輪葉長(zhǎng)度l：葉輪葉片寬度W=20:5:4 葉輪距槽底的安裝高度h1=0.7~1.6d 則由上述數(shù)據(jù)可計(jì)算： 葉輪的葉長(zhǎng)度 l=0.25d=212.5mm，取l=220mm 葉輪的葉片寬度 W=0.2d=170mm 葉輪距槽底的安裝高度 h1=1.0d=850mm 擋板數(shù)目設(shè)計(jì)為6個(gè)，垂直安裝在槽壁上并從槽壁延伸至液面上，擋板寬度一般可取容器直徑的0.1倍 Wb=0.1Di=250mm 槳葉數(shù)設(shè)計(jì)為6片，葉端速度設(shè)計(jì)為4.0m/s（中度攪拌），則攪拌器的轉(zhuǎn)速為： n===1.50r/s 為了消除可能出現(xiàn)的打旋現(xiàn)象，強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱，安裝6片寬度為0.25

27、m的擋板，全擋板的條件判斷如下： ()1.2nb=0.379?0.35 所以，符合全擋板條件 7.2攪拌功率的計(jì)算 由《化工原理》第三版上冊(cè)計(jì)算方法計(jì)算。 由《化工原理》第二版上冊(cè)查得各物質(zhì)的黏度計(jì)算公式 μ=ATB lgμ=A+B/(C-T) 物料 A B C 乙醇 -5.5972 -846.95 -24.124 乙酸 1.2106106 -3.6612 —— 乙酸乙酯 -4.8721 -452.07 -3.4748 各物料的黏度計(jì)算結(jié)果如下 μ乙醇=0.343mPa/s μ乙

28、酸=0.465mPa/s μ乙酸乙酯=0.213mPa/s μ水=0.2838mPa/s （直接可查得） 對(duì)于非締合液體混合物的黏度，可采用下式計(jì)算： lgμm=Xilgμi 反應(yīng)之前: lgμm1=lg0.465+lg0.343+lg0.2838 =-0.0410-0.1495-0.3036=-0.4941 μm1=0.321mPa/s 反應(yīng)之后： lgμm2=lg0.465+lg0.343+lg0.2838+lg0.213 =-0.0252-0.1274-0.3332-0.0320=-0.5178 μm2=0.304mPa/s 平均

29、黏度 μm=（μm1+μm2）/2=0.3125mPa/s 雷諾準(zhǔn)數(shù) Re===3.537106 由于Re很大，處于湍流區(qū)，所以應(yīng)該安裝擋板以消除打旋現(xiàn)象。 由《壓力容器與過(guò)程設(shè)備》查得，當(dāng)Re=3.537106時(shí)，NP=6.0 則，攪拌功率為： P=NPρn3d5=9.16KW≈10KW 7.3攪拌軸直徑的設(shè)計(jì) 7.3.1攪拌軸的選材與直徑的計(jì)算 攪拌軸材料一般是經(jīng)過(guò)軋制或鍛造經(jīng)切削加工的碳素鋼或合金鋼，對(duì)于直徑較小的軸，可用圓鋼制造。本設(shè)計(jì)中軸不是很大，所以可以選用圓鋼制造的軸。奧氏體型不銹耐酸鋼有較高的抗晶間腐蝕能力，對(duì)一些有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸具有良好的耐腐蝕性能。

30、本設(shè)計(jì)中的物料中有乙酸，因此攪拌軸的材料選用奧氏體型不銹耐酸鋼1Cr18Ni9Ti。 電動(dòng)機(jī)的功率P=10KW，攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=90r/min，材料選用1Cr18Ni9Ti，[τ]=25MPa，剪切彈性模量G=8.1104MPa，許用單位扭轉(zhuǎn)角[θ]=1o/m。 外力矩： m[Nm]=9.553103=955310/90=1061Nm 利用截面法： MTmax=m=1061Nm 由τmax=≦[τ]得 WP≧1061/25=42440Nmm/MPa 攪拌軸為實(shí)心軸，則抗扭截面模量為WP=0.2d3≧42440 d≧59.65 可取d=60mm 7.3.

31、2攪拌軸剛度的校核 θmax=103 IP= 剛度校核必須滿足：θmax≦[θ]，即： d≧=52.60mm 所以攪拌軸的直徑取d=60mm滿足要求。 7.3.3攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速校核 由于攪拌軸的轉(zhuǎn)速取n=90r/min?200r/min，故可以不作臨界轉(zhuǎn)速校核。 八、反應(yīng)釜附件的選型與尺寸設(shè)計(jì) 8.1原料液進(jìn)料管 已知原料液每小時(shí)處理量為Q0=2.888m3/h，要求原料要在15分今晚，所以則Q0=2.8884=11.552m3/h 設(shè)進(jìn)料速率為u=1.5m/s，則進(jìn)口管的直徑為： d===0.052m=52mm 圓整后取d=55mm 因此選用φ764mm的無(wú)縫鋼管

32、。 8.2人孔及手孔 為檢查壓力容器在使用過(guò)程中是否出現(xiàn)問(wèn)題，以及方便清潔和維修，壓力容器常常開(kāi)設(shè)人孔或手孔。 由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》查得開(kāi)設(shè)人孔或手孔的相關(guān)規(guī)定如下： Di/mm 檢查孔最少數(shù)量 人孔 手孔 300?Di≦500 手孔2個(gè) 圓孔φ75、長(zhǎng)圓孔 7550 500?Di≦1000 Di?1000 人孔1個(gè)，當(dāng)容器無(wú)法開(kāi)人孔時(shí)：手孔2個(gè) 圓形φ400、長(zhǎng)圓形：400250、380280 圓孔φ100、長(zhǎng)圓孔 10080 圓孔φ150、長(zhǎng)圓孔 150100 所以，

33、可開(kāi)設(shè)人孔1個(gè)或手孔2個(gè)，尺寸見(jiàn)上表。 8.3支座 夾套反應(yīng)釜采用立式安裝，采用耳式支座分為A型和B型兩種，此設(shè)備需要保溫110℃時(shí)選用B型。支座數(shù)設(shè)計(jì)為4個(gè)。 8.4傳動(dòng)裝置 攪拌器有一定的轉(zhuǎn)速要求，這需電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)裝置通常設(shè)置在反應(yīng)釜的頂部，采用立式布置。電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)將轉(zhuǎn)速減到工藝要求的攪拌轉(zhuǎn)速，再通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)。減速機(jī)下設(shè)機(jī)座，以便按在反應(yīng)釜的封頭上。由于考慮到傳動(dòng)裝置與軸封裝置安裝時(shí)要求保持一定的同心度以及裝卸維修的方便，常在封頭上焊接一個(gè)底座，整個(gè)傳動(dòng)裝置連機(jī)座及軸封裝置儀器安裝在這底座上。 8.5機(jī)架 機(jī)架是用來(lái)支撐減速機(jī)和傳動(dòng)軸的，軸承箱

34、也歸屬于機(jī)架。機(jī)架有單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架兩種。雙支點(diǎn)機(jī)架使用與攪拌軸載荷較大，對(duì)攪拌密封裝置要求較高的場(chǎng)合。對(duì)于中等載荷條件，且又可將減速機(jī)出軸的軸承作為另一個(gè)支點(diǎn)、或者在釜體內(nèi)設(shè)置有中間軸承且可作為一個(gè)支點(diǎn)時(shí)，可選用單支點(diǎn)機(jī)架。 九、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 項(xiàng)目 數(shù)值 操作壓力MPa 0.4 設(shè)計(jì)壓力MPa 0.44 操作溫度℃ 100 設(shè)計(jì)溫度℃ 130 設(shè)計(jì)體積m3 9.328 實(shí)際體積m3 15.547 反應(yīng)釜體直徑mm 2500

35、 夾套筒體直徑mm 2700 反應(yīng)釜體高度mm 2710 夾套筒體高度mm 1440 反應(yīng)釜體壁厚mm 6 夾套壁厚mm 6 反應(yīng)釜體選材 Q345R 夾套選材 Q235B 傳熱量KJ/h 4.079106 攪拌器葉輪直徑m 0.85 攪拌器葉輪寬度m 0.17 葉輪距槽底高度m 0.85 葉輪轉(zhuǎn)速r/s 1.5 攪拌軸直徑mm 60 攪拌功率KW 10 人孔 φ400

36、 1個(gè) 十、設(shè)計(jì)心得 本次課程設(shè)計(jì)主要是結(jié)合《化學(xué)反應(yīng)工程》與《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》兩門課程的內(nèi)容與特點(diǎn)所進(jìn)行的一次模擬設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)從理論結(jié)合實(shí)際，對(duì)我們的學(xué)習(xí)與知識(shí)的綜合運(yùn)用有很大的幫助。同時(shí)，通過(guò)做課程設(shè)計(jì)，我們不僅熟練了本次課題的設(shè)計(jì)計(jì)算，而且通過(guò)分析課題、查閱資料、小組討論、方法比較等，讓我們對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)有了初步的了解與認(rèn)知。對(duì)我們養(yǎng)成獨(dú)立解決問(wèn)題有極大的幫助，并為我們以后從事這個(gè)行業(yè)做好鋪墊。 本次課程設(shè)計(jì)雖然在開(kāi)始的時(shí)候遇到了很多困難，但通過(guò)和同學(xué)們的討論和溝通，我很快就可以基本解決這些問(wèn)題。通過(guò)查閱資料，讓我對(duì)各種知識(shí)的運(yùn)用與理解的能力有了顯著的提高。相較上兩次課程設(shè)計(jì)，本次課程設(shè)計(jì)完成的更完美、更成熟，而且讓我在設(shè)計(jì)方面的能力有了顯著的增長(zhǎng)。為以后更好的適應(yīng)工作與生活起了很大的作用。 參考文獻(xiàn) [1]：《化工原理》第二版上冊(cè) [2]：《化學(xué)反應(yīng)工程》第五版 [3]：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第四版 [4]：《化工計(jì)算》 化學(xué)工業(yè)出版社 [5]：《化工制圖》第二版 [6]：《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版上冊(cè) [7]：《化工熱力學(xué)》化學(xué)工業(yè)出版社 [8]：《化工原理》第三版上冊(cè)