【文章內容簡介】 1 和 Q4 均可用此式計算： 12()iiQ m cT T?? 式中： im — 反應物的體系中各個組分 I的質量， Kg。 ic — 組分 I在 0— T℃時的平均比熱容， KJ/(Kg℃ )或 KJ/(Kmol℃ )。 12()TT — 反應物系的反應前后的溫度，℃ 南華大學化學化工學院畢業(yè)設計 第 16頁 /共 35頁 反應釜能量衡算： 從文獻 [11]中查得 25℃時，以下物質的比熱容分別為： Cp,對硝基苯甲酸＝ 128J/(mol*k)=(Kg*k) Cp,氫氣＝ (mol*k)=(Kg*k) 催化劑 pd/c 的比熱容根據柯柏法則用的原子熱容數(shù)據 [14]進行計算如下： Cp， pa/c 催化劑＝（ 7 +8 ++3 6） =(mol*k) Cp,氫氧化鈉＝ 128J/(mol*k)=(Kg*k) Cp,鹽酸＝ 156J/(mol*k)=(Kg*k) 1） Q1 =（ m 對硝基苯甲酸 c 對硝基苯甲酸 +m 氫氣 c 氫氣 +m 鹽酸 c 鹽酸 +m氫氧化鈉 c氫氧化鈉 +mpa/ccpa/c） 25KJ = ( 103 + 103 + 103 +103 + 103 ） 25≈ 106KJ 2）假定各物質的比熱容隨溫度變化不大，則 Cp,對硝基苯甲酸＝ 128J/(mol*k)=(Kg*k) Cp,對氨基苯甲酸＝ (mol*k)=(Kg*k) Cp,pa/c＝ (mol*k)=( mol*k) Cp,水＝ (mol*k)=(Kg*k) Cp,氯化鈉＝ 101J/(mol*k)=(Kg*k) Q4 =（ m對硝基苯甲酸 c 對硝基苯甲酸 + m對氨基苯甲酸 c 對氨基苯甲酸 + m pa/ccpa/c + m 氯化鈉 c 氯化鈉 +m 對硝基苯甲酸溶液 c 對硝基苯甲酸溶液 +m 對氨基苯甲酸溶液 c對氨基苯甲酸 溶液 +m 水 c水） 90 =（ 103 + 103 + 103 + 103 + 103 + 103 + 103 ） 90= 106KJ (2）因為該對氨基苯甲酸的生產采取的是分批的操作，所以可認為 Q5可忽略不計 (3） Q6的計算 南華大學化學化工學院畢業(yè)設計 第 17頁 /共 35頁 設備向四周散失的熱量 Q6可用下式計算： Q6=∑ A a(TWT) θ 103 式中： A— 為設備散熱面積（ m2） TW— 為設備外表溫度，℃； T— 環(huán)境介質溫度，℃； θ — 操作過程持續(xù)時間（ s）； a— 對流傳質系數(shù)， W/（ m2℃） a=8+=（ 8+ 90） W/（ m2℃） =（ m2℃） Q6= (9025) 8 3600 103= 105KJ (4）過程效應熱 Q3 的計算 Q3= Qr +Qp 式中， Qr— 化學反應熱效應， KJ； Qp— 為可忽略不計的物理的過程熱效應， KJ； Qr 按照下式進行計算： Qr=（ 1000GA/MA）Δ Hr0 式中，Δ Hr0— 標準 反應熱， KJ/mol。 MA— A物質分子量。 從文獻 [15]查得，Δ Hr0按照下式進行計算： Δ Hr0=∑生成物μ i（Δ Hf0） i ∑反應物μ i（Δ Hf0） i（ 3— 4） 從文獻 [14]中查得，物質的標準生產焓為Δ Hr0 分別為： Δ Hr0，對氨基苯甲酸＝－ ， Δ Hr0，對硝基苯甲酸＝－ ， Δ Hr0，氫氣＝－ ， Δ Hr0，水＝－ 。 Δ Hr0，水＝ [()+()] [ 3 ()+2*()]=Q3=Qr = 1000 103Δ Hr0/ =1000 103（－ ） / =－ 106KJ 南華大學化學化工學院畢業(yè)設計 第 18頁 /共 35頁 (5）熱負荷 Q2 的計算為 Q2=（ Q4 +Q6） （ Q1+Q3） =[( 106＋ 105)－ ( 106－ 106)]KJ = 106KJ 設備計算 （ 1）首先我們需要通過粗略計算來確定需要選擇的筒體和封頭 的幾何尺寸大小： 1）筒體和封頭的型式： 從上面計算結果再綜合來看應該選擇圓柱形的筒體和橢圓形的封頭。 2）確定筒體積和封頭的直徑 首先計算加入罐的物料的總體積 [16] V 總 = V對硝基苯甲酸 +V 氫氧化鈉 +Vpa/c =++= 因此操作容積 Vp我們要取 8m3，又設備容積 V與操作容積的關系可以表示為 :Vp=η V。 由文獻 [17]查得，因反應狀態(tài)穩(wěn)定η取 ，故 V=Vp/η =28/=10m3 由文獻 [14]查得 ,Ht/Di=1～ ，因容器體積屬于中小型，故選取Ht/Di=， Di 由下式計算： Di={4V/[π（ Ht/Di） ]}1/3 =[4 10/（π ） ] 1/3 = 此生產反應釜的內徑 Di 的估算值應圓整到公稱直徑 DN 系列，又根據查得的文獻 [17]取 Di=2100mm,封頭可以取相同直徑，且其高度 h2可由文獻 [14]查得，南華大學化學化工學院畢業(yè)設計 第 19頁 /共 35頁 初選為 h2=20mm。 3）確定筒體高度 Ht 當 DN=2100mm， h2=20mm 時，由文獻 [17]，查得橢圓形封頭容積 V 封 =，筒體一 米高的容積 V1= 按式 Ht=（ VV 封） / V1 =[（ ） /] m = 取 3 m，于是 3/≈ 4）選取夾套直徑 由文獻 [17]查得： Dj= Di+200=2100+200=2300mm。 5）確定夾套高度 H2≥（η V V 封） / V1， 即 H2≥ [（ ） /]=，取 H2=2m 6）校核傳熱面積 由文獻 [17]，分別查得 F封＝ ,1m 高筒體的表面積 F1 米＝ ,則實際傳熱面積 F＝ F 封＋ F筒＝ ＋ 4＝ 在 8 小時內傳遞熱量 Q tKS t??，當熱流體為水時，總傳熱系數(shù) K=850～1700W/ (m2℃ )[14],取 K=1500 W/ (m2℃ ), Q 傳 =8 3600 1500 103 267. 30= 106KJ 所以 Q傳＞ Q2 +Q6 由上面的計算可以看出面積是合理的是符合設計的要求的。 （ 2）釜體及夾套的強度計算 1）選擇設備材料，確定研究壓力 和指導老師分析，選 Cr18Ni12Mo 為最佳。 在 100～ 150℃的溫度作用下的 2Ti 奧氏體鋼板的許用壓力應為[? ]t=140Mpa。 確定生產的需設計壓力：既受到內部壓力的作用又受到外部壓力的作用的釜體和底部封頭，其中內部壓力可設計為 P=，可設計外部壓力的取法應考慮到操作過程中的出現(xiàn)的最大的壓力差，所以我們應取壓力 P= 為設計南華大學化學化工學院畢業(yè)設計 第 20頁 /共 35頁 的外部的壓力。 2）夾套的筒體和封頭壁厚計算 夾套筒體壁厚 2 [ ] 0 .5tPDSCP?? ??夾封 夾 ＝ 式中 P=， D 夾 =2100mm， [? ]t=140Mpa，φ為焊縫系數(shù)， 由文獻 [14]查得，可取φ =，壁厚附加量 C 是 由鋼板負偏差或鋼管負偏差 C1，腐蝕余量 C2，及熱加工減薄量 C3三部分組成，即： C= C1+ C2 +C3 初步取 C1=， C2=2mm， C3=0mm，則 C =， δ d=[（ 2300） /（ 2 140 ） +] mm= 根據鋼板規(guī)格取 S夾 =10mm 夾套封頭壁厚 2 [ ] 0 .5tPDSCP?? ??夾封 夾 ＝ 上面公式中的 P 和 D 夾， [? ]t，φ和上式相同，又由于熱加工的減薄量C3=， 所以取 C= C1+ C2 +C3=+2+=，代入得： δ =[（ 2300） /（ 2 140 ） +=， 考慮到焊接封頭和筒體的方便之處，應該取 S封 夾 ＝ S夾 ＝ 10mm。 3）釜體的筒體壁厚和封頭壁厚計算 ①生產按照可承受 的內部壓力來設計 i2 [ ] tPDSCP?????筒 上面公式中 P=， Di=2100mm， [? ]t=140Mpa，φ =，壁厚的附加量：由公式 C= C1+ C2 +C3=+2+0= 計算。將上面計算的各個值代入公式中可得： δ d≥（ 2100） /（ 2 140 ） += ②按照我們生產能夠承受的 的外部壓力的設計可設筒體的厚度南華大學化學化工學院畢業(yè)設計 第 21頁 /共 35頁 S0=10 mm，即可確定 L/D0， D0 / S0之比值， D0— 筒體外徑 D0= DN+2 S0=（ 2100+2 10） =2120mm L— 筒體高度 L=H2+h/3=[3000+(800+10)/3]=3270mm L/D0=3270 /2120=， D0 / S0=2120/10=212 在幾何參數(shù)計算圖中由外壓或者軸向受壓的圓筒數(shù)據 15— 4[18],查得 A＝ ，又由于生產對氨基苯甲酸的反應釜的釜體材料采用的是Cr18Ni12Mo2Ti 奧氏體鋼板的? s=216Mpa,因此根據選用的資料圖，可以查到B=33Mpa，因此許用外壓 [P]=B S0 /D0=33 10/2120=＜ ，則可以看出來壁厚 10mm 是滿足不了外壓對穩(wěn)定性的要求的，如果我們想要要增大壁厚重新來計算的話，先應該 重新來假設 S0=18mm ，則 D0 / S0=3236/18=180，L/D0=，由圖 15— 4 [18]查得到 A=，和上面形式一樣可以查得 B=91Mpa，則許用外壓 [P]=B S0/D0=91 18/3236=＞ ，故S0=18 mm 能夠滿足外壓穩(wěn)定要求，要考慮到壁厚附加量 C= C1+ C2+0=+2= mm，筒體的壁厚 S=S0+C=18+=，把筒體的壁厚圓整到標準鋼板的厚度規(guī)格可取 S=22mm。又要考慮到封頭與 筒體的焊接方便，所以經過方方面面的綜合取 S封 =22mm。 ③水壓試驗較核 [17] 確定水壓試驗 PT，據表得： 釜體水壓取 PT =P+=+=， 夾套水壓取 PT =P+=+= 式中 P— 設計壓力， Mpa 在進行壓力的試驗之時，由于所選生產容器所能承受的壓力 PT 一般總是高于設計的壓力 P的，所以必要的時或必需要進行強度的較核。液壓試驗時要求滿足的強度條件： 得到釜體和夾套筒體的許用應力 [17]：? T = PT（ Di+δ e） /2δ e≤ s， 得到釜體和夾套封頭的許用壓力 [17]：? T = PT（ Di+ e） /2δ e≤ ? s， 釜體的δ e=SC==； 夾套的δ e=S