缩合反应器的设计

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1、缩合反应器的设计一确定反应器类型本工段中是正丁醛在w(NaOH)=2％的溶液为催化剂的条件下，缩合成缩丁醇醛，并同时脱水得辛烯醛反应。考虑到间歇釜式反应器虽然操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产，但对于本工段而言采用间歇操作不适宜，不仅需要消耗较多的劳动力，而且间歇釜需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。因而本工段采用连续操作的釜式反应器较为合理，并且根据文献查的本工段反应器为带夹套连续釜式搅拌反应器。二确定反应器的设计条件由羰基缩合工段的模拟结果知道缩合反应器的处理量是F0=437.114Kmol/h,其中正丁醇的量为

2、FA0=329.879Kmol/h。液体的体积为V=35cum/hr，则CA0=(329.879/35)=9.425Kmol/cum即为9.425mol/l。原料处理量为Q0=(35×1000)/60=583.3L/min。查文献得知该反应在温度为125℃，压力为0.45MPa下的正丁醇的转化率为XAf=0.93。而反应器的设计压力是考虑到最危险情况下达到的最大压力，故考虑到实际生产状况以及经济的合理性等原因，这里的反应器设计压力为1MPa。设计温度亦要考虑到生产实际的可能的最高温度，故这里的设计温度为150℃。现将反应器的设计条件列如下表所示。缩合反应器的设计条件表原料处理量

3、Q0/L/min583.3正丁醛的处理量FA0/Kmol/h329.879操作温度T/℃125操作压力P/MPa0.45设计温度T/℃150设计压力P/MPa1三反应釜的相关计算（1）反应釜体积的计算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。该反应器可视为等温过程的釜式反应器，当采用搅拌器搅拌均匀时釜内各处的温度和浓度也接近均匀时，该釜式反应器可视为定态操作。查的文献【1】得知丁醛缩合脱水反应得辛烯醛的动力学方程式RA=8.182×10^6EXP[-6.245×10^4/RT]CP2.456Mol/(L·s)(1)式（1）中的RA为丁醛缩合脱水的反应速率

4、；Mol/(L·S)；R为气体常数，R=8.314J/(K·Mol)；T为反应温度，T=398K；Cp为正丁醛的浓度，mol/l；原料处理量为Q0=(35×1000)/60=583.3L/min；将该反应器视为等温理想的CSTR反应器,则反应器内的浓度等于出料口浓度，而出料口浓度CA=CA0×﹙1-XAf﹚=9.425×(1-0.93)=0.660mol/l；因为是定态操作，故其反应速率也是常数：RA=8.182×10^6EXP[-6.245×10^4/RT]CP2.456Mol/(LS)=8.182×10^6EXP[-6.245×10^4/（8.314×398）]×0.660

5、^2.456=0.0188Mol/(L·s)根据釜式反应器的物料衡算知空时：τ=Vr/Q0=（CA0×XAf)/RA=(9.425×0.93)/0.0188=466.24(s)=7.77(min)则理论体积为Vr=Q0×τ=583.3×7.77=4532.241(L)=4.53(m3)实际反应器的体积V,要比反应体积Vr大，以保证反应物料上面有一定的空间通常由下式确定V=Vr/f(2)式（2）中f为装填系数，等于0.4~0.85，一般有经验确定，也可以根据反应物料的性质不同而选择：对于沸腾或起泡沫的液体物料，可取小的系数，如0.4~0.6；对于不起泡沫或不沸腾的液体可取0.7~

6、0.85。【2】对于本物系取装填系数为0.7。则V=Vr/f=4.53/0.7=6.47(m3)（2）反应釜内筒的高度和内径由于此反应为液—液反应，故而取筒体高度H与筒体内径Di的比为H/Di=1.2；而筒体内径：Di=（(4V)/(3.14×(H/Di))）^1/3=(4×6.47)/（3.13×1.2））^1/3=1.9(m)故釜式缩合反应器的内径取Di=1900mm,选取材料为Q245R,(先假设其厚度为3~16mm),在设计温度为150℃时查文献【3】知道其在该条件下的许用应力为[σ]t=117MPa。则反应釜的内筒厚度可按下式计算(3)式（3）中PC为设计压力，MPa

7、；Di为筒体内径，mm；[σ]t为在t温度下的许用应力，MPa；ø为焊接接头系数，采用双面对焊接，局部无损探伤，取0.85；综上可得筒体计算厚度为δ=(1×1900)/(2×117×0.85－1)=9.6mm。取筒体的腐蚀裕量C2=2mm；Q245R钢板的厚度负偏差C1=0.3mm；则反应釜筒体的设计厚度δd=δ+C2=9.6+2=11.6mm；根据钢板厚度规格，可选用名义厚度δn=12mm;由于强度计算得到的罐体厚度与假设的厚度范围相同，故所作的计算有效，即取名义厚度δn=12mm是合适的