化学反应工程课程设计--年产5014吨乙酸乙酯的反应器的设计

课程设计说明书 生命科学学院 所属课程 制药反应工程 设计题目 年产 5014 吨乙酸乙酯的反应器的设计 专业 班级 学生姓名 设计组别 指导教师 武昌理工学院生命科学学院印制 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 I 11 级制药工程制药反应工程 课程设计任务书 一、设计项目 年产 x吨乙酸乙酯的反应器的设计 二、设计条件 1、 生产规模： （ 5000+学号） 吨 /年 2、 生产时间：连续生产 8000小时 /年，间隙生产 6000小时 /年 3、 物料损耗：按 5%计算 4、 乙酸的转化率： （ 50+学号） %（ 1 10号）；（ 40+学号） %（ 11 20号） （ 30+学号） %（ 21 30号）；（ 20+学号） %（ 31 40号） （ 10+学号） %（ 41 50号） 三、反应条件 反应在等温下进行，反应温度为 80，以少量浓硫酸为催化剂，硫酸量为总物料量的 1%，当乙醇过量时，其动力学方程为： rA=kCA2。 A 为乙酸，建议采用配比为乙酸：乙醇 =1： 5（摩尔比），反应物料密度为 0.85 /l，反应速度常数 k为 15.00L/（ kmol min） 四、设计要求 1、 设计方案比较 对所有的设计方案进行比较，最 后确定本次设计的设计方案。 2、反应部分的流程设计（画出反应部分的流程图） （需根据计算结果，进行比较做改动） 3、反应器的工艺设计计算 生产线数，反应器个数，单个反应器体积。 4、搅拌器的设计 对搅拌器进行选型和设计计算。 5、画出反应器的装配图 图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 6、设计计算说明书内容 设计任务书； 目录； 前言（对设计产品的理化性能，国内外发展概况，应用价值及其前景等方面进行介绍） 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 II 设计方案比较； (合成工艺介绍，通过分析各种工艺优缺点，得到本设计选用的合成 工艺流程 ) 工艺流程图设计； 反应器的设计 搅拌器的设计； 车间设备布置设计；（主要设备的布置） 环境保护； 设备装配图； 设计总结； 参考资料。 7、绘制主要设备的装配图。 用 A1图纸绘 制主要设备装 配图（图面应包括设备主视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术性能表、技术要求等），要求采用 CAD制图。 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 III 摘要 乙酸乙酯是一类重要的有 机溶剂和有机化工基本原料，其用途非常广泛，目前我国采用传统的方法制备即乙酸和乙醇为原料，浓硫酸为催化剂直接催化合成乙酸乙酯。所以通过对乙酸乙酯的理化性质，社会用途与需求和国内外发展现状进行研究调查以及乙酸乙酯在实验室制法和工业生产各方面对比之后，为此对乙醇和乙酸的缩合进行了乙酸乙酯合成工艺的课程设计。本选题为年产量为年产 5014吨乙酸乙酯的反应器的设计 。对工业生产中的物料衡算，热量衡算和合成工艺的设备等方面为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。本选题为年产量为年产 5014吨乙酸乙酯的反应器的 设计 。 关键字： 乙酸；乙醇；乙酸乙酯；合成工艺；间歇式反应器 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 IV Abstract Ethyl acetate is a kind of important organic solvents and basic organic chemical raw materials, its application is very broad, our country prepared using traditional methods that acetic acid and ethanol as raw material, concentrated sulfuric acid catalyzed direct synthesis of ethyl acetate. So through the social use of physical and chemical properties of ethyl status quo needs, and conduct research and development at home and abroad as well as various aspects of ethyl acetate after comparing laboratory and industrial production system of law, for the condensation of ethanol and acetic acid were synthesis of ethyl curriculum design. The topic for the annual production of 5,014 tons annual output of ethyl reactor design. In industrial production of material balance, heat balance and synthesis process equipment to provide more detailed data and drawings for the batch tank reactor industrial design. The topic for the annual production of 5,014 tons annual output of ethyl reactor design. Key words: Acetic acid; Ethanol; Ethyl acetate; Synthesis process; Batch reactor 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 V 目 录 11 级制药工程制药反应工程 . I 课程设计任务书 . I 摘要 . III Abstract . IV 第一章 前言 . 1 1.1乙酸乙酯的理化性质 . 1 1.2乙酸乙酯的用途 . 2 1.3乙酸乙酯的国内外生产现状 . 2 1.3.1 国外情况 . 2 1.3.2 国内情况 . 3 第二章 乙酸乙酯制备工艺的比较 . 5 2.1实验室制法 . 5 2.2工业乙酸乙酯的合成工艺 . 5 第三章 工艺流程图设计 . 9 第四章 工艺设计计算 . 10 4.1 设计依据 . 10 4.2设计方案 . 10 4.3设计条件 . 10 4.4反应条件 . 10 4.5 工艺计算及方案选择 . 10 4.5.1反应器的的操作有间歇操作和连续操作 . 10 4.5.2间歇反应釜进料 . 11 4.5.3 流量的计算 . 11 4.5.4 反应体积及反应时间计算 . 12 4.6连续性反应釜进料的计算 . 13 4.6.1流量的计算 . 13 4.6.2反应体积及反应时间计算 . 14 第五章 热量衡算 . 16 5.1 热量衡算总式 . 16 5.2 每摩尔各种物值在不同条件下的mpC,值 . 16 5.3 各种气象物质的参数如下表 . 17 5.4 每摩尔物质在 80下的焓值 . 17 5.5 总能量衡算 . 18 5.6 换热设计 . 18 5.7 水蒸气的用量 . 19 6.1 反应釜体及夹套的设计计算 . 20 6.1.1 筒体和封头的几何参数的确定 . 20 6.1.2 筒体和封头的型式 . 20 选择圆筒体，椭圆形封头。 . 20 6.1.3 筒体和封头的直径 . 20 6.1.4 确定筒体高度 H . 21 6.1.5 夹套直径、高度的确定 . 21 6.2 釜体及夹套厚度的计算 . 21 6.2.1 设备材料 . 21 6.3 设备的壁厚计算 . 21 6.3.1 釜体筒体壁厚计算 . 21 6.3.2 内压设计计算 . 21 6.3.3 外压设计计算 . 22 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 VI 6.3.4 釜体封头壁厚计算 . 22 6.3.5 夹套筒体壁厚设计计算 . 23 6.3.6 夹套封头壁厚设计与选择 . 23 6.3.7 反应釜设计 参数 . 23 6.4 搅拌器设计 . 23 6.4.1 搅拌器的形式选择 . 23 6.4.2 搅拌器转速 n： . 24 6.4.3 传动功率 P： . 24 6.4.4 电机功率 . 24 6.4.5 减速器的选择 . 24 6.4.6 电动机的选择 . 24 6.5 搅拌轴直径的设计计算 . 24 6.5.1 搅拌轴材料： . 24 6.5.2 搅拌轴强度计算 . 24 6.5.3 搅拌轴刚度计算 . 24 6.6.夹套式反应釜附属装置的确 定 . 25 6.6.1选型 . 25 6.6.2 反应釜总重 . 25 6.7 人孔 C . 25 6.8 接管及其法兰选择 . 25 6.8.1 水蒸气进口管： . 25 6.8.2 冷却水出口管 ： . 25 6.8.3 进料管 . 25 第七章 结论与建议 . 28 7.1 结论 . 28 7.2 建议 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 30 指导教师评语 . 31 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 1 第一章 前言 1.1 乙酸乙酯的理化性质 醋酸乙酯 ethyl acetate 简写 EA。 又名乙酸乙酯，简称乙酯，分子式 CH3COOC2H5，分子量 88.1，无色透明液体，具有挥发性，有水果香味。熔点 -83.6沸点 7.06，相对密度 0.902（ 20），蒸汽压（ 20） 9.7kPa，气化热 366.5J/g，比热容 1.92J/（ g. ），爆炸极限 2.13 11.4（体积）。 能与氯仿、醇、丙酮及醚等混溶 ,微溶于水。 纯净的乙酸乙酯是无色透明具有刺激性气味的液体，是一种用途广泛的精细化工产品，具有优异的溶解性、快干性，用途广泛，是一种非常重要的有机化工原料和极好的工业溶剂，被广泛用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树酯、合成橡胶、涂料及油漆等的生产过程中。其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓 等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。我们所说的陈酒很好喝，就是因为酒中含有乙酸乙酯。乙酸乙酯具有果香味。因为酒中含有少量乙酸，和乙醇进行反应生成乙酸乙酯。因为这是个可逆反应，所以要具有长时间，才会积累导致陈酒香气的乙酸乙酯。 危险特性：易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触会猛烈反应。在火场中，受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。 表 1-1 乙酸乙酯的物化参数 熔点 ( ) -83.6 临界温度 ( ) 250.1 折光率（ 20 ) 1.3708-1.3730 临界压力 (MPa) 3.83 沸点 ( ) 77.06 辛醇 /水分配系数的 对数值 0.73 对密度 (水 =1) 0.894-0.898 闪点 ( ) 7.2 相对蒸气密度 (空气 =1) 3.04 引燃温度 ( ) 426 饱和蒸气压 (kPa) 13.33(27 ) 爆炸上限 %(V/V) 11.5 燃烧热 (kJ/mol) 2244.2 爆炸下限 %(V/V) 2.0 室温下的分子偶极距 6.555 10-30 武昌理工学院 生命科学学院课程设计用纸 共 38 页，第 页 2 燃烧（ 分解）产物：一氧化碳、二氧化碳。 现场应急监测方法：气体检测管法 实验室监测方法： 无泵型采样气相色谱法 (WS/T155-1999，作业场所空气） 应急处理处置方法：一、泄漏应急处理 迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用大量水冲洗，洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，降低蒸 气灾害。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。 1.2 乙酸乙酯的用途 其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。用作溶剂，及用于染料和一些医药中间体的合成。是食用香精中用量较大的合成香料之一，大量用于调配香蕉、梨、桃、菠萝、葡萄等香型食用香精。是硝酸纤维素、乙基纤维素、 乙酸纤维素和氯丁橡胶的快干溶剂，也是工业上使用的低毒性溶剂。还可用作纺织工业的清洗剂和天然香料的萃取剂，也是制药工业和有机合成的重要原料。 1.3 乙酸乙酯的国内外生产现状 1.3.1 国外情况 国外发达国家工业生产乙酸乙酯主要采用乙醇醋酸直接酯化法和乙醛缩合法。美国乙酸乙酯近几年生产量都在 50 万 t 以上 , 是世界上乙酸乙酯贸易量最大的国家。由于美国产业结构的特点 , 可获得廉价的乙醇 ( 乙醇价格为我国的 1/ 2 1/ 3) 和醋酸 (基本上采用 OXO 法生产即甲醇低羰基合成法 ),因而美国只 有一套由 Eastman 公司以