【正文】 大裝置 10 反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì) 11 反應(yīng)釜操作容積的確定 11 反應(yīng)釜罐體幾何尺寸的確定 12 反應(yīng)釜罐體厚度、夾套厚度的計(jì)算 13 水壓試驗(yàn)校核 17 反應(yīng)釜夾套幾何尺寸的確定 18 夾套傳熱計(jì)算 18 熱量計(jì)算 18 校核熱負(fù)荷 19 確定傳熱面積 19 反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì) 22 攪拌器的選用 22 攪拌功率的計(jì)算 23 攪拌軸設(shè)計(jì) 24 按臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸的直徑 27 按強(qiáng)度校核攪拌軸直徑 28 反應(yīng)釜傳動裝置設(shè)計(jì) 31 電動機(jī)的選擇 31 減速機(jī)的確定 33 傳動裝置的機(jī)架 34 反應(yīng)釜的軸封裝置 35 凸緣法蘭 36 安裝底蓋 37 聯(lián)軸器 38 反應(yīng)釜的其它附件 41 支座 41 釜體法蘭連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 42 工藝接管的設(shè)計(jì) 43 人孔 454 結(jié)束語 47致謝 48參考文獻(xiàn) 491 緒論 DOTP發(fā)展史增塑劑是加入高聚物( 如橡膠、塑料、涂料等) 中，在加工成型時(shí)增加其可塑性能和流動性能并使成品具有柔韌性的物質(zhì)。我國的研制工作從八十年代初開始，開始時(shí)主要以酯交換合成工藝為主，由于電纜料耐溫標(biāo)準(zhǔn)由65℃級變?yōu)?0℃級，以及我國高碳醇(碳碳10醇)的生產(chǎn)基本處于空白，因此對苯二甲酸二辛酯的研制成功既解決了耐溫70℃級電纜料的生產(chǎn)用增塑劑問題，原材料又可立足國內(nèi)，這樣DOTP的應(yīng)用就迅速推開。DOTP還用于高級家具和室內(nèi)裝飾的油漆、涂料及精密儀器的優(yōu)質(zhì)潤滑劑或潤滑添加劑，硝基清漆助劑，紙張軟化劑，聚酯酰胺雙向拉伸薄膜，膜塑工藝品，血漿儲存袋等。 設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)：（1）針對DOTP的物理性質(zhì)，合成原理，操作條件，工藝要求以及流程選擇等方面綜合考慮，提出一項(xiàng)合理、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的DOTP工藝流程方案。它是聚氯乙烯（PVC）塑料用的一種性能優(yōu)良的主增塑劑,其分子式為C24H38O4。此外，具有優(yōu)良的相溶性，也可用于丙烯腈衍生物、聚乙烯醇縮丁醛、丁腈橡膠、硝酸纖維素等的增塑劑。 直接酯化法工藝流程如下：對苯二甲酸辛醇催化劑酯 化中 和脫 脂過 濾中和水洗圖21 工藝流程簡圖對苯二甲酸在催化劑存在下加熱進(jìn)行酯化反應(yīng)分兩步進(jìn)行，并且該酯化反應(yīng)為可逆吸熱反應(yīng)，因而外部熱源加熱有利于反應(yīng)向生成對苯二甲酸二辛酯的方向移動。而反應(yīng)第一步是決定反應(yīng)速度的步驟，由于生成的單酯可溶于辛醇中呈均相反應(yīng)，故非均相反應(yīng)速度應(yīng)與相界面的大小及相間擴(kuò)散速度有關(guān)。 酯交換法工藝流程如下：DMT辛醇催化劑酯交換中 和脫 醇過 濾中和水洗圖22 工藝流程簡圖酯交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，其特點(diǎn)是隨著反應(yīng)物和生成物在體系中的濃度變化正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率會相應(yīng)發(fā)生變化，直至達(dá)到相等，反應(yīng)過程出現(xiàn)動態(tài)平衡狀態(tài)，反應(yīng)物和生成物的濃度不再改變。廢聚酯制DOTP，該法原料易得、生產(chǎn)過程簡單、成本低、收率高、產(chǎn)品可達(dá)優(yōu)級品標(biāo)準(zhǔn)，既能緩解TPA的不足，又可變廢為寶，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的雙重效益。因此選用酯交換法生產(chǎn)DOTP。由酯交換的反應(yīng)方程式可知，甲醇是其副產(chǎn)品，它也是一種重要的工業(yè)原料，應(yīng)將其收集起來。辛醇循環(huán)在上文中介紹了酯交換的工藝流程，中和水洗在脫醇之前，由于中和劑對設(shè)備有一定的腐蝕作用，會增加設(shè)備費(fèi)用，若將水洗置于脫醇之前，可降低后續(xù)設(shè)備的抗腐蝕性能，其調(diào)整后的工藝流程如下：水碳酸鈉催化劑酯交換辛醇DMT甲醇中和水洗脫醇汽提DOTP過濾圖23 工藝流程圖 酯交換工序 DOTP產(chǎn)量換算 ，按每年300個(gè)工作日，共7200個(gè)小時(shí) ，故DOTP質(zhì)量流量為：產(chǎn)品DOTP的組成如下表所示：表21 DOTP成品組成含量質(zhì)量流量kg/hDOTP雜質(zhì)合計(jì) 總收率取反應(yīng)釜損失為3%，精餾損失為1%，中和水洗為1%，分離機(jī)1%，轉(zhuǎn)化率為100%，所以總收率為： 酯交換釜內(nèi)原料量酯化反應(yīng)釜如下圖所示：圖24 酯化反應(yīng)釜表22 工藝物料物性參數(shù)物性參數(shù)物料分子式密度/g因此，取辛醇與DMT的摩爾比為：：，所需辛醇質(zhì)量流量為：由表21數(shù)據(jù)可得原料辛醇的組成如下表所示：表24 辛醇組成含量質(zhì)量流量kg/h辛醇雜質(zhì)合計(jì) 催化劑的質(zhì)量流量~%，%，催化劑用量為： 反應(yīng)釜出料量計(jì)算生成DOTP的質(zhì)量流量：未反應(yīng)辛醇的質(zhì)量流量：雜質(zhì)質(zhì)量流量：隨產(chǎn)品進(jìn)入下一工段的總物料量：生成甲醇的質(zhì)量流量為：將各物料出釜質(zhì)量流量匯總?cè)缦卤恚罕?5 出釜物料量物料釜底物料釜頂辛醇DOTP雜質(zhì)（隨DOTP排出）催化劑甲醇質(zhì)量流量kg/h表26 釜底出料組成含量質(zhì)量流量kg/h辛醇雜質(zhì)DOTP合計(jì) 中和、水洗工序中和的目的是中和酯化反應(yīng)液中少量單酯酸等酸性物質(zhì)，水解體物料體系中的催化劑。水洗最好采用無離子水來進(jìn)行，可以減少成品中金屬離子型雜質(zhì)，提高體積電阻率，水洗的次數(shù)視情況而定，一般情況下，水洗進(jìn)行二次后反應(yīng)液呈中性即可。具體生產(chǎn)條件，工藝要求可見分離器設(shè)計(jì)。具體生產(chǎn)條件，工藝要求可見分離器設(shè)計(jì)。過濾設(shè)備最好采用過濾器來進(jìn)行，減少物料損耗，降低成本，過濾后的酯即為純凈的成品。因反混現(xiàn)象比較嚴(yán)重，而且釜內(nèi)物料濃度降低至出料水平，從而降低了反應(yīng)速率，而要達(dá)到相同的反應(yīng)程度，多釜串聯(lián)操作時(shí)的平均濃度及平均反應(yīng)速率均高于單釜，反應(yīng)釜總體積也自然下降[3]，故本次設(shè)計(jì)選用3釜串聯(lián)操作，且各個(gè)釜容積和操作溫度相同。一臺帶攪拌的夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。（3）釜體殼能同時(shí)承受內(nèi)部介質(zhì)壓力和夾套壓力，必須分別按內(nèi)、外壓單獨(dú)作用時(shí)的情況考慮，分別計(jì)算其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。(1) 反應(yīng)釜的攪拌裝置：由攪拌軸和攪拌器組成，可使物料混合均勻、良好接觸，加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。軸封裝置通常有填料密封和機(jī)械密封。罐體采用立式的圓筒形容器，由筒體和封頭構(gòu)成。根據(jù)反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)參數(shù)及要求可知，罐體采用立式圓筒形結(jié)構(gòu)，上、下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 反應(yīng)釜罐體封頭的確定根據(jù)筒體內(nèi)徑，選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，由參考文獻(xiàn)[6]可得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭尺寸如下：總深度，內(nèi)表面積，容積，, 反應(yīng)釜筒體高度H的確定由參考文獻(xiàn)[4]中的表13可知：筒體，一米高的容積，一米高的內(nèi)表面積由式得：，圓整至按筒高圓整后修正實(shí)際體積：高徑比，故復(fù)核結(jié)果基本符合原設(shè)定范圍。① 初定節(jié)距t0夾套設(shè)計(jì)采用蜂窩錐體連接，取相對反力矩系數(shù)，則：② 按平板計(jì)算加撐區(qū)域尺寸由查得：強(qiáng)度系數(shù)a. 加撐區(qū)域壁厚按下式計(jì)算容器筒體，夾套筒體代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：，圓整為13mmb. 計(jì)算節(jié)距按下式確定，代入數(shù)據(jù)得：，校核可知有效節(jié)距為③ 夾套的邊緣區(qū)域夾套邊緣至第一排蜂窩錐體的距離應(yīng)滿足：④ 蜂窩錐體壁 代入數(shù)據(jù)可得：⑤ 校核臨界壓力夾套內(nèi)許用應(yīng)力對于容器壁:對于夾套壁:⑵ 封頭厚度計(jì)算帶蜂窩夾套的封頭根據(jù)設(shè)計(jì)壓力P，按GB150進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，承受外壓時(shí)，夾套覆蓋范圍內(nèi)容器封頭和夾套封頭各自的加撐區(qū)域均作為平板按上式（同筒體）計(jì)算，時(shí)SS4分別為筒體夾套封頭厚度。 夾套水壓試驗(yàn)校核試驗(yàn)壓力試驗(yàn)許用應(yīng)力＜,即夾套水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。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)量部合格，補(bǔ)修后重新試壓直至合格為止，在水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。裝料系數(shù)料液高：封頭高度：，取 夾套傳熱計(jì)算 熱量計(jì)算不考慮開車工況時(shí)釜內(nèi)反應(yīng)的非穩(wěn)態(tài)工況，且連續(xù)反應(yīng)釜內(nèi)參數(shù)不隨時(shí)間變化，故可看作為穩(wěn)態(tài)過程，忽略反應(yīng)中的熱損失,反應(yīng)過程中的反應(yīng)熱即為所需熱量,即：表31 反應(yīng)釜內(nèi)物料物性參數(shù)物性參數(shù)物料進(jìn)料溫度／℃比熱容/(kJ/㎏.k)燃燒焓/(kJ/mol)蒸汽熱/(kJ/kg)DMT15024020/辛醇1101262/水蒸氣215//甲醇///將反應(yīng)看做：由可知： 故： 校核熱負(fù)荷 確定傳熱面積熱衡算式：式中，K—總傳熱系數(shù)；S—傳熱面積；—溫差.根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]，取K參考值為250W/(m.℃)由式可得： 校核K值（1）計(jì)算污垢熱阻RS對被攪物料一側(cè)的污垢熱阻RS1，若是間歇操作，且每次清洗干凈，允許不考慮，但對連續(xù)操作且不帶刮壁的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入污垢熱阻。攪拌器規(guī)格:,即攪拌器：。 校核熱負(fù)荷夾套所包圍的罐體表面積一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即：，其中，滿足傳熱面積要求。ⅱ攪拌器對流體產(chǎn)生兩種作用。綜合考慮攪拌目的、介質(zhì)粘度、使用條件，選用推進(jìn)式攪拌器。攪拌器結(jié)構(gòu)如31圖所示，安裝尺寸如表32所示。 計(jì)算功率準(zhǔn)數(shù)采用永田進(jìn)治的攪拌功率計(jì)算式：式中，；；；。 初定攪拌軸直徑d⑴攪拌軸材料選用45鋼，攪拌軸結(jié)構(gòu)為實(shí)心直軸。?軸有效質(zhì)量在末端處的相當(dāng)質(zhì)量W④攪拌器有效質(zhì)量在末端處的相當(dāng)質(zhì)量W1故在軸末端處相當(dāng)質(zhì)量的總和為: