前言
反应工程课程设计就是《化工设备机械基础》与《反应工程》课程教学中综合性与实践性较强得教学环节,就是理论联系实际得桥梁,就是学生体察工程实际问题复杂性,学习初次尝试反应釜机械设计。化工设计不同于平时得作业,在设计中需要同学独立自主得解决所遇到得问题、自己做出决策,根据老师给定得设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程与设备得设计计算,并要对自己得选择做出论证与核算,经过反复得比较分析,择优选定最理想得方案与合理得设计。
反应工程就是培养学生设计能力得重要实践教学环节。在教师指导下,通过裸程设计,培养学生独立地运用所学到得基本理论并结合生产实际得知识,综合地分析与解决生产实际问题得能力。因此,当学生首次完成该课程设计后,应达到一下几个目得:
1、 熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式,当缺乏必要得数据时,尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。 2、 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理得前提下,综合分析设计任务要求,确定化工工艺流程,进行设备选型,并提出保证过程正常、安全可行所需得检测与计量参数,同时还要考虑改善劳动条件与环境保护得有效措施、
3、 准确而迅速得进行过程计算及主要设备得工艺设计计算及选型。 4、 用精炼得语言、简洁得文字、清晰地图表来表达自己得设计思想与计算结果。
化工设备机械基础课程设计就是一项很繁琐得设计工作,而且在设计中除了要考虑经济因素外,环保也就是一项不得不考虑得问题。除此之外,还要考虑诸多得政策、法规,因此在课程设计中要有耐心,注意多专业、多学科得综合与相互协调、
1 设计任务及条件
1、1设计任务及条件
乙酸乙酯酯化反应得化学式为:
CＨ3COOＨ+C２H５OH===＝＝ＣＨ３COOＣ2H5+H２O Ａ B R S
1、 原料中反应组分得质量比为:A:B:S=1:2:1。3５,反应液得密度为1０20Kg/ｍ3,并假定在反应过程中不变、生产时间:连续生产800０小时/年,间隙生产6000小时/年、反应在100℃下等温操作,其反应速率方程如下
rＲ=k1(CＡCB-CＲCS/K)
[１]
100℃时,k1=4。76×10-4L/(mol·miｎ),平衡常数K=2。92。乙酸得转化率ＸA=０。39,反应器得填充系数f=0。8,为此反应设计一个反应器。
2工艺设计
2.1原料得处理量
按间歇生产计算
根据乙酸乙酯得产量可计算出每小时得乙酸用量为(物料损耗5%) Ｑ=4690Ｘ103/(８８X60０0X0。3９X０。95)=23.９75ｋmol/ｈ 所以单位时间处理量为Ｑ1
Q1=(2３。９75X60Ｘ4、35)／１0２０=6。135m3/h 硫酸用量为总流量得1％ Q0= Q1/0、9９＝６、197 m３/h 原料液起始浓度
CA０＝2３.９7５/６。197=３、8６9 mol/L 乙醇与水得起始浓度
CB0＝3、869ｘ60x2/46＝10。093 mol/L
CS０＝3。８6９x６0x１、３5/18=17.４11 ｍol/Ｌ 将速率方程变成转化率得函数
? ?? ? 其中
a==2.609
ｂ=-(1＋+)＝—5。1５ c=1-1/K=０、65７5 ＝４、84７5
反应时间
=1／(4、7４ｘ1０-4x3。8６9x４、8４75)xln(((—5.1５+４.8475)ｘ0。３60９)／ (－５、15—4。84７5)x０。3９+2x２、６09) ＝１５2。１2 mｉｎ 反应体积
Vr=Q0(t0+t)＝6.19７x(152。1２/60+０。5)=18。81m3 实际体积
V= Vｒ/f=18。8１/0、８＝23。513 m3 按连续生产计算
根据乙酸乙酯得产量可计算出每小时得乙酸用量为
9+2x2、
Q＝4690x１03/(0.9５x8８x８０0０x０。３9)=17。981 kmol/ｈ 原料组成 Ａ:B:S=１:2:1、３5 所以单位时间处理量为Q1
Q1＝17、981x６0x４。３5/1020＝4。601m3/ｈ 硫酸用量为总流量得1%,
所以 Q０= Q1/0、99=4、６４7 ｍ３/h 原料液起始浓度
CA0=１7、９８1/4.647= 3。868mol/L 乙醇与水得起始浓度
CB０＝=１０.09１mol/L
CＳ0＝
将速率方程变成转化率得函数
??
=1７、406 ｍol/Ｌ
????
ａ==2。6１
b=-(1++)= —５.1５
ｃ＝1—1/K=0、６５75 反应体积
Vr
＝
=５。6５8×10－3 ｍｏｌ/(Ｌ ｍｉn)3、 =0。3３9 ｋmol/(m3 ｈ)
Vr=
设计方案比较
(1) 乙醇脱氢法
采用铜基催化剂使乙醇脱氢生成粗乙酸乙酯,经高低压蒸馏除去共沸物,得到纯度为９9。8％以上乙酸乙酯、
２ CH３CＨ2ＯH→CH３CＯOCH２CＨ3+ H2 (2) 乙烯加成法
在以附载在二氧化硅等载体上得杂多酸金属盐或杂多酸为催化剂得存在下,乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。 CH2 CＨ2+ CH３COOH?CH3CＯOＣH2ＣH3
该反应乙酸得单程转化率为66％,以乙烯计乙酸乙酯得选择性为9４%。Rhoｎｅ-Ｐoulenｃ 、昭与电工与BＰ等跨国公司都开发了该生产工艺、
传统得醋酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰, 而大规模生产装置主要采用乙醛缩合法、乙醇脱氢法与醋酸/ 乙烯加成法,其中新建装置多采用醋酸/ 乙烯加成法。我国醋酸乙酯则主要采用醋酸酯化法进行生产。
综上所述:鉴于我国在乙酸乙酯得合成技术与国际水平相比相对落后,运用乙醛缩合法、乙烯加成法、乙醛缩合法等方法合成乙酸乙酯得技术还不就是很成熟,而且本次设计得年产量不就是很大,转化率只有37％,要求不就是很高。所以,选用酯化法合成工艺即可满足设计要求,也符合我国国情。 (３) 乙醛缩合法
在催化剂乙醇铝得存在下,两个分子得乙醛自动氧化与缩合,重排形成一分子得乙酸乙酯。
2CＨ3CＨＯ→CＨ３COＯCH2CH3 该方法２0世纪７0年代在欧美、日本等地已形成了大规模得生产装置,在生产本与环境保护等方面都有着明显得优势、
通过间歇式与连续式得对比,间歇生产得反应体积１8.81m3,连续得反应体积为2０、1７ m３
还有处理量也不就是很大,生产量也不就是很大所以选间歇式比较合算,并以此设计工艺流程及设备、
乙酸乙酯釜式反应器设计
