課程設計說明書 生命科學學院 所屬課程 制藥反應工程 設計題目 年產 5014 噸乙酸乙酯的反應器的設計 專業(yè) 班級 學生姓名 設計組別 指導教師 武昌理工學院生命科學學院印制 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 I 11 級制藥工程制藥反應工程 課程設計任務書 一、設計項目 年產 x噸乙酸乙酯的反應器的設計 二、設計條件 1、 生產規(guī)模： （ 5000+學號） 噸 /年 2、 生產時間：連續(xù)生產 8000小時 /年，間隙生產 6000小時 /年 3、 物料損耗：按 5%計算 4、 乙酸的轉化率： （ 50+學號） %（ 1 10號）；（ 40+學號） %（ 11 20號） （ 30+學號） %（ 21 30號）；（ 20+學號） %（ 31 40號） （ 10+學號） %（ 41 50號） 三、反應條件 反應在等溫下進行，反應溫度為 80，以少量濃硫酸為催化劑，硫酸量為總物料量的 1%，當乙醇過量時，其動力學方程為： rA=kCA2。 A 為乙酸，建議采用配比為乙酸：乙醇 =1： 5（摩爾比），反應物料密度為 0.85 /l，反應速度常數 k為 15.00L/（ kmol min） 四、設計要求 1、 設計方案比較 對所有的設計方案進行比較，最 后確定本次設計的設計方案。 2、反應部分的流程設計（畫出反應部分的流程圖） （需根據計算結果，進行比較做改動） 3、反應器的工藝設計計算 生產線數，反應器個數，單個反應器體積。 4、攪拌器的設計 對攪拌器進行選型和設計計算。 5、畫出反應器的裝配圖 圖面應包括設備的主要工藝尺寸，技術特性表和接管表。 6、設計計算說明書內容 設計任務書； 目錄； 前言（對設計產品的理化性能，國內外發(fā)展概況，應用價值及其前景等方面進行介紹） 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 II 設計方案比較； (合成工藝介紹，通過分析各種工藝優(yōu)缺點，得到本設計選用的合成 工藝流程 ) 工藝流程圖設計； 反應器的設計 攪拌器的設計； 車間設備布置設計；（主要設備的布置） 環(huán)境保護； 設備裝配圖； 設計總結； 參考資料。 7、繪制主要設備的裝配圖。 用 A1圖紙繪 制主要設備裝 配圖（圖面應包括設備主視圖、局部視圖等，并配備明細表、管口表、技術性能表、技術要求等），要求采用 CAD制圖。 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 III 摘要 乙酸乙酯是一類重要的有 機溶劑和有機化工基本原料，其用途非常廣泛，目前我國采用傳統(tǒng)的方法制備即乙酸和乙醇為原料，濃硫酸為催化劑直接催化合成乙酸乙酯。所以通過對乙酸乙酯的理化性質，社會用途與需求和國內外發(fā)展現(xiàn)狀進行研究調查以及乙酸乙酯在實驗室制法和工業(yè)生產各方面對比之后，為此對乙醇和乙酸的縮合進行了乙酸乙酯合成工藝的課程設計。本選題為年產量為年產 5014噸乙酸乙酯的反應器的設計 。對工業(yè)生產中的物料衡算，熱量衡算和合成工藝的設備等方面為間歇釜式反應器的工業(yè)設計提供較為詳盡的數據與圖紙。本選題為年產量為年產 5014噸乙酸乙酯的反應器的 設計 。 關鍵字： 乙酸；乙醇；乙酸乙酯；合成工藝；間歇式反應器 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 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 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 V 目 錄 11 級制藥工程制藥反應工程 . I 課程設計任務書 . I 摘要 . III Abstract . IV 第一章 前言 . 1 1.1乙酸乙酯的理化性質 . 1 1.2乙酸乙酯的用途 . 2 1.3乙酸乙酯的國內外生產現(xiàn)狀 . 2 1.3.1 國外情況 . 2 1.3.2 國內情況 . 3 第二章 乙酸乙酯制備工藝的比較 . 5 2.1實驗室制法 . 5 2.2工業(yè)乙酸乙酯的合成工藝 . 5 第三章 工藝流程圖設計 . 9 第四章 工藝設計計算 . 10 4.1 設計依據 . 10 4.2設計方案 . 10 4.3設計條件 . 10 4.4反應條件 . 10 4.5 工藝計算及方案選擇 . 10 4.5.1反應器的的操作有間歇操作和連續(xù)操作 . 10 4.5.2間歇反應釜進料 . 11 4.5.3 流量的計算 . 11 4.5.4 反應體積及反應時間計算 . 12 4.6連續(xù)性反應釜進料的計算 . 13 4.6.1流量的計算 . 13 4.6.2反應體積及反應時間計算 . 14 第五章 熱量衡算 . 16 5.1 熱量衡算總式 . 16 5.2 每摩爾各種物值在不同條件下的mpC,值 . 16 5.3 各種氣象物質的參數如下表 . 17 5.4 每摩爾物質在 80下的焓值 . 17 5.5 總能量衡算 . 18 5.6 換熱設計 . 18 5.7 水蒸氣的用量 . 19 6.1 反應釜體及夾套的設計計算 . 20 6.1.1 筒體和封頭的幾何參數的確定 . 20 6.1.2 筒體和封頭的型式 . 20 選擇圓筒體，橢圓形封頭。 . 20 6.1.3 筒體和封頭的直徑 . 20 6.1.4 確定筒體高度 H . 21 6.1.5 夾套直徑、高度的確定 . 21 6.2 釜體及夾套厚度的計算 . 21 6.2.1 設備材料 . 21 6.3 設備的壁厚計算 . 21 6.3.1 釜體筒體壁厚計算 . 21 6.3.2 內壓設計計算 . 21 6.3.3 外壓設計計算 . 22 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 VI 6.3.4 釜體封頭壁厚計算 . 22 6.3.5 夾套筒體壁厚設計計算 . 23 6.3.6 夾套封頭壁厚設計與選擇 . 23 6.3.7 反應釜設計 參數 . 23 6.4 攪拌器設計 . 23 6.4.1 攪拌器的形式選擇 . 23 6.4.2 攪拌器轉速 n： . 24 6.4.3 傳動功率 P： . 24 6.4.4 電機功率 . 24 6.4.5 減速器的選擇 . 24 6.4.6 電動機的選擇 . 24 6.5 攪拌軸直徑的設計計算 . 24 6.5.1 攪拌軸材料： . 24 6.5.2 攪拌軸強度計算 . 24 6.5.3 攪拌軸剛度計算 . 24 6.6.夾套式反應釜附屬裝置的確 定 . 25 6.6.1選型 . 25 6.6.2 反應釜總重 . 25 6.7 人孔 C . 25 6.8 接管及其法蘭選擇 . 25 6.8.1 水蒸氣進口管： . 25 6.8.2 冷卻水出口管 ： . 25 6.8.3 進料管 . 25 第七章 結論與建議 . 28 7.1 結論 . 28 7.2 建議 . 28 參考文獻 . 29 致 謝 . 30 指導教師評語 . 31 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 1 第一章 前言 1.1 乙酸乙酯的理化性質 醋酸乙酯 ethyl acetate 簡寫 EA。 又名乙酸乙酯，簡稱乙酯，分子式 CH3COOC2H5，分子量 88.1，無色透明液體，具有揮發(fā)性，有水果香味。熔點 -83.6沸點 7.06，相對密度 0.902（ 20），蒸汽壓（ 20） 9.7kPa，氣化熱 366.5J/g，比熱容 1.92J/（ g. ），爆炸極限 2.13 11.4（體積）。 能與氯仿、醇、丙酮及醚等混溶 ,微溶于水。 純凈的乙酸乙酯是無色透明具有刺激性氣味的液體，是一種用途廣泛的精細化工產品，具有優(yōu)異的溶解性、快干性，用途廣泛，是一種非常重要的有機化工原料和極好的工業(yè)溶劑，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹酯、合成橡膠、涂料及油漆等的生產過程中。其主要用途有：作為工業(yè)溶劑，用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑、人造纖維等產品中；作為粘合劑，用于印刷油墨、人造珍珠的生產；作為提取劑，用于醫(yī)藥、有機酸等產品的生產；作為香料原料，用于菠蘿、香蕉、草莓 等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。我們所說的陳酒很好喝，就是因為酒中含有乙酸乙酯。乙酸乙酯具有果香味。因為酒中含有少量乙酸，和乙醇進行反應生成乙酸乙酯。因為這是個可逆反應，所以要具有長時間，才會積累導致陳酒香氣的乙酸乙酯。 危險特性：易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸會猛烈反應。在火場中，受熱的容器有爆炸危險。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。 表 1-1 乙酸乙酯的物化參數 熔點 ( ) -83.6 臨界溫度 ( ) 250.1 折光率（ 20 ) 1.3708-1.3730 臨界壓力 (MPa) 3.83 沸點 ( ) 77.06 辛醇 /水分配系數的 對數值 0.73 對密度 (水 =1) 0.894-0.898 閃點 ( ) 7.2 相對蒸氣密度 (空氣 =1) 3.04 引燃溫度 ( ) 426 飽和蒸氣壓 (kPa) 13.33(27 ) 爆炸上限 %(V/V) 11.5 燃燒熱 (kJ/mol) 2244.2 爆炸下限 %(V/V) 2.0 室溫下的分子偶極距 6.555 10-30 武昌理工學院 生命科學學院課程設計用紙 共 38 頁，第 頁 2 燃燒（ 分解）產物：一氧化碳、二氧化碳。 現(xiàn)場應急監(jiān)測方法：氣體檢測管法 實驗室監(jiān)測方法： 無泵型采樣氣相色譜法 (WS/T155-1999，作業(yè)場所空氣） 應急處理處置方法：一、泄漏應急處理 迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護服。盡可能切斷泄漏源，防止進入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構筑圍堤或挖坑收容；用泡沫覆蓋，降低蒸 氣災害。用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內，回收或運至廢物處理場所處置。 1.2 乙酸乙酯的用途 其主要用途有：作為工業(yè)溶劑，用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑、人造纖維等產品中；作為粘合劑，用于印刷油墨、人造珍珠的生產；作為提取劑，用于醫(yī)藥、有機酸等產品的生產；作為香料原料，用于菠蘿、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。用作溶劑，及用于染料和一些醫(yī)藥中間體的合成。是食用香精中用量較大的合成香料之一，大量用于調配香蕉、梨、桃、菠蘿、葡萄等香型食用香精。是硝酸纖維素、乙基纖維素、 乙酸纖維素和氯丁橡膠的快干溶劑，也是工業(yè)上使用的低毒性溶劑。還可用作紡織工業(yè)的清洗劑和天然香料的萃取劑，也是制藥工業(yè)和有機合成的重要原料。 1.3 乙酸乙酯的國內外生產現(xiàn)狀 1.3.1 國外情況 國外發(fā)達國家工業(yè)生產乙酸乙酯主要采用乙醇醋酸直接酯化法和乙醛縮合法。美國乙酸乙酯近幾年生產量都在 50 萬 t 以上 , 是世界上乙酸乙酯貿易量最大的國家。由于美國產業(yè)結構的特點 , 可獲得廉價的乙醇 ( 乙醇價格為我國的 1/ 2 1/ 3) 和醋酸 (基本上采用 OXO 法生產即甲醇低羰基合成法 ),因而美國只 有一套由 Eastman 公司以