学院：化工学院专业：化学工程与工艺目录一、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 - 3 -2.实际换热面积 - 4 -3冷却水流量 - 4 -六、搅拌器的选择 - 4 -七、 设计结果一览表 - 5 -错误!未定义书签八、参考文献、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cao= 0・00175kmol/L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(CSTR)，选用螺旋导流板夹套，取X人厂0.5,查文献资料得：可取反应温度为100°C,反应动力学方程为r = kC 2 (k = 17.4L/(kmol・min))(A为乙酸)搅拌釜AA内的操作压力为P二O.IMPa ；夹套内为冷却水，入口温度为30C,出口温度为40C, 工 cr作压力 p ' = 0.2MPa；cr反应方程为：CH COOH + CH CH CH CH OH T CH CH CH CH OOCCH + HO3 3 2 2 2 3 2 2 2 3 2三、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 x103 1原料处理量:Q =—— X x 0.00175 = 3284.07L/h = 54.73L/min0 24x116 0.5反应器出料口物料浓度:C = C (1- X ) = 0.00175x (1 -0.5) = 0.000875kmol/LA A0 Af反应釜内的反应速率：r = kC 2 = 17.4 x 0.00 08752 = 1.332x 10-5kmol/LA A空时：■rC-^A0Ca = C X /rr A0 Af AA0.00175x 0.5=65.69 mm1.332 x10-5理论体积：V = Q t= 54.73 x 65.69 = 3595.21Lr0V 3595.21取装填系数为075,则反应釜的实际体积为：V = 0_75 = 0^ = 4793*6L = 4-794m32.内筒的高度和内径由于此反应为液-液反应，故而取H/D = 1.2iI 4V筒体内径D = 3 = 1.72mi 3 nH/Di圆整并查《化工机械基础》附录12,选取筒体直径D = 1600mmi查得此时1m高的容积为V = 2.017m3 ,1m高的表面积为F = 5.03m2 11查得当DN = 1600mm时，椭圆形封头曲面高度h = 400mm,直边高度h = 40mm,内表 12面积 A = 2.97m2，容积 V = 0.617m3 hhV - V筒体高度H = = 2.06m 圆整为2。
1m因此H/D = 2.1/1.6沁1.3 在1〜1.3的范围内，故而设计合理i3.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100°C时Q235-A材料的弹性模量Et = 2.03x 105MPa取有效壁厚8e = 6mm，负偏差C1 = 0・8mm，腐蚀浴度C2 = 2mm故名义厚度 8 = 6 + 0.8 + 2 = 8.8mm 外径 D = 1600 + 2 x 8.8 = 1617.6mmn0f j 1617 6临界长度L = 1.17D ■—0 = 1.17x1617.6x 、 二=25.66m >> 2.1m 为短圆筒cr 0 飞 8 \ 8.81 e(8 /D )2.5 (6/1617.6)2.5临界压力 p = 2.59Et 二 0 = 2.59 x 2.03 x105 x = 0.34MPacr H/D 2100/1617.60由于 p = 1.1x 0.2 = 0.22MPa < p 故设计合理 8 = 7.8mmc cr n四、夹套的计算1夹套的内径和高度由于D二1600mm，所以D二D +100二1700mm 由于查《化工机械基础》附录中i j i无1700mm公称直径,故而取D = 1800mmjV - V 3.595 - 0.617夹套高度H = (H ) = r h = = 1.48m 圆整为H = 1.6mj i有效 兀r c 兀1 < jD2 x1.624 i 42. 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30°C〜70°C范围内许用应力L ］二113MPa设计压力 p = 0.2 x1.1 = 0.22MPa 取 Q = 0.8 c所以：0.22 X18002 X113 x 0.8 - 0.22二 2.19mm圆整为5 = 2.2mm设计壁厚5 =5+ C 二2.2 +1 二3.2mmd2名义壁厚5n =5d + C广3.2 + °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a H = 3X103KJ/Kmol r54.73所以热负荷Q = Q C a H = X0.00175X3x 103 = 4.8x 103W0 A0 r 60由于本次反应传热为一边为恒温的传热，故:At = 100°C — 30°C = 70°C At = 100°C — 40°C = 60°C12At _ AtAt = + 2m AtIn—1At2尘=64.9°C In?6依经验取K沁50W/(m2 - °C)Q 4.8 x 103所以理论所需换热面积S'= = = 1.48m2KAt 50 xAtmm考虑15%的面积浴度，S二1.15 xS'二1.71m22实际换热面积S = FH + A = 5.03 x1.6 + 2.97 = 11.018 >> S 实 1 j h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W =c由此可见：反应放热较少，Q = 0.15Kg/s = 0.15L/S C (40 - 30)p所需的冷却水的量也比较少。
六、搅拌器的选择由D = 1600mm查《化工设计》相关反应釜的技术指标可得: i选择的搅拌器功率为55KW,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）4794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夹套咼度（m）16内筒壁厚（mm）7.8夹套壁厚（mm）345所需换热面积（m2）171实际换热面积（m2）1101冷却水流量（L/s）015换热系数（W/（m2・ °C）50。