制药工程课程设计
日产7吨乙酸丁酯夹套反应器设计
学院：生物工程学院
专业：制药工程（药物合成与设计） 班级：120461 姓名：段慧鑫 学号：12046102 指导教师：戴玉杰 完成日期：2016.1.4
目 录
前言…………………………………………………………………………………1 1.设计任务书…………………………………………………………………… 3 2.乙酸丁酯生产工艺流程………………………………………………4 3.物料衡算……………………………………………………………………… 5 3.1.计算反应器有效容积VR…………………………………………… 5 3.2.计算反应器总容积VT…………………………………………………6 4.釜体主要结构设计与选型………………………………………………… 7 4.1.反应釜的釜体设计…………………………………………………… 7 4.2.反应釜的搅拌装置…………………………………………………… 9 4.3.反应釜的传送装置和轴封装置…………………………………… 10 5.釜体其他附件设计与选型………………………………………………… 10 5.1支架和底座……………………………………………………………… 11 5.2人孔选型………………………………………………………………… 11 5.3接管及其法兰选型………………………………………………………11 6.热量和载荷衡算………………………………………………………………13 6.1传热面积计算…………………………………………………………… 13 6.2反应釜总重载荷计算………………………………………………… 13 心得体会………………………………………………………………………… 14参考文献………………………………………………………………………… 15
前 言
乙酸丁酯基本信息：
乙酸正丁酯，简称乙酸丁酯。无色透明有愉快果香气味的液体。较低级同系物难溶于水;与醇、醚、酮等有机溶剂混溶。易燃。急性毒性较小，但对眼鼻有较强的刺激性，而且在高浓度下
会引起麻醉。乙酸正丁酯是一种优良的有机溶剂，对乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂、氯化橡胶以及多种天然树胶均有较好的溶解性能 。密封阴凉干燥保存。 物理化学性质：
沸点 126℃，凝固点 -77.9℃，相对密度 0.8825，折射率 1.3951[1]， 闪点，33℃凝固点-73．5℃，沸点126．11 ℃，闪点(开口)33℃，燃点421℃，折射率1. 3941，比热容(20 ℃)1. 91KJ/(kg?K)，粘度(20℃)0.734mPas，溶解度参数δ=8．5。相对分子质量 116。 用途：
常用有机溶剂。检定铊、锡和钨。测定钼和铼。抗生素萃取剂。
1、是优良的有机溶剂，广泛用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，也用于香料工业
2、GB 2760一96规定为允许使用的食用香料。作为香料，大量用于配制香蕉、梨、菠萝、杏、桃及草莓、浆果等型香精。亦可用作天然胶和合成树脂等的溶剂。 3、偶用于果香型香精中，主要取其扩散力好的性能，更适宜作头香香料使用，但用量宜少，以免单独突出而影响效果。可大量用于如杏子、香蕉、桃子、生梨、凤梨、悬钩子、草莓等食用香精中。
4、优良的有机溶剂，对醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素、氯化橡胶、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂以及许多天然树脂如栲胶、马尼拉胶、达玛树脂等均有良好的溶解性能。广泛应用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在各种石油加工和制药过程中用作萃取剂，也用于香料复配及杏、香蕉、梨、菠萝等各种香味剂的成分。
5、用于火棉胶、硝化纤维、清漆、人造革、医药、塑料及香料工业中.是一种优良的有机溶剂，能够溶解松香、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、氯化橡胶、杜仲胶、聚甲基丙烯酸甲酯等。
6、用作分析试剂、色谱分析标准物质及溶剂 生产方法：
由乙酸与正丁醇在硫酸存在下酯化而得。将丁醇、乙酸和硫酸按比例投入酯化釜，在120℃进行酯化，经回流脱水，控制酯化时的酸值在0.5以下，所得粗酯经中和后进入蒸馏釜，经蒸馏、冷凝、分离进行回流脱水，回收醇酯，最后在126℃以下蒸馏而得产品。生产工艺有连续法及间歇法，视生产规模不同而定。原料消耗定额：乙酸（98%）540kg/t、正丁醇650kg/t。近年来，开发应用固体酸、杂多酸等代替硫酸催化剂，以减轻设备腐蚀的科研报导日见增多，但尚未见成功用于工业生产的报道。
关键字 间歇反应釜式反应器 ；物料衡算：热量衡算：壁厚
1.设计任务书
日产量：7吨 釜个数：1个 每天生产1批
2.乙酸丁酯生产工艺流程
1.反应釜选择不锈钢0Cr13材料（GB4237），因为反应物有轻微腐蚀性；反
应釜为带有搅拌轴的夹套式反应釜，搅拌装置为闭式弯叶涡轮式，夹套采用整体式夹套。
2.操作条件：①间接蒸汽加热；
②塔顶压强：：0.30MPa（绝对压强）
③进料状况：两管同时进料，一管为乙酸，另一管为正丁醇。均由泵从塔底输送至进料口。
3.工艺流程图
3.物料衡算
查阅文献，整理有关物性数据 乙酸：理化性质
相对密度（水为1）：1.050
凝固点(℃):16.7 沸点（℃）：１１８．３
粘度(Pa.s)：１．２２ 20℃时蒸气压（KPa）：1.5 外观及气味：无色液体，有刺鼻的醋味。
溶解性：能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。 材料：稀释后对金属有强烈腐蚀性，316＃和318
正丁醇分子量: 74.12 熔 点: -88.9℃ 沸点：117.25 相对密度: d(20,4)=0.8908；
蒸汽压: 35℃(蒸汽压：0.82kPa/25℃)
溶解性: 微溶于水，溶于乙醇 、醚多数有机溶剂 稳定性: 稳定 外 观与性状: 无色透明液体，具有特殊气味 危险标记: 7(易燃液体)
用 途: 用于制取酯类、塑料增塑剂、医药、喷漆，以及用作溶剂 无色液体，有酒味. 燃烧热(kJ/mol): 2673.2
临界温度(℃): 287 临界压力(MPa): 4.90 饱和蒸气压: 0.82(25℃)
闪点:35℃(闭口)，40℃(开口) 粘度:2.95mPa.s(20℃) 乙酸正丁酯：
分子量：116.16 。 FEMA：2174 。 CAS：123-86-4 。 密度：0.8764
熔点（℃）：-77.9 沸点（℃）：126.1
闪点（℃）：22（闭杯） 折射率：1.3907（19℃） 色状：无色液体。 溶解情况： 溶于醇、醚、醛等有机溶剂，溶于180份水。
每天生产乙酸丁酯7吨，已知反应速度常数k为1.04m·kmol·h，投料摩尔比乙酸：丁醇=1：4.97，反应前后物料的密度为750kg·m，乙酸、丁醇及乙酸丁酯的相对分子质量分别为60、74和116。乙酸转化率为50%，辅助操作时间为0.5h。釜内物料类型为不起泡、不沸腾的物料，装料系数取0.8。设反应时间为0.55h。
3.1计算反应器有效容积
vR
7000
=160.7kmol
0.5⨯116
每天生产9t乙酸丁酯，则每天乙酸需要用量为:FAO=
116为乙酸丁酯相对分子质量 因此可以算出
W总=120.7×60+120.7×4.97×74=51633 kg 60为乙酸相对分子质量：74位丁酯相对分子质量
故反应器的有效容积为:VR=51633÷750=68.84
3.2计算反应器总容积VT
反应器总容积VT为：
Vr=
VR
ϑ
=
68.84
=86.05m3 0.8
式中 ϕ—装料系数，起泡、沸腾的物料，装料系数ϕ可取0.7--0.9[1]， 取装料系数ϕ为0.8。
4. 釜体主要结构设计与选型
4.1.反应釜的釜体设计
4.1.1 确定筒体的直径和高度
对液-液相类型选取高径比1-1.3，在这取H/Di=1.2,估算筒体的内径为；
DI=
==4.50m 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=5000mm，查《化工机械设计指导书》附录4, Di=5000mm标准椭圆封头曲面高度h1=800mm,直边高度 H2=40mm,封头容积Vh=6.0558m3，表面积Fh=5.8231m2，每一米高的筒体容积V1=19.6350m3，表面积F1=16.27m2。
H=
VR-Vh86.05-6.0558
==19.635m
V119.6350
4.1.2 确定内筒的材料和壁厚
反应釜的工作压力为水的饱和蒸汽压，应为在几个反应物中，水的沸点最低。 查表得在t=130℃时，饱和蒸汽压为0.27兆帕。 所以反应釜设计压力p=0.4 MPa
δd=
PD2(σ)-P
T
+C
δ=
PD2(σ)-P
T
=
0.4⨯5000
=8.94
2⨯112-0.4
材料为不锈钢0Cr13材料，设计温度下许用应力为112MPa。采用双面焊。 所以，不锈钢腐蚀余量为0，查表钢板负偏差为0.6mm, 所以δd=8.94+0.6=9.54
查《化工设备设计基础》得，在内径为5000mm时，最小壁厚为12mm，所
以这个反应釜的壁厚为12mm
4.1.3 确定夹套的直径和高度
夹套材料选取16MR钢。反应釜内径为5000mm，所以查得夹套内径5200mm。 夹套选择U型夹套，夹套与反应釜体之间为不可拆式的焊接。载热介质入口在上端，出口在下端。 夹套高度：
4.1.4 确定夹套的材料和壁厚
夹套壁厚：考虑成本及压力因素，夹套材料选取16MR钢。反应釜内径为5000mm，所以查得夹套内径200mm。工作压力为145℃水蒸气饱和蒸汽压加上大气压=0.51MPa
δn=
PcDi0.4⨯5200
==9.3mm0
2σΦ-P2⨯11-20.3
δ=9.3+00.+2=2
1mm1.5 0
封头形式与材料
综合考虑，封头采用椭圆形封头，反应釜内径5000mm，查表得对应封头。得：封头曲面高度为900mm，直边高度40mm。
下封头与反应釜体连接形式为焊接。采用双面焊。上封头采用法兰连接。 封头材料选用碳素钢，查表得，内径为5000mm时，厚度为11.50mm，质量为7632kg。
4.2.反应釜的搅拌装置
4.2.1搅拌轴直径的设计
电机的功率P=4KW,搅拌轴的转速n=80r/min，文献[4]235表11-1取用材料为1Cr18Ni9Ti，τ=40MPa，剪切弹性模量G=8.1×104MPa，许用单位扭转 [θ]=1º/m。
由
p
m=9.553⨯10
n
6
6
m=9.553⨯10⨯得；
4
(Nmm)80
利用截面法得：
MTmax=m=9.553⨯106⨯
Wρ≥9.553⨯106⨯
得：
4
(Nmm)80
τmax=
由
MT
≤[τ]Wρ
Pnτ=9.553⨯106⨯
480⨯40
搅拌轴为实心轴，则：
Wρ≥0.2d3=9.553⨯106⨯
480⨯40
8m d≥39.0m 取 d=40mm
4.2.1搅拌轴刚度的校核
θmax=
由
MTmax180
⨯⨯103
GJρπ
得：
θ=9.553⨯106⨯
41801
⨯⨯
80⨯40π8.1⨯0.1⨯404
θ
因为最大单位扭转角:max
=0.878︒/m
所以圆轴的刚度足够。若考虑到圆轴与联轴器配合，d=40mm可能要进一步调整。
4.2.3搅拌轴转速校核
由于反应釜搅拌轴搅拌速率n=80r/min
4.2.4搅拌轴尺寸的设计
搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1 ，釜内未浸入液体的长度L2 ,浸入液体的长度L3 三部分组成。即；L=L1+L2+L3
其中L1=H-M(H-釜体筒体的长度；M-减速机输出轴长度）
L1=825-180=645 (mm）
液体装料高度Hi的确定;
Ve-操作容积（m3）;VF-釜体封头容积（m3）；Di-筒体的内径（m）
液体总装料高度：Hi=H1+h1+h2=4200+700+40=4940 （mm）
L3的确定，搅拌桨的搅拌效果与起在釜体的位置和液体高度有关，搅拌桨进入液体的最佳高度为S=2Hi/3
故L3=2/3×4940=3293mm
4.2.5联轴器的型式及尺寸设计
由于选用摆线针齿形星减速器，所以联轴器的型式选用立式夹克联轴器（D型）。标记为DN 40 HG 21570-95，结构看图。
4．3反应釜的传动装置和轴封装置
4.3.1电动机的选型
由于反应釜李的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆标志d II AT4 ).根据电机的功率p=4kw，转速n=1440r/min有文献(6）16-52页表16-1-28选用的电机型号为：YB112.
4.3.2减速器的选型
根据电机的功率p=4kw，搅拌轴的转速n=80r/min传送比i为1440/80=18选用直连摆线针轮减速器（JB/T2982-1994),标记ZLD2.2-4A-23.由文献（16）1218页表9-2-35确定其安装尺寸，安装尺寸看图。
4.3.3反应釜的轴封装置设计
反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封，考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性因此选用机械密封。根据Pw=0.51mpa，t=135℃，n=80r/min d=40mm选用d型（双端面小弹簧LB型）釜用机械密封。解构尺寸见图。
5.釜体其他附件设计与选型
5.1 支架和底座
反应搅拌轴转速较小，轴径也不大，所以选用单支点机架。
本反应釜为立式容器，选用耳式支座，简单轻便，但会对壁产生局部应力，所以在支座与器壁间加一垫板。应为壁外有夹套，所以选用B型耳式支座。即长臂带垫板。
5.2.人孔选型
采用不锈钢制人孔，采用回旋盖快开人孔。零件包括人孔接管，法兰，回旋盖连接管，销钉，人孔盖，手柄，可旋转的链接螺栓，密封垫片。 查国标得，人孔直径d=600mm，可承受最大压力位0.6MPa。可用！
5.3.接管及其法兰选型
反应釜体内径1600mm，所以与封头的法兰连接选择对焊法兰。公称压力取0.6 MPa，法兰材料选择16MnR。反应压力小于2.5MPa ，所以选择平面型压紧面。垫片材料橡胶石棉板。
筒体上的管法兰：采用甲型平焊法兰。按公称压力0.6 MPa 下选择，材料还是16MnR。全平面密封。垫片为橡胶石棉板。
螺母选择对应尺寸的GB41 Ⅰ型六角螺母——C级，螺栓也为对应的C级螺栓。 水进口接管采用Φ45×2.5无缝钢管罐内的接管与夹套内表面磨平，配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
温度计接口采用Φ45×2.5无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
工艺物料进口采用Φ45×2.5无缝钢管，管的一段切成45º，伸入罐内一定长度。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
放料口采用Φ76×3无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti 与其配套的是手动展式铸不锈钢放料闸，标记；放料闸 6-100 HG5-11-81-3。
水出口采用Φ45×2.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
安全阀接口用Φ32×3无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
冷凝器接口用Φ89×4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
加热器套管用Φ76×4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平
焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
固体物料用Φ219×8.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
视镜用Φ89×4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
6.热量和传热面积
6.1.热量计算
前面已求出，每次需要的乙酸，丁醇32.16kmol/h。
所以需要乙酸160.7×60=9642kg
需要丁醇160.7×4.97×74=59102.25kg
又查资料得乙酸和丁醇的比热容分别为2.01kJ/(kg·℃),2.33kJ/(kg·℃),反应物常温下加入。
Q=C1m1∆t+C2m2∆t=2.01⨯9642⨯(130-25)+2.33⨯59102.25⨯(130-25)=1.6⨯107KJ
6.2.传热面积计算
T1=145℃-25℃=120℃ T2=145℃-130℃=15℃
∆T=
T1-T2120-15
==50.5︒CT1120
InIn
15T2
设计每批物料温度从25℃加热到130℃用的时间T为5.5h
Q1.6⨯1010q===8.08⨯105J
T5.5⨯3600则， q8.08⨯105
A===38.1m2
K∆T420⨯50.5传热面积
2
夹套可提供的传热面积为πDH=3.14⨯5⨯5.6=87.92≥38.1m ，可用。
心得体会
在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。特别是在做实验报告时，因为在做数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的继续下去。由于前段时间在准备复习考研，在做课程设计开始的时候没有全身心的投入进来。不过很高兴我们学到的知识能运用到实际中去。通过这次对反应釜的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。最后感谢老师和同学帮助。
参考文献
[1]刘雪暖、汤景凝.化工原理课程设计[M].山东：石油大学出版社，2001、5 [2]贾绍义、柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津：天津大学出版社，2002、8 [3]化工设备设计基础[M].天津：天津大学出版社，2004、1
[4]王明辉.化工单元过程课程设计[M].北京：化学工业出版社，2002、6 [5]夏清、陈常贵.化工原理（上册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1 [6]夏清、陈常贵.化工原理（下册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1 [7]《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册—气液传质设备[M]。北京：化
学工业出版社，1989、7
[8]刘光启、马连湘.化学化工物性参数手册[M].北京：化学工业出版社，2002 [9]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002 [10]程淑芬.应用化工第34卷第4期.HZSM-5合成乙酸正丁醇.[J]2005
[11]Nettl, Bruno.The Study of: Twenty-nine Issues and Concepts [M]. Urbana and Chicago: Uni
versity of Illinois Press, 1983.
[12]Ozalp,Nesrin, Energy, material and emissions flow models of the United States Chemical ind
ustry[J],Ph.D,University of Washington,2005.
[13] Statzer,John H,Environmental, health and safety cost benefit analysis in the United States chemical industry[J],Dr.P.H.The University of Texas Health Sciences Center at Houston School of Public Health,2005.
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前言…………………………………………………………………………………1 1.设计任务书…………………………………………………………………… 3 2.乙酸丁酯生产工艺流程………………………………………………4 3.物料衡算……………………………………………………………………… 5 3.1.计算反应器有效容积VR…………………………………………… 5 3.2.计算反应器总容积VT…………………………………………………6 4.釜体主要结构设计与选型………………………………………………… 7 4.1.反应釜的釜体设计…………………………………………………… 7 4.2.反应釜的搅拌装置…………………………………………………… 9 4.3.反应釜的传送装置和轴封装置…………………………………… 10 5.釜体其他附件设计与选型………………………………………………… 10 5.1支架和底座……………………………………………………………… 11 5.2人孔选型………………………………………………………………… 11 5.3接管及其法兰选型………………………………………………………11 6.热量和载荷衡算………………………………………………………………13 6.1传热面积计算…………………………………………………………… 13 6.2反应釜总重载荷计算………………………………………………… 13 心得体会………………………………………………………………………… 14参考文献………………………………………………………………………… 15
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乙酸正丁酯，简称乙酸丁酯。无色透明有愉快果香气味的液体。较低级同系物难溶于水;与醇、醚、酮等有机溶剂混溶。易燃。急性毒性较小，但对眼鼻有较强的刺激性，而且在高浓度下
会引起麻醉。乙酸正丁酯是一种优良的有机溶剂，对乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂、氯化橡胶以及多种天然树胶均有较好的溶解性能 。密封阴凉干燥保存。 物理化学性质：
沸点 126℃，凝固点 -77.9℃，相对密度 0.8825，折射率 1.3951[1]， 闪点，33℃凝固点-73．5℃，沸点126．11 ℃，闪点(开口)33℃，燃点421℃，折射率1. 3941，比热容(20 ℃)1. 91KJ/(kg?K)，粘度(20℃)0.734mPas，溶解度参数δ=8．5。相对分子质量 116。 用途：
常用有机溶剂。检定铊、锡和钨。测定钼和铼。抗生素萃取剂。
1、是优良的有机溶剂，广泛用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，也用于香料工业
2、GB 2760一96规定为允许使用的食用香料。作为香料，大量用于配制香蕉、梨、菠萝、杏、桃及草莓、浆果等型香精。亦可用作天然胶和合成树脂等的溶剂。 3、偶用于果香型香精中，主要取其扩散力好的性能，更适宜作头香香料使用，但用量宜少，以免单独突出而影响效果。可大量用于如杏子、香蕉、桃子、生梨、凤梨、悬钩子、草莓等食用香精中。
4、优良的有机溶剂，对醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素、氯化橡胶、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂以及许多天然树脂如栲胶、马尼拉胶、达玛树脂等均有良好的溶解性能。广泛应用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在各种石油加工和制药过程中用作萃取剂，也用于香料复配及杏、香蕉、梨、菠萝等各种香味剂的成分。
5、用于火棉胶、硝化纤维、清漆、人造革、医药、塑料及香料工业中.是一种优良的有机溶剂，能够溶解松香、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、氯化橡胶、杜仲胶、聚甲基丙烯酸甲酯等。
6、用作分析试剂、色谱分析标准物质及溶剂 生产方法：
由乙酸与正丁醇在硫酸存在下酯化而得。将丁醇、乙酸和硫酸按比例投入酯化釜，在120℃进行酯化，经回流脱水，控制酯化时的酸值在0.5以下，所得粗酯经中和后进入蒸馏釜，经蒸馏、冷凝、分离进行回流脱水，回收醇酯，最后在126℃以下蒸馏而得产品。生产工艺有连续法及间歇法，视生产规模不同而定。原料消耗定额：乙酸（98%）540kg/t、正丁醇650kg/t。近年来，开发应用固体酸、杂多酸等代替硫酸催化剂，以减轻设备腐蚀的科研报导日见增多，但尚未见成功用于工业生产的报道。
关键字 间歇反应釜式反应器 ；物料衡算：热量衡算：壁厚
1.设计任务书
日产量：7吨 釜个数：1个 每天生产1批
2.乙酸丁酯生产工艺流程
1.反应釜选择不锈钢0Cr13材料（GB4237），因为反应物有轻微腐蚀性；反
应釜为带有搅拌轴的夹套式反应釜，搅拌装置为闭式弯叶涡轮式，夹套采用整体式夹套。
2.操作条件：①间接蒸汽加热；
②塔顶压强：：0.30MPa（绝对压强）
③进料状况：两管同时进料，一管为乙酸，另一管为正丁醇。均由泵从塔底输送至进料口。
3.工艺流程图
3.物料衡算
查阅文献，整理有关物性数据 乙酸：理化性质
相对密度（水为1）：1.050
凝固点(℃):16.7 沸点（℃）：１１８．３
粘度(Pa.s)：１．２２ 20℃时蒸气压（KPa）：1.5 外观及气味：无色液体，有刺鼻的醋味。
溶解性：能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。 材料：稀释后对金属有强烈腐蚀性，316＃和318
正丁醇分子量: 74.12 熔 点: -88.9℃ 沸点：117.25 相对密度: d(20,4)=0.8908；
蒸汽压: 35℃(蒸汽压：0.82kPa/25℃)
溶解性: 微溶于水，溶于乙醇 、醚多数有机溶剂 稳定性: 稳定 外 观与性状: 无色透明液体，具有特殊气味 危险标记: 7(易燃液体)
用 途: 用于制取酯类、塑料增塑剂、医药、喷漆，以及用作溶剂 无色液体，有酒味. 燃烧热(kJ/mol): 2673.2
临界温度(℃): 287 临界压力(MPa): 4.90 饱和蒸气压: 0.82(25℃)
闪点:35℃(闭口)，40℃(开口) 粘度:2.95mPa.s(20℃) 乙酸正丁酯：
分子量：116.16 。 FEMA：2174 。 CAS：123-86-4 。 密度：0.8764
熔点（℃）：-77.9 沸点（℃）：126.1
闪点（℃）：22（闭杯） 折射率：1.3907（19℃） 色状：无色液体。 溶解情况： 溶于醇、醚、醛等有机溶剂，溶于180份水。
每天生产乙酸丁酯7吨，已知反应速度常数k为1.04m·kmol·h，投料摩尔比乙酸：丁醇=1：4.97，反应前后物料的密度为750kg·m，乙酸、丁醇及乙酸丁酯的相对分子质量分别为60、74和116。乙酸转化率为50%，辅助操作时间为0.5h。釜内物料类型为不起泡、不沸腾的物料，装料系数取0.8。设反应时间为0.55h。
3.1计算反应器有效容积
vR
7000
=160.7kmol
0.5⨯116
每天生产9t乙酸丁酯，则每天乙酸需要用量为:FAO=
116为乙酸丁酯相对分子质量 因此可以算出
W总=120.7×60+120.7×4.97×74=51633 kg 60为乙酸相对分子质量：74位丁酯相对分子质量
故反应器的有效容积为:VR=51633÷750=68.84
3.2计算反应器总容积VT
反应器总容积VT为：
Vr=
VR
ϑ
=
68.84
=86.05m3 0.8
式中 ϕ—装料系数，起泡、沸腾的物料，装料系数ϕ可取0.7--0.9[1]， 取装料系数ϕ为0.8。
4. 釜体主要结构设计与选型
4.1.反应釜的釜体设计
4.1.1 确定筒体的直径和高度
对液-液相类型选取高径比1-1.3，在这取H/Di=1.2,估算筒体的内径为；
DI=
==4.50m 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=5000mm，查《化工机械设计指导书》附录4, Di=5000mm标准椭圆封头曲面高度h1=800mm,直边高度 H2=40mm,封头容积Vh=6.0558m3，表面积Fh=5.8231m2，每一米高的筒体容积V1=19.6350m3，表面积F1=16.27m2。
H=
VR-Vh86.05-6.0558
==19.635m
V119.6350
4.1.2 确定内筒的材料和壁厚
反应釜的工作压力为水的饱和蒸汽压，应为在几个反应物中，水的沸点最低。 查表得在t=130℃时，饱和蒸汽压为0.27兆帕。 所以反应釜设计压力p=0.4 MPa
δd=
PD2(σ)-P
T
+C
δ=
PD2(σ)-P
T
=
0.4⨯5000
=8.94
2⨯112-0.4
材料为不锈钢0Cr13材料，设计温度下许用应力为112MPa。采用双面焊。 所以，不锈钢腐蚀余量为0，查表钢板负偏差为0.6mm, 所以δd=8.94+0.6=9.54
查《化工设备设计基础》得，在内径为5000mm时，最小壁厚为12mm，所
以这个反应釜的壁厚为12mm
4.1.3 确定夹套的直径和高度
夹套材料选取16MR钢。反应釜内径为5000mm，所以查得夹套内径5200mm。 夹套选择U型夹套，夹套与反应釜体之间为不可拆式的焊接。载热介质入口在上端，出口在下端。 夹套高度：
4.1.4 确定夹套的材料和壁厚
夹套壁厚：考虑成本及压力因素，夹套材料选取16MR钢。反应釜内径为5000mm，所以查得夹套内径200mm。工作压力为145℃水蒸气饱和蒸汽压加上大气压=0.51MPa
δn=
PcDi0.4⨯5200
==9.3mm0
2σΦ-P2⨯11-20.3
δ=9.3+00.+2=2
1mm1.5 0
封头形式与材料
综合考虑，封头采用椭圆形封头，反应釜内径5000mm，查表得对应封头。得：封头曲面高度为900mm，直边高度40mm。
下封头与反应釜体连接形式为焊接。采用双面焊。上封头采用法兰连接。 封头材料选用碳素钢，查表得，内径为5000mm时，厚度为11.50mm，质量为7632kg。
4.2.反应釜的搅拌装置
4.2.1搅拌轴直径的设计
电机的功率P=4KW,搅拌轴的转速n=80r/min，文献[4]235表11-1取用材料为1Cr18Ni9Ti，τ=40MPa，剪切弹性模量G=8.1×104MPa，许用单位扭转 [θ]=1º/m。
由
p
m=9.553⨯10
n
6
6
m=9.553⨯10⨯得；
4
(Nmm)80
利用截面法得：
MTmax=m=9.553⨯106⨯
Wρ≥9.553⨯106⨯
得：
4
(Nmm)80
τmax=
由
MT
≤[τ]Wρ
Pnτ=9.553⨯106⨯
480⨯40
搅拌轴为实心轴，则：
Wρ≥0.2d3=9.553⨯106⨯
480⨯40
8m d≥39.0m 取 d=40mm
4.2.1搅拌轴刚度的校核
θmax=
由
MTmax180
⨯⨯103
GJρπ
得：
θ=9.553⨯106⨯
41801
⨯⨯
80⨯40π8.1⨯0.1⨯404
θ
因为最大单位扭转角:max
=0.878︒/m
所以圆轴的刚度足够。若考虑到圆轴与联轴器配合，d=40mm可能要进一步调整。
4.2.3搅拌轴转速校核
由于反应釜搅拌轴搅拌速率n=80r/min
4.2.4搅拌轴尺寸的设计
搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1 ，釜内未浸入液体的长度L2 ,浸入液体的长度L3 三部分组成。即；L=L1+L2+L3
其中L1=H-M(H-釜体筒体的长度；M-减速机输出轴长度）
L1=825-180=645 (mm）
液体装料高度Hi的确定;
Ve-操作容积（m3）;VF-釜体封头容积（m3）；Di-筒体的内径（m）
液体总装料高度：Hi=H1+h1+h2=4200+700+40=4940 （mm）
L3的确定，搅拌桨的搅拌效果与起在釜体的位置和液体高度有关，搅拌桨进入液体的最佳高度为S=2Hi/3
故L3=2/3×4940=3293mm
4.2.5联轴器的型式及尺寸设计
由于选用摆线针齿形星减速器，所以联轴器的型式选用立式夹克联轴器（D型）。标记为DN 40 HG 21570-95，结构看图。
4．3反应釜的传动装置和轴封装置
4.3.1电动机的选型
由于反应釜李的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆标志d II AT4 ).根据电机的功率p=4kw，转速n=1440r/min有文献(6）16-52页表16-1-28选用的电机型号为：YB112.
4.3.2减速器的选型
根据电机的功率p=4kw，搅拌轴的转速n=80r/min传送比i为1440/80=18选用直连摆线针轮减速器（JB/T2982-1994),标记ZLD2.2-4A-23.由文献（16）1218页表9-2-35确定其安装尺寸，安装尺寸看图。
4.3.3反应釜的轴封装置设计
反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封，考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性因此选用机械密封。根据Pw=0.51mpa，t=135℃，n=80r/min d=40mm选用d型（双端面小弹簧LB型）釜用机械密封。解构尺寸见图。
5.釜体其他附件设计与选型
5.1 支架和底座
反应搅拌轴转速较小，轴径也不大，所以选用单支点机架。
本反应釜为立式容器，选用耳式支座，简单轻便，但会对壁产生局部应力，所以在支座与器壁间加一垫板。应为壁外有夹套，所以选用B型耳式支座。即长臂带垫板。
5.2.人孔选型
采用不锈钢制人孔，采用回旋盖快开人孔。零件包括人孔接管，法兰，回旋盖连接管，销钉，人孔盖，手柄，可旋转的链接螺栓，密封垫片。 查国标得，人孔直径d=600mm，可承受最大压力位0.6MPa。可用！
5.3.接管及其法兰选型
反应釜体内径1600mm，所以与封头的法兰连接选择对焊法兰。公称压力取0.6 MPa，法兰材料选择16MnR。反应压力小于2.5MPa ，所以选择平面型压紧面。垫片材料橡胶石棉板。
筒体上的管法兰：采用甲型平焊法兰。按公称压力0.6 MPa 下选择，材料还是16MnR。全平面密封。垫片为橡胶石棉板。
螺母选择对应尺寸的GB41 Ⅰ型六角螺母——C级，螺栓也为对应的C级螺栓。 水进口接管采用Φ45×2.5无缝钢管罐内的接管与夹套内表面磨平，配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
温度计接口采用Φ45×2.5无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
工艺物料进口采用Φ45×2.5无缝钢管，管的一段切成45º，伸入罐内一定长度。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
放料口采用Φ76×3无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti 与其配套的是手动展式铸不锈钢放料闸，标记；放料闸 6-100 HG5-11-81-3。
水出口采用Φ45×2.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
安全阀接口用Φ32×3无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
冷凝器接口用Φ89×4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
加热器套管用Φ76×4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平
焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
固体物料用Φ219×8.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
视镜用Φ89×4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰；HG20592 法兰PL25-0.6 RF OCr18Ni10Ti。
6.热量和传热面积
6.1.热量计算
前面已求出，每次需要的乙酸，丁醇32.16kmol/h。
所以需要乙酸160.7×60=9642kg
需要丁醇160.7×4.97×74=59102.25kg
又查资料得乙酸和丁醇的比热容分别为2.01kJ/(kg·℃),2.33kJ/(kg·℃),反应物常温下加入。
Q=C1m1∆t+C2m2∆t=2.01⨯9642⨯(130-25)+2.33⨯59102.25⨯(130-25)=1.6⨯107KJ
6.2.传热面积计算
T1=145℃-25℃=120℃ T2=145℃-130℃=15℃
∆T=
T1-T2120-15
==50.5︒CT1120
InIn
15T2
设计每批物料温度从25℃加热到130℃用的时间T为5.5h
Q1.6⨯1010q===8.08⨯105J
T5.5⨯3600则， q8.08⨯105
A===38.1m2
K∆T420⨯50.5传热面积
2
夹套可提供的传热面积为πDH=3.14⨯5⨯5.6=87.92≥38.1m ，可用。
心得体会
在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。特别是在做实验报告时，因为在做数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的继续下去。由于前段时间在准备复习考研，在做课程设计开始的时候没有全身心的投入进来。不过很高兴我们学到的知识能运用到实际中去。通过这次对反应釜的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。最后感谢老师和同学帮助。
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