乙酸乙酯的反應(yīng)器設(shè)計(jì)流程(存儲版)
【正文】 通過此次課程設(shè)計(jì)，使我查閱文獻(xiàn)的能力和對數(shù)據(jù)的選擇判斷能力得到了很好的鍛煉，同時(shí)我也意識到自己應(yīng)該把所學(xué)到的知識應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來。據(jù)附表12[2]可查取到夾套封頭尺寸：公稱直徑：1800mm，曲面高度：450mm，直邊高度：40mm 反應(yīng)釜設(shè)計(jì)參數(shù)表4 夾套反應(yīng)釜的相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目釜 體夾 套公稱直徑DN/mm16001800公稱壓力PN/MPa高度/mm16801200筒體壁厚/mm106封頭壁厚/mm106 攪拌器的形式選擇根據(jù)工作條件，由于物料的黏度不大，考慮到物料的流動、攪拌目的及轉(zhuǎn)速要求，選擇攪拌器的形式為：雙葉螺旋槳式，槳葉直徑為800 mm。考慮到鋼板負(fù)偏差，初選C1 = mm （表1010[1]）。 水蒸氣的用量忽略熱損失，則水的用量為[5]第六章 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 筒體和封頭的幾何參數(shù)的確定設(shè)備圖 筒體和封頭的型式選擇圓筒體，橢圓形封頭。輸入的量=輸出的量+反應(yīng)消耗的量+累積量圖461 連續(xù)流動釜式反應(yīng)器示意圖特點(diǎn)：反應(yīng)器有效容積中任意一點(diǎn)處的組成、溫度等狀態(tài)完全相同。工藝方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)酯化法濃硫酸有酸性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，而且溶于反應(yīng)物料中，是均相催化反應(yīng)，反應(yīng)均勻，因而在全塔內(nèi)都能進(jìn)行催化反應(yīng)。1996年西南化工研究院也開始進(jìn)行乙醇脫氫法生產(chǎn)乙酸乙酯的研究，目前還在進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，取得了不小的進(jìn)展。該工藝采用的催化劑主要有液體無機(jī)酸和有機(jī)磺酸類、分子篩類和雜多酸類催化劑。乙醛縮合法在歐洲和日本是生產(chǎn)乙酸乙酯的主流生產(chǎn)方法，在我國工業(yè)性生產(chǎn)廠很少。用濃硫酸作催化劑，也有其不可克服的缺點(diǎn)，即硫酸嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，其強(qiáng)氧化性引起磺化、碳化或聚合等副反應(yīng)，產(chǎn)品純度低，后處理進(jìn)程復(fù)雜，三廢量大。 縮合工序的流程簡圖（2）催化劑的脫除我們通過加水的方法破壞掉催化劑，然后經(jīng)過蒸發(fā)器將粗乙酸乙酯蒸出，氫氧化鋁殘液從下面排除，殘液再經(jīng)過一個(gè)分離器進(jìn)一步分離出氫氧化鋁，液體部分可以再返回蒸發(fā)器。研究并設(shè)計(jì)其生產(chǎn)工藝具有很重要的意義。目前國內(nèi)大型乙酸乙酯企業(yè)均采用酯化法技術(shù)。其次是中國江蘇索普集團(tuán)公司，%。它是一種具有優(yōu)異溶解性能和快干性能的溶劑，已廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、紡織、染料、橡膠、涂料、油墨、膠粘劑的生產(chǎn)中，或作為原料、或作為工藝溶劑、萃取劑、稀釋劑等等；由于它具有天然水果香味，因此還可作為調(diào)香劑組分，應(yīng)用于香料、食品工業(yè)中；也可作為粘合劑用于印刷油墨、人造珍珠等的生產(chǎn)；作為提取劑 用于醫(yī)藥、有機(jī)酸的產(chǎn)品的生產(chǎn)等；此外還可用作生產(chǎn)菠蘿、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料。它是一種無色透明具有流動性并且是易揮發(fā)的可燃性液體[1]，呈強(qiáng)烈清涼菠蘿香氣和葡萄酒香味。本選題為年產(chǎn)量為年產(chǎn)5017噸乙酸乙酯的反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 。對工業(yè)生產(chǎn)中的物料衡算，熱量衡算和合成工藝的設(shè)備等方面為間歇釜式反應(yīng)器的工業(yè)設(shè)計(jì)提供較為詳盡的數(shù)據(jù)與圖紙。分子式為：C2H8O4。 乙酸乙酯的物化參數(shù)[2]熔點(diǎn)(℃)臨界溫度(℃)折光率（20℃)臨界壓力(MPa)沸點(diǎn)(℃)辛醇/水分配系數(shù)的 對數(shù)值對密度(水=1)閃點(diǎn)(℃)相對蒸氣密度(空氣=1)引燃溫度(℃)426飽和蒸氣壓(kPa)(27℃)爆炸上限%(V/V)燃燒熱(kJ/mol)爆炸下限%(V/V)室溫下的分子偶極距1030 乙酸乙酯的用途乙酸乙酯是重要的精細(xì)化工原料。其中英國BP化學(xué)公司是目前世界上最大的乙酸乙酯生產(chǎn)廠家，%。%，與乙酸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了上下游一體化，產(chǎn)品競爭力較強(qiáng)，80%的乙酸乙酯用于出口；其次是山東金沂蒙集團(tuán)公司，%，主要原料乙酸、乙醇均能自給，產(chǎn)品競爭能力也較強(qiáng)。該產(chǎn)品在酯化工藝中為最基礎(chǔ)、也是最重要的酯化產(chǎn)品。反應(yīng)方程式為：這樣做的好處是，在第一個(gè)反應(yīng)器之中，反應(yīng)劇烈放出大量的熱量，采用釜式的反應(yīng)器攪拌的均勻，易于把熱量移出，相對于管式的來說，溫度易于控制，雖然轉(zhuǎn)化率情況有所降低，但反應(yīng)的可控性、安全性提高；第二個(gè)也采用釜式的反應(yīng)器，是考慮到反應(yīng)進(jìn)行到后來，放熱量已經(jīng)不多，而且造價(jià)低。催化作用不受塔內(nèi)溫度限制，反應(yīng)機(jī)理清楚，容易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，這些優(yōu)點(diǎn)可以使反應(yīng)精餾生產(chǎn)裝置大型化。乙醛縮合法優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)是在常壓低溫下進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率和收率高，對設(shè)備要求不高，生產(chǎn)成本較酯化法低；缺點(diǎn)是受原料來源限制，僅適宜于乙醛資源豐富的地區(qū)，催化劑乙醇鋁無法回收，最后通過加水生成氫氧化鋁排放，對環(huán)境有一定污染。缺點(diǎn)是此催化體系對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，投資成本高。20世紀(jì)90年代初清華大學(xué)化學(xué)系首先對此工藝進(jìn)行研究，開發(fā)出催化劑Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2，并獲得了國家專利。脫氫法缺點(diǎn)：（1）產(chǎn)品質(zhì)量不如酯化法，雖然可以達(dá)到國標(biāo)，但若丁酮等雜質(zhì)難以得到完全分離，就不宜用于食品和酒增香等行業(yè)；（2）催化劑在使用前需要還原，停車后須用氮?dú)獗Ｗo(hù)避免氧化，因此只適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)規(guī)模在5000t/a以上；（3）技術(shù)較復(fù)雜，尚未成熟。 流量的計(jì)算1）乙酸乙酯的產(chǎn)量化學(xué)反應(yīng)方程式：乙酸乙酯的相對分子質(zhì)量為88，所以要求的生產(chǎn)流量為2）乙酸的流量乙酸采用工業(yè)二級品（含量98%），乙酸與乙酸乙酯的物質(zhì)的量比為1:1，乙酸的轉(zhuǎn)化率x=,物料損失以5%計(jì)， 則乙酸的進(jìn)料量（即為）3）乙醇的流量乙醇與乙酸的摩爾配比為5：1，則乙醇的進(jìn)料量為總物料量流量：4） 硫酸的流量總物料的質(zhì)量流量如下計(jì)算，因硫酸為總流量的1%，則即可算其物質(zhì)的量流量表351 物料進(jìn)料量表 名稱乙酸乙醇濃硫酸流量 反應(yīng)體積及反應(yīng)時(shí)間計(jì)算當(dāng)乙醇過量時(shí)，可視為對乙酸濃度為二級的反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程（A為乙酸）當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃，催化劑為硫酸時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)因?yàn)橐掖即蟠筮^量，反應(yīng)混合物密度視為恒定，,則乙酸的初始濃度為：當(dāng)乙酸轉(zhuǎn)化率x=，由間歇釜反應(yīng)有：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取非生產(chǎn)時(shí)間，則反應(yīng)體積，故實(shí)際體積要求每釜體積小于5m3則間歇釜需2個(gè)，每釜體積V= m3圓整，取實(shí)際體積。 換熱設(shè)計(jì)換熱采用夾套加熱，設(shè)夾套內(nèi)的過熱水蒸氣由130℃降到110℃，溫差為20℃。根據(jù)式（1012）[2]筒體的設(shè)計(jì)厚度：式中：δd—— 圓筒設(shè)計(jì)厚度，mm ；Di —— 圓筒內(nèi)徑 ，mm ；P —— 內(nèi)壓設(shè)計(jì)壓力， ；Φ —— 焊接接頭系數(shù)，（表109[2]）；C2 —— 腐蝕裕量，取 2 mm ；[σ]t——材料許用應(yīng)力： 。經(jīng)校核，設(shè)備穩(wěn)定安全符合要求。參考文獻(xiàn)《化工原理》[M].[7]涂偉萍,[8]匡國柱,北京:2004.虞軍編.課程設(shè)計(jì)對于工科學(xué)生是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，作為制藥工程專業(yè)的學(xué)生，特別感謝老師們能結(jié)合實(shí)際，對我們的課程有著精心合理的安排。在此，對所有于自己有所幫助的同志一并表示感謝！同時(shí)，各位老師的工作態(tài)度很是嚴(yán)謹(jǐn)，對于我
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