乙酸乙酯反应器设计(2)

1.3反应时间与反应体积 将速率方程转换成转化率的函数

CA=CA0(1-XA) CB=CB0-CA0XA CR=CA0XA CS=CS0+CA0XA

RA=k1(a+bXA+cXA2)CA02=k1

由上式可得 CB0 a=C =2.609

A0

CA0CS0

b=-(1+C +CK )=-5.15

B0

A0

K-12CA0CS0CB0[K XA-(1+CB0 +CA0K )XA+CA0 ]CA02

K-1

c=K =0.658 所以：?=b2-4ac =4.434 1

则：t=kC 1A0

2?X0dXAa+bXA+cXA2 =143.8min

2.888×(143.8+50)3

所以：VR=Q0(t+t0)= =9.328m60

VR9.328

实际体积Vt=f =0.6 =15.547m3 （对于沸腾或鼓泡的液体物料，f可取0.4~0.6 《化学反应工程》）

二、物料衡算

乙酸每小时进料量为11.285kmol/h，根据乙酸的转化率和反应物的初始质量比计算出各物料的进料和出料量。

进料：

11.285×60×2乙醇：Q0= =29.439kmol/h 46

乙酸乙酯：Q0=0kmol/h

11.285×60×1.35

水：Q0= =50.783kmol/h 18出料：

乙酸：Q=11.285-11.285×0.386=6.929kmol/h 乙醇：Q=29.439-11.285×0.386=25.083kmol/h 乙酸乙酯：Q=11.285×0.386=4.356kmol/h 水：Q=50.783+11.285×0.386=55.139kmol/h 列表如下： 物料 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 水 进料kmol/h 11.285 29.439 0 50.783 出料kmol/h 6.929 25.083 4.356 55.139 三、热量衡算

3.1标准反应热

以第一基准为计算基准

反应方程式：CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O

n?Hr0

?H=μ +?输出niHi-?输入niHi

各物质的?Hf0及?HV(蒸发焓)查得如下：（由《化工工艺设计手册》第四版上册查得）

乙酸：?Hf0=-487.0KJ/mol

乙醇：?Hf0=-277.6KJ/mol ?HV=39.33KJ/mol

乙酸乙酯：?Hf0=-463.3KJ/mol ?HV=32.24KJ/mol 水：?Hf0=-285.9KJ/mol ?HV=40.63KJ/mol ?Hr0=?输出μi?Hf0-?输入μi?Hf0

=-（463.3+285.9）+（487.0+277.6）=15.4KJ/mol 3.2热量衡算

从《化工工艺设计手册》第四版上册查出各组分在各温度段的CP值，经拟合呈线性关系，所以可用内插法求得各物质在反应温度段下的平均CP值。 拟合结果如下：

乙酸：y=0.1015X+131.25 k2=0.9961 得CP=137.803J/(mol·k)

乙醇：y液=0.4845X+98.9 k2=0.9942 得CP液=124.678J/(mol·k)

y气=0.1558X+61.593 k2=0.9998 得CP气=75.390J/(mol·k)

乙酸乙酯：y液=0.225X+164.8 k2=0.9681 得CP液=177.038J/(mol·k) y气=0.272X+104.12 k2=0.9995 得CP气=128.028J/(mol·k)

水：y=0.0002X2-0.0136X+75.453 k2=0.9968 得CP=75.672J/(mol·k)

因为进料温度为25℃，所以?输入niHi=0，将上述CP值带入计算各组分输出焓值。

乙酸：?H1=n?25Cp液dt=7.161×104KJ/h

乙醇：?H2=n[?25Cp液dt+?HV+?78Cp气dt]=1.194×106KJ/h 乙酸乙酯：?H3=n[?25Cp液dt+?HV+?77Cp气dt]=1.934×105KJ/h 水：?H4=n(?25Cp液dt+?HV)=2.553×106KJ/h

1001007810077100?输出niHi=4.012×106KJ/h

?H总=4.356×15.4×103+4.012×106-0=4.079×106KJ/h ?H总>0，所以外界应向系统提供能量。

3.3换热计算

换热采用夹套加热，设夹套内的过热水蒸气由130℃降到110℃。温差为20℃，忽略热损失，则计算水蒸气的用量如下：

水蒸气的比热容CP0：

Cp0=a+(b×10-2)T+(c×10-5)T2+(d×10-9)T3

其中a=7.7，b=0.0459，c=0.252，d=-0.859 （由《化工计算》查得）

T1+T2T1=130℃， T2=110℃， T=2 =120℃ 计算得Cp0=7.7+0.180+0.389-0.052=8.217cal/(mol·k) 由Q=m0Cp0(T1-T2)得

Q4.079×106×18

m0=C(T-T) =8.217×4.184×20 =1.068×105kg/h

p012

四、反应釜釜体设计

4.1反应器的直径和高度

在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的高径比（H/Di）以确定罐体的直径和高度。选择罐体高径比主要考虑以下两方面因素：

1、高径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PαDi3，其中搅拌功率P随釜体直径Di的增大，而增加很多，减小高径比只能无畏的消耗一些搅拌功率。因此一般情况下，高径比应选择大一些。

2、高径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越大，越有利于传热。

高径比的确定通常采用经验值 种类 一般搅拌釜 罐体物料类型 H/Di 液—固或液—液相物料 1~1.3 气—液相物料 1~2 发酵罐类 气—液相物料 1.7~2.5 H

假设高径比D =1.3 先忽略罐底容积

iπ2π3H

Vt≈4 DiH≈4 DiD

i

π3

15.547=4 Di×1.3 Di=2.48m

取标准Di=2.5m=2500mm

标准椭球形封头设计参数

由《化工制图》查得

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