反应釜设计作业.doc

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1、1.1工艺条件一、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%.其中原料中乙酸的浓度。设计一反应器以达到要求。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。设计一反应器以达到要求。二、确定反应器及各种条件选用连续釜式反应器，取，查资料得：可取反应温度为100℃，反应动力学方程为（A为乙酸）搅拌釜内的操作压力为；夹套内为冷却水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，工作压力;反应方程为：1.体积由于该反应为液相反应，物

2、料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。原料处理量：反应器出料口物料浓度反应釜内的反应速率：空时：理论体积：取装填系数为0.75，则反应釜的实际体积为：1.2釜体设计1.2.1釜体材料的选择16MnR它属于强度用钢，是345MPa级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能极低温冲击韧性。中低温时机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，使用温度在-40~475℃的场合，在石油化工设备、锅炉、压力容器中广泛使用。鉴于16MnR能够满足材料的使用性能、工艺性能和经济性能，并且适合本次设备设计，所以本次设计

3、釜体的材料选用16MnR。1.2.2釜体结构型式的选择筒体：圆柱形罐底的结构形状：椭圆形顶盖的结构形状：椭圆形顶盖连接方法：可拆换热器形式：U形夹套1.2.3釜体直径及高度计算⑴釜体直径的计算根据实践经验，集中反应釜的H/D如表3-1所示。表1-1反应釜的H/D值种类釜内物料类型H/D一般反应釜液—液相或液—固相物料1~1.3气—液相物料1~2发酵罐类气—液相物料1.7~2.5在确定反应釜直径及高度时，还根据反应釜操作时所允许的装料程度—装料系数η等予以综合考虑，通常装料系数η可取0.6~0.85；如果物料在反应过程中

4、产生泡沫或成沸腾状态，应取较低值，一般为0.6~0.7；若反应状态平稳，可取0.8~0.85（物料粘度大时，可取最大值）。因此，釜体容积V与操作容积V应有如下关系：V=ηV工程实际中，要合理选用装料系数，以尽量提高设备利用率。对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之和，根据釜体容积V和物料性质，选定H/D值，估算筒体内径D。=可得D=1620mm式中：V—釜体容积，m³（本次设计的釜体容积为4m³）；H—筒体高度，m；D—筒体内径，m；H/D由表1.1得，并根据实际情况取H/D=1.2。将计

5、算结果圆整为标准直径，的D=1600mm。⑵釜体高度的计算对于直立式反应釜，其圆柱部分筒体的高度H。=式中：V—釜体容积，m³（本次设计的釜体容积为4m³）；V—下封头所包含的容积，V=0.617m³；可从标准查得。V—筒体每一米高的容积，V1=0.950m³；可从标准查得。⑶H/D校核：所以合格V1==3.141.61.61.7=3.416m³V=V1+V=3.416+0.617=4.033>4m³所以釜体容积合理⑷釜体的装料量η—装料系数且η取0.7；V—釜体容积；V=ηV=4.030.7=2.821m³1.2.4

6、釜体厚度计算由于釜内承受1.0Mpa压力，而夹套承受0.5Mpa压力，所以筒体的厚度有以下几种情况：1.只受1.0Mpa内压1)确定壁厚2)因为=1.1Pw=1.11.0=1.1MpaC=C+C=0.6+1.5=2.1mm将计算结果圆整，取—设计压力；—筒体内径；—名义厚度；—有效厚度；1)验算最小壁厚对于压力较低的容器，按强度计算出来的壁厚很薄，往往会给制造和运输、吊装带来困难，为此对壳体元件规定了不包括腐蚀裕量的最小厚度。对于碳素钢、低合金钢制的容器，不小于3mm；对于高合金钢不小于2mm。将计算结果圆整，取而所以

7、，取壁厚。2)校核水压试验强度因为=1.1Pw=1.11.0=1.1MpaP=1.25P0.9显然，故水压试验强度足够。—设计压力；—实验压力；—计算应力；—屈服应力；—焊接接头系数；1.2.5封头的选型尺寸确定1.2.5.1封头的选型椭圆形封头，如图3-2所示，是由半个椭球面和一个短圆筒组成，由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压和成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。受内压椭圆形通体封头中的应力，包括由内压引起的薄膜应力和封头与圆筒连接处不连

8、续应力，都与椭圆封头长轴与短轴的比例有关。目前，工程上一般都采用限制椭圆形封头最小厚度的方法，如GB150规定标准椭圆封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%。图2-1椭圆形封头示意图Fig2-1EllipticalheadMap1.2.5.2封头的厚度计算1.上封头厚度的计算1）