年产5000t乙酸乙酯釜式反应器设计

年产5000t乙酸乙酯釜式反应器设计 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。

1 设计任务及条件 1.1设计任务及条件 乙酸乙酯酯化反应的化学式为：
CH3COOH+C2H5OH=====CH3COOC2H5+H2O A B R S 1、 原料中反应组分的质量比为：A：B：S=1：2：1.35，反应液的密度为1020Kg/m3，并假定在反应过程中不变。生产时间：连续生产8000小时/年，间隙生产6000小时/年。反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下 rR=k1(CACB－CRCS/K) [1] 100℃时，k1=4.76×L/(mol·min),平衡常数K=2.92。乙酸的转化率XA=0.39，反应器的填充系数f=0.8，为此反应设计一个反应器。

2工艺设计 2.1原料的处理量 按间歇生产计算 根据乙酸乙酯的产量可计算出每小时的乙酸用量为（物料损耗5%）
Q=4690X103/(88X6000X0.39X0.95)=23.975kmol/h 所以单位时间处理量为Q1 Q1=(23.975X60X4.35)/1020=6.135m3/h 硫酸用量为总流量的1% Q0= Q1/0.99=6.197 m3/h 原料液起始浓度 CA0=23.975/6.197=3.869 mol/L 乙醇和水的起始浓度 CB0=3.869x60x2/46=10.093 mol/L CS0=3.869x60x1.35/18=17.411 mol/L 将速率方程变成转化率的函数 其中 a==2.609 b=-(1++)=-5.15 c=1-1/K=0.6575 =4.8475 反应时间 =1/(4.74x10-4x3.869x4.8475)xln(((-5.15+4.8475)x0.39+2x2.609)/ (-5.15-4.8475)x0.39+2x2.609) =152.12 min 反应体积 Vr=Q0(t0+t)=6.197x(152.12/60+0.5)=18.81m3 实际体积 V= Vr/f=18.81/0.8=23.513 m3 按连续生产计算 根据乙酸乙酯的产量可计算出每小时的乙酸用量为 Q=4690x103/(0.95x88x8000x0.39)=17.981 kmol/h 原料组成 A：B:S=1:2:1.35 所以单位时间处理量为Q1 Q1=17.981x60x4.35/1020=4.601m3/h 硫酸用量为总流量的1%， 所以 Q0= Q1/0.99=4.647 m3/h 原料液起始浓度 CA0=17.981/4.647= 3.868mol/L 乙醇和水的起始浓度 CB0==10.091mol/L CS0==17.406 mol/L 将速率方程变成转化率的函数 a==2.61 b=-(1++)= -5.15 c=1-1/K=0.6575 反应体积 Vr = =5.658×10-3 mol/(L min)3. =0.339 kmol/(m3 h) Vr= 设计方案比较 (1) 乙醇脱氢法 采用铜基催化剂使乙醇脱氢生成粗乙酸乙酯，经高低压蒸馏除去共沸物，得到纯度为99.8%以上乙酸乙酯。

2 CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3+ H2 (2) 乙烯加成法 在以附载在二氧化硅等载体上的杂多酸金属盐或杂多酸为催化剂的存在下，乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。

CH2 CH2+ CH3COOH⇌CH3COOCH2CH3 该反应乙酸的单程转化率为66%，以乙烯计乙酸乙酯的选择性为94%。Rhone-Poulenc 、昭和电工和BP等跨国公司都开发了该生产工艺。

传统的醋酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰, 而大规模生产装置主要采用乙醛缩合法、乙醇脱氢法和醋酸/ 乙烯加成法,其中新建装置多采用醋酸/ 乙烯加成法。我国醋酸乙酯则主要采用醋酸酯化法进行生产。

综上所述：鉴于我国在乙酸乙酯的合成技术与国际水平相比相对落后，运用乙醛缩合法、乙烯加成法、乙醛缩合法等方法合成乙酸乙酯的技术还不是很成熟，而且本次设计的年产量不是很大，转化率只有37%，要求不是很高。所以，选用酯化法合成工艺即可满足设计要求，也符合我国国情。

(3) 乙醛缩合法 在催化剂乙醇铝的存在下，两个分子的乙醛自动氧化和缩合，重排形成一分子的乙酸乙酯。

2CH3CHO→CH3COOCH2CH3 该方法20世纪70年代在欧美、日本等地已形成了大规模的生产装置，在生产本和环境保护等方面都有着明显的优势。

通过间歇式和连续式的对比，间歇生产的反应体积18.81m3，连续的反应体积为20.17 m3 还有处理量也不是很大，生产量也不是很大所以选间歇式比较合算，并以此设计工艺流程及设备。

物料衡算 根据乙酸的每小时进料量为23.975kmol/h，在根据它的转化率和反应物的初始质量比算出各种物质的进料和出料量，具体结果如下表：
3.3能量衡算 3.3.1热量衡算总式 式中：进入反应器无聊的能量， ：化学反应热， ：供给或移走的热量，有外界向系统供热为正，有系统向外界移去热量为负， ：离开反应器物料的热量， 3.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值 对于气象物质，它的气相热容与温度的函数由下面这个公式计算：
[2] 各种液相物质的热容参数如下表[3]：
液相物质的热容参数 物质 A B×10/K C×10/K D×10/K 乙醇 59.342 36.358 -12.164 1.8030 乙酸 -18.944 109.71 -28.921 2.9275 乙酸乙酯 155.94 2.3697 -1.9976 0.4592 水 92.053 -3.9953 -2.1103 0.53469 由于乙醇和乙酸乙酯的沸点为778.3℃和77.1℃，所以：
(1) 乙醇的值 =59.342+36.358×10×351.5-12.164×10×351.5+1.8030×10×351.5 =59.342+127.798-150.289+78.302 =115.153 (2) 乙酸乙酯的值 =155.94+2.3697×10×350.2-1.9976×10×350.2+0.4592×10×350.2 =155.94+8.297-24.499+19.713 =159.451 (3) 水的值 =92.053-3.9953×10×373-2.1103×10×373+0.53469×10×373 =92.053-14.902-29.360+27.748 =75.539 (3) 乙酸的值 =-18.944+109.71×10×373-28.921×10×373+2.9275×10×373 =139.8223 3.3.3各种气象物质的参数如下表 气相物质的热容参数[4] 物质 A B×103 C×103 D×103 乙醇 4.396 0.628 5.546 -7.024 乙酸乙酯 10.228 -14.948 13.033 -15.736 (1) 乙醇的值 =4.396+0.628×10×351.5+5.546×10×351.5-7.024×10×351.5+2.685×10×351.5 =(4.396+0.234+7.716-3.645+0.520)8.314 =76.663 (2) 乙酸乙酯的值 =(10.228-5.576+18.133-8.166+1.161)8.314 =131.195 3.3.4每摩尔物质在100℃下的焓值 (1) 每摩尔水的焓值 (3) 每摩尔的乙醇的焓值 (4) 每摩尔乙酸的焓值 (5) 每摩尔乙酸乙酯的焓值 3.3.5总能量衡算 （1）的计算 （2）的计算 （3）的计算 因为：
即：++= 求得：=393384.9 >0，故应是外界向系统供热。

3.3.6换热设计 换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130℃降到110℃，温差为20℃。

3.3.7水蒸气的用量 忽略热损失，则水的用量为 [5] = =22169.05 Kg/h 4反应釜釜体设计 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的高径比（H/Di），以确定罐体的直径和高度。选择罐体高径比主要考虑以下两方面因数：
1、 高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，（其中D—搅拌器直径，P—搅拌功率），P随釜体直径的增大，而增加很多，减小高径比只能无谓地消耗一些搅拌功率。因此一般情况下，高径比应选择大一些。

2、 高径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越大，越有利于传热。

高径比的确定通常才用经验值表 假定高径比为H/Di=1.3，先忽略罐底容积 V=πDi2H/4=1.3πDi3/4=23.513 m3 解得：Di=2846mm 取标准Di=2900 mm 筒体的高度 =4(23.513-3.18)/(3.14×2.92)=3100mm 釜体高径比的复核 H/Di=3100/2900=1.07 满足要求 4.1筒体壁厚的设计 4.1.1设计参数的确定 表3—3 反应器内各物质的饱和蒸汽压[9] 物质 水 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 饱和蒸汽压（MPa）
0.143 0.08 0.316 0.272 该反应釜的操作压力必须满足乙醇的饱和蒸汽压所以去操作压力P=0.4MPa，该反应器的设计压力 PL≈ρgH=1020×9.807×3.1=0.031 MPa PL/ Pw1.1=0.031/0.44=7.04%>5% 所以液体静压不能忽略 4.1.2该反应器的计算压力 Pc=Pw1.1+ PL =1.1×0.4+0.031MPa=0.471MPa 该反应釜的操作温度为100℃，设计温度为120℃。

由此选用16MnR卷制 16MnR材料在120℃是的许用应力[σ]t=170MPa 焊缝系数的确定 取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊，100％无损探伤）
腐蚀裕量C2=2mm 4.1.3筒体壁厚的设计 计算厚度S =0.471x2900/（2x170x1-0.471）=4.0229mm 钢板负偏差 设计厚度Sd Sd =S+ C2=4.0229+2=6.0229 mm 名义厚度等于设计厚度加上钢板负偏差 等于6.3229 mm 钢制容器的制造取壁厚——详见《化工机械基础》
圆整取标准 Sd =8 mm 4.1.4釜体封头设计 本设计选用椭球型封头 计算压力 Pc=0.47MPa 该反应釜的操作温度为100℃，设计温度为120℃。

由此选用16MnR卷制 16MnR材料在120℃是的许用应力[σ]t=170MPa 焊缝系数的确定 取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊，100％无损探伤）
腐蚀裕量C2=2mm 钢板负偏差 C1=0.25mm 用标准椭球型封头参数 公称直径（mm）
曲面高度（mm）
直边高度（mm）
内表面积（m2）
容积（m3）
2800 700 50 8.91 3.18 计算厚度 =0.471x2900/(2x170x1-0.5x0.471)=4.02 钢板负偏差 设计厚度 =4.02+2=6.02 名义厚度 按钢制容器的制造取壁厚 4.1.5外压封头壁厚的设计 1.设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同，即设计外压=0.1。

封头壁厚的计算 设封头的壁厚=12，则：=–= 12-2.25=9.75（），对于标准椭球形封头=0.9，＝0.9×2800=2520，=2520/9.75=258.462 计算系数：A=0.125/(Ri/Se)=0.125/258.462=4.84×10-4 根据材料的外压应力B曲线图，在图的水平坐标上找到=4.84×10-4点，由该点作竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再作水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为值为：≈62、=2.00×105 根据=得 [P]= 62/258.426=0.23mm 因为＝0.1<＝0.23，所以假设＝12偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取＝12。

4.1.6反应釜夹套的设计 夹套DN、PN的确定 夹套的DN 由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：
Dj=Di+200=2900+200=3100mm 4.1.7夹套的PN 由设备设计条件可知，夹套内介质的工作压力为常压，取PN=0.25MPa，由于压力不高所以夹套的材料选用Q235—B卷制 Q235—B材料在120℃是的许用应力[σ]t=113MPa 焊缝系数的确定 取焊缝系数φ=1.0（双面对接焊，100％无损探伤）
腐蚀裕量C2=2mm 4.1.8夹套筒体的壁厚 计算厚度 =0.25x3100/(2x113x1-0.25)=3.43mm 钢板负偏差 =3.43+0.25=3.68mm 按钢制容中DN=3100mm的壁厚最小不得小于8mm所以取 夹套筒体的高度 =4x(0.8x23.513-3.18) /(3.14x2.9x2.9)=2.367m 4.1.9封头的厚度 夹套的下封头选标准椭球封头，内径与筒体（）相同。夹套的上封头选带折边形的封头，且半锥角。

计算厚度 =0.25x3100/(2x113x1-0.5x0.25)=3.43 钢板负偏差 设计厚度 =3.43+2=5.43mm 按钢制容中DN=3100mm的壁厚最小不的小于8mm所以取 带折边锥形封头的壁厚 考虑到风头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体壁厚一致，即 5传热面积校核 由于反应釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不短进行，且会引起反应釜内的温度升高。为防止反应釜内温度过高，在反应釜的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果反应釜内进行的是吸热反应，则需进行传热面积的校核。

6.1反应釜釜体及夹套的压力试验 6.1.1釜体的水压试验 水压试验压力的确定 由反应釜设计条件单可知，反应釜材料为16MnR在120℃是的许用应力[σ]t=[σ]=170MPa 液压试验的压力：
液压试验的强度校核 =0.55x(2900+0.97)/(2x0.97)=82.24MPa 16MnR的屈服极限 σT =82.24MPa<0.9σsФ=310.5 MPa 由故液压强度足够。

6.1.2压力表的量程、水温及水中浓度的要求 压力表的最大量程：P表=2=2×0.55=1.1,或1.5PT P表4PT 即0.825MPa P表2.2 水温≥15℃ ，水中浓度≤25 6.1.3水压试验的操作过程 操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.55，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.44，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。

6.2釜体的气压试验 气压试验压力的确定 气压试验的压力：
PT =1.1p=1.1×0.44×1.0=0.484 MPa 气压试验的强度校核 =0.484x(2900+9.7)/(2x9.7)=72.6 MPa 16MnR的屈服极限 0.8σsФ=0.8×345×1.0=276 MPa σT =72.6MPa<0.8σsФ=276 MPa 故气压强度足够＼ 7.搅拌器的选型 搅拌设备规模、操作条件及液体性质覆盖面非常广泛，选型时考虑的因素很多，但主要考虑的因素是介质的黏度、搅拌过程的目的和搅拌器能造成的流动形态。

同一搅拌操作可以用多种不同构型的搅拌设备来完成，但不同的实施方案所需的设备投资和功率消耗是不同的，甚至会由成倍的差别。为了经济高效地达到搅拌的目的，必须对搅拌设备作合理的选择。根据介质黏度由小到大，各种搅拌器的选用顺序是推进式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式。

根据搅拌目的选择搅拌器的类型：均相液体的混合宜选推进式，器循环量大、耗能低。制乳浊液、悬浮液或固体溶解宜选涡轮式，其循环量大和剪切强。气体吸收用圆盘涡轮式最适宜，其流量大、剪切强、气体平稳分散。对结晶过程，小晶粒选涡轮式，大晶粒选桨叶式为宜。根据以上本反应釜选用圆盘式搅拌器。

7.1搅拌桨的尺寸及安装位置 叶轮直径与反应釜的直径比一般为0.2 ~0.5[12]，一般取0.33，所以叶轮的直径=0.33x2900=957，取；

叶轮据槽底的安装高度；

叶轮的叶片宽度，取；

叶轮的叶长度，取；

液体的深度 和；
HL=1.0Di=2800mm 挡板的数目为4，垂直安装在槽壁上并从槽壁地延伸液面上，挡板宽度 桨叶数为6，根据放大规则，叶端速度设为4.3m/s,则搅拌转速为：
，取 7.2搅拌功率的计算 采用永田进治公式进行计算：
[13] 由于数值很大，处于湍流区，因此，应该安装挡板，一小车打旋现象。功率计算需要知到临界雷诺数，用代替进行搅拌功率计算。可以查表上湍流一层流大的转折点得出。查表知：
所以功率：，取 7.3搅拌轴的的初步计算 7.3.1搅拌轴直径的设计 （1）电机的功率＝24 ，搅拌轴的转速＝90，根据文献取用材料为1Cr18Ni9Ti ， []＝40，剪切弹性模量＝8.1×104，许用单位扭转角[]＝1°/m。

由得：= 利用截面法得：
=（）
由 得：= 搅拌轴为实心轴，则：= ≥68.29mm 取＝70mm （2）搅拌轴刚度的校核：由 刚度校核必须满足：
，即：
所以搅拌轴的直径取＝70mm满足条件。

7.3.2搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速=90＜200，故不作临界转速校核计算。

7.4联轴器的型式及尺寸的设计 由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。标记为：40 HG 21570—95。

8.反应釜附件的选型及尺寸设计 8.1釜体法兰连接结构设计 设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。

法兰的设计 根据＝2900mm、＝0.6，由于筒径较大很难找到适合的压力容器法兰。所以选用。确定法兰的类型为乙型平焊法兰。材料：16MnR 图8—1乙型平焊法兰 表8—1 法兰结构尺寸 公称直径DN/ 法兰/ 螺栓 规格 数量 2800 2860 2915 2876 2856 2853 96 27 M24 76 （以上数据来源有点问题）
8.2密封面形式的选型 根据＝0.6＜1.6、介质温度120℃和介质的性质，由文献【6】表16－14 可知密封面型式为光滑面。

垫片的设计 由文献【6】表331页16-14得垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板（GB/T539），文献【7】表8-5可确定其结构及尺寸，见图 图8—2垫片的结构 8—2垫片的尺寸 2850 2800 5 8.3螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料 本设计选用六角头螺栓（C级、GB/T5780-2000）、Ⅰ型六角螺母（C级、GB/T41-2000）
平垫圈（100HV、GB/T95-2002）
螺栓长度的计算：
螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度确定。

其中=96、=5、=30、=3、螺栓伸出长度取=0.4×27 螺栓的长度为：
=2×96+5+30+6+10.8=237.8 取＝240 螺栓标记：
GB/T5780-2000 M24 8.4接管及其法兰选择 水蒸气进口管：108×4，L=200mm，10号钢 法兰：PN0.6 DN100 HG 20592-97 冷却水出口管：57×3.5，L=150 mm，无缝钢管 法兰：PN0.6 DN50 HG 20592-97 乙酸进料管 乙酸每小时体积流量为q=23.975×60÷1020=1.41m3/h，但所有原料液需在1/2h 进完， 则进料的体积流量为:q0=1.41×2=2.82m3/h 设进料的速率为u=1.5m/s，则进口管料的直径为 d==26.32 mm。

圆整之后取27mm。

因此采用φ32×2.5mm无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内L=150mm长度。配用突面板式平焊管法兰：N0.25 DN32 HG20952-97 乙醇进料管 乙醇每小时体积流量为q=34.31×46÷1020=1.547m3/h，但所有原料液需在1/2h 进完， 则进料的体积流量为:q0=1.547×2=3.095m3/h 设进料的速率为u=1.5m/s，则进口管料的直径为 d==26.99 mm。

圆整之后取27mm。

因此采用φ32×2.5mm无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内L=160mm长度。配用突面板式平焊管法兰：PN0.25 DN40 HG20952-97 水进料管 水每小时体积流量为q=33.366×18÷1020=0.589m3/h，但所有原料液需在1/2h 进完， 则进料的体积流量为:q0=0.589×2=1.178m3/h 设进料的速率为u=1.5m/s，则进口管料的直径为 d==16.61mm。

圆整之后取17mm。

因此采用φ20×1.5mm无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内L=120mm长度。配用突面板式平焊管法兰：PN0.25 DN20 HG20952-97 硫酸进料管 硫酸每小时体积流量为q=6.367×1%=0.06367m3/h，但所有原料液需在1/2h 进完， 则进料的体积流量为:q0=0.06367×2=0.012734m3/h 设进料的速率为u=1.5m/s，则进口管料的直径为 d==2.1mm。

圆整之后取6mm。

因此采用φ10×2mm无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内L=120mm长度。配用突面板式平焊管法兰：PN0.25 DN10 HG20952-97 总物料进口 总物料每小时体积流量为q=6.197m3/h，但所有原料液需在1/2h 进完， 则进料的体积流量为:q0=6.197×2=12.394m3/h 设进料的速率为u=1.5m/s，则进口管料的直径为 d==54.91mm。

圆整之后取55mm。

因此采用φ65×5mm无缝钢管，管的一端切成45°，伸入罐内L=200mm长度。配用突面板式平焊管法兰：PN0.25 DN65 HG20952-97 温度计接管：45×2.5，L=100mm，无缝钢管 法兰：PN0.25 DN40 HG 20592-97 不凝气体排出管：32×3.5，L=100 mm，无缝钢管 法兰：PN0.6 DN25 HG 20592-97 8.5人孔设计及补强计算 由于釜体的内径=2900>900，因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检查釜体的内部结构，本设计选用不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔，其结构尺寸如图4-5所示。由文献【4】表3-4-1查得其尺寸见表、材料见表。

图8—3 A型回转盖带颈平焊法兰人孔结构 1-人孔接管；
2-螺母；
3-螺栓；
4-法兰；
5-垫片；
6-手柄；
7-法兰盖；
8-销轴；
9-开口销；
10-垫圈；
11、12、13、14-轴耳 表8—4回转盖平焊法兰进料口的尺寸 公称压力（MPa）
密封面形式 公称直径DN d w×S D D1 A B 螺栓 规格 数量 0.6 突面 450 480×6 590 550 325 150 M20×75 16 L H1 H2 b b1 b2 d 重量(kg) 200 220 102 28/30 22 26 20 88.9 补强计算 釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积为：
式中：=480-12+2×（1+6×12.5%）=472 S==(0.417x2900)/(2x170-0.5x0.417)=3.559 =1 =472×3.559+0=1680 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 8.2.1封头起补强作用金属面积的计算 式中：B=2d=2×472=944mm, B=d+2SN+2SM=477+2×12+2×6=513 mm 取两者中较大值， 故944 =12-2.25=9.75 =6-1-6×12.5%=4.25 ƒr=1 A1=(944-472)×9.75=4602 接管起补强作用金属面积的计算 其中：｛ 取其中的较小值53.22 St===(0.417x(480-12)/(2x170-0.417=0.649 =0， =392.8 焊缝起补强作用金属面积的计算 ＝18 判断是否需要补强的依据 有效补强区内起补强作用的金属面积为：
=4602+392.8+18=5012.8 被削弱的金属面积为：=684 因为=1711＜=5012.8，所以不需要补强。

8.6视镜的选型 视镜的选型 由于釜内介质压力较低（＝0.3）本设计选用两个=150mm的不带颈视镜。该类视镜具有结构简单，不易结料，窥视范围大等优点， 视镜的结构 其结构见图-6。

图8—5 视镜的结构型式 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸 查文献【8】可确定视镜的规定标记、标准图号,文献【8】表3-5-2确定其尺寸，尺寸见表8—5，视镜在封头上对称布置。

标 记：视镜Ⅱ0.6，150 标准图号：HGJ501-86-14。

表8—5 视镜的尺寸 9支座选型 夹套反应釜采用立式安装，采用耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为A型和B型两种，此设备需要保温110℃时选用B型。支座数设计为4个。

车间布置的基本原则 车间布置设计的原则有以下几点：
（1）最大限度地满足工艺生产包括设备维修的要求；

（2）有效地利用车间建筑面积(包括空间)和土地；

（3）要为车间的技术经济指标、先进合理以及节能等要求创造条件；

（4）考虑其他专业对本车间布置的要求；

（5）要考虑车间的发展和厂房的扩建；

（6）车间中所采取的劳动保护、防腐防火、防毒、防爆及安全卫生等措施是否符合要求；

（7）本车间与其他车间在总平面图上的位置合理，力求使它们之间输送管路最短，联系最方便；

（8）考虑建厂地区的气象、地质等条件；

（9）人流、物流不能交错。

车间布置的要求 车间布置涉及面较广，但大致可以归纳为以下几个方面：
（1）厂房建筑 ①厂房面积力求简单化，以利用建筑定型化和施工机械化。常用形式有直线型、长方形、T型和L型。

② 柱间距多用6×6，一般不超过12m。总跨度：多层一般≤24m，单层≤30m。

常用厂房总跨度有6m、12m、18m、24m、30m，一般有机化工车间总跨度为2～3个柱网跨度。

③层高与设备的高低、安装位置有关，一般每层4m～6m，最低不低于3.2m，净空高度不得低于2.6m以上方面尽量符合建筑模数(标准化)的要求。

④在可能情况下尽量采用露天化和敞开式设计，这样既能节省投资，又有利于通风采光、防爆、放毒等安全需要。

⑤在不影响流程情况下，较高设备集中布置，可简化厂房立体化布置，又省投资。

⑥对于笨重设备和震动设备尽量布置底楼的地面。同类设备可尽量集中。

⑦设备穿孔必须避开主梁。

⑧厂房出入口、交通道、楼梯等都需精心安排。一般厂房大门宽度要比通过的设备宽度大0.2m以上，满载的运输设备大0.6m～1.0m，单门宽一般900mm，双门宽有1200mm、1500mm、1800mm，楼梯的坡度45º～60º，主楼梯45º的较多。

（2）
生产操作 ①设备布置尽量和工艺流程一致，避免交叉往返送料，尽量采用位差送料，一般从高层到低层设备布置槽→反应设备→贮槽、重型设备和震动设备。设备间的垂直距离，要保证物料能顺利进出。

②相互有联系的设备尽量靠近，但要考虑操作、行人通道、送料及半成品堆 放等空地。

③相同、相似设备尽可能对称、集中，以利操作管理及水、电、气等供应。

主要符号一览表 V——反应釜的体积 ——筒壁的设计厚度 ——筒壁的名义厚度 ——反应器夹套筒体的高度 ——水压试验压力 ——夹套的内径 Q——乙酸的用量 ——单位时间的处理量 t——反应时间 ——反应物A的起始浓度 ——反应物的B起始浓度 ——反应物S的起始浓度 f——反应器的填充系数 ——反应釜的内径 H——反应器筒体的高度 ——封头的高度 P——操作压力 Pc——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 设计结果一览表 项目 数值 设计压力/Mpa 反应釜 0.417 夹套 0.1 设计温度/℃ 120 壁厚/mm 反应釜体 12 夹套 8 材料选型 反应釜体 16MnR 夹套 Q235-B 直径/mm 反应釜体 2900 夹套 3000 高度/mm 反应釜体 3000 夹套 2300 传热量/KJ/h 481350.95 搅拌器材料 1Cr18Ni9Ti 人孔 450mm 1个 支座 4个 搅拌器功率 24kw 反应釜体积/m3 23.51 参考文献 [李绍芬编. 《反应工程》[M]. 北京: 化学工出版社. 2000 玉玮，王立业，喻建良，化工设备机械基础，7版，大连：大连理工大学出版社，2013 王志魁编. 《化工原理》[M]. 北京: 化学工业出版社，2006. 金克新, 马沛生编. 《化工热力学》[M], 北京: 化学工业出版社. 200 涂伟萍, 陈佩珍, 程达芳编. 《化工过程及设备设计》[M]. 北京: 化学 工业出版社, 2000. 汤善甫、朱思明编，化工设备机械基础（第二版），上海：华东理工大学出版社，2004 张洪流，张茂润，化工单元操作设备设计，上海：华东理工大学出版社，2011 刁董大琴，袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册（上册），北京：化学工业出版社，2000 曲文海，压力容器与化工设备使用手册（下册），北京：化学工业出版社，2000 吴宗泽，机械设计实用手册，3版，北京：化学工业出版社，2010 王凯, 虞军编. 《搅拌设备》[M]. 北京: 化学工业出版社. 2003. 目录 前言 1 1 设计任务及条件 2 2工艺设计 2 2.1原料的处理量 2 反应时间 3 设计方案比较 5 物料衡算 6 3.3能量衡算 6 3.3.1热量衡算总式 6 3.3.2每摩尔各种物值在不同条件下的值 7 3.3.3各种气象物质的参数如下表 8 3.3.4每摩尔物质在100℃下的焓值 9 3.3.5总能量衡算 10 3.3.6换热设计 11 3.3.7水蒸气的用量 11 4反应釜釜体设计 11 4.1筒体壁厚的设计 12 4.1.1设计参数的确定 12 4.1.2该反应器的计算压力 13 4.1.3筒体壁厚的设计 13 4.1.4釜体封头设计 13 4.1.5外压封头壁厚的设计 14 4.1.6反应釜夹套的设计 15 4.1.7夹套的PN 15 4.1.8夹套筒体的壁厚 15 4.1.9封头的厚度 16 5传热面积校核 16 6.1反应釜釜体及夹套的压力试验 17 6.1.1釜体的水压试验 17 6.1.2压力表的量程、水温及水中浓度的要求 17 6.1.3水压试验的操作过程 17 6.2釜体的气压试验 17 7.搅拌器的选型 18 7.1搅拌桨的尺寸及安装位置 18 7.2搅拌功率的计算 19 7.3搅拌轴的的初步计算 19 7.3.1搅拌轴直径的设计 19 7.3.2搅拌抽临界转速校核计算 20 7.4联轴器的型式及尺寸的设计 20 8.反应釜附件的选型及尺寸设计 20 8.1釜体法兰连接结构设计 21 8.2密封面形式的选型 22 8.3螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料 22 8.4接管及其法兰选择 23 8.5人孔设计及补强计算 25 8.6视镜的选型 27 9支座选型 28 车间布置的基本原则 28 车间布置的要求 29 主要符号一览表 30 设计结果一览表 31 参考文献 32