年产11.7万吨聚甲基丙烯酸甲酯项目设计3-2反应器设计说明书.docx

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1、反应器设计说明书目录第一龙设计概述1第二章叔丁静水合反应潺(RO1.O1.)设计22.1 反应器形式确定22.2 反应器设计条件22.3 反应器详细设计42.3.1 搅拌釜尺寸设计42.3.2 搅拌桨形式及尺寸确定52.3.3 搅拌转速确定62.3.4 通气量的确定82.3.5 搅拌功率的确定82.3.6 拌釜配件选型92.3.7 壁厚计尊132.3.8 接管计算132.4 反应器的改善142.4.1 强化佐热装置142.4.2 传质问鹿上142.5 反应潺的校核152.6 反应器校核结果242.7 谀备条件图25第一章设计概述化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置是化工生产及相关工

2、业生产的关键设备.由于化学反应种类繁多，机理各异，因此，为了适应不同反应的需要，化学反应器的类型和结构也必然差异很大,反应器的性能优良与否，不仅宜接影响化学反应本分，而I1.影响原料的预处理和产初的分小，因而反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的，反应涔设计的主要任务首先是选择反应渊的型式和操作方式,然后根据反应和物料的特点，计算所需的加科速度、操作条件（湿度、压力、组成等）及反应三s体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸,同时还应该芍虑经济的合理性和环境保护等方面的要求.在反应器设计时，除了通常说的要符合“合理、先进、安全、经济”的原则，在落实到具体问题时，要考虑到下列的设计要

3、点：（1）保证物料转化率和反应时间：（2）满足物料和反应的热传递要求：（3）注意材质选刖和机械加工要求.反应器的设计主要内容包括：（I）反应器选里：（2）确定合适的工艺条件：（3）确定实现这些工艺条件所备的技术措施：（4）确定反应器的结构尺寸：（5）确定必要的控制手段。反应器按结构大致可分为管式、釜式、塔式、固定床和流化床等.表M部分反应IMett型式适用的反戌优缺点管式气相、液相返混小、所需反应器容积较小、比传热面大：但对慢速反应，管要很长,任降大釜式液相、液液相、液-固相适用性大、探作弹性大、连续操作时温度、浓度容易控制、产品质量均一，但高转化率时,I_反应一积大固定床气-固（催化或非催化

4、）相运混小、高转化率时催化剂用fft少.催化剂不易磨损：传热控阻不易、催化剂装切麻烦流化床气固（催化或非催化）相、特别是催化剂失活很快的反应传热好、温度均匀、易控制、催化剂有效系数大：粒子输送容易、但磨耗大：床内返混大.对高弱化率不利，操作条件果断较大移动床气固（催化或非催化）相、催化剂需要不嘶再生的反应传热好、反应连续、返混小、催化剂不断循环再生:控制固体均匀下移比较困难.可能发生“贴壁和”空腔”现领本项目为聚甲基丙烯酸甲Si的生产项目,以总厂的抽余C4中的异丁烯为主要原料,将三菱人造统公司的水合法同旭化成公司的直接氧化醋化法相结合生产甲基丙烯酸甲Sb利用溶液聚合生产聚甲基丙烯酸甲油.该工之

5、设计异丁烯的水合、叔丁醉的氧化、甲基西爆解的直接乳化酯化以及甲基丙烯酸甲用的聚合四个，段,工艺清洁高效，能得到较高纯度聚甲菸丙端酸甲雷，第二章叔丁醇水合反应器(RO1.oD设计本项目由总厂提供的抽余C4中的异烯生产聚甲基丙烯酸甲醋,本反应器设计说明B主要详述对于第一工段中异丁优水合法制备权J肿的反应器(RO1.O1.)的设计。2.1 反应器形式确定根据对异丁烯水合反应的动力学分析,将其水合反应的动力学方程式归纳如下：畲*其中中122K2k-(4.43409X10,a+4.142210Jx-T-,C.B与例并等相关.W9.楮后候步。修正J柒蠢文依对比结果及反应俄况*24OmOIfma为了节省操作

6、费用和设备费用,采用鼓泡搅拌翁反应形式.同时，该反应为放热反应，因此采用外部循环换热方式移出反应热。根据对被泡搅拌釜中水合反应过程控制步骤的分析，可以发现整个过程为反应控刎，而对于带有外部循环换热的鼓泡搅拌釜整体而言，其可以近似认为是符合理想全混流反应器模型.W于全混流反应擀,根据物料衡算则行：卜。Gm(1.-x,r)+%)/小SCnr*。(CnMr)/(,(rw)/(rw)/其中,%和XnJE和。分别指反应器的初始流入物料总体积、异丁优的转化率、弁丁烯的反应体枳，与反应器内状态相同。将反应动力学代入上式，则可得：1.+Qf1.j1.i-0但应当注遛的是，停留时间r为液相的停留时间，V也是鼓泡

7、搅拌釜中的液相体积。由于液相中的级气浓度计算发杂,瓜终选择采用ASPEN中的RCSTR模块来进行模拟计算.并将温度条件设置为恒温。2.2 反应器设计条件根据ASPEN模拟结果.叔丁酹水介反应器最终采用帝行外部循环换热的鼓泡搅拌釜形式.由于组成异丁烯水合反应滞的泵、静态混合器及换热涔行相关标准,均为标准设备.因此在此不行详细设计，仪根据相关设计要求进行选型,而对于反应器的核心鼓泡搅拌釜则进行详细设计.根据模拟结果，得出叔丁静反应器进出物流如下图，ISI则是通入的是等待水合的异J烯及含有其他杂质的反应气：其中WATER1.为流入水的水合反应器的浆液，主要成分是水：TBAI是为/馄高异丁烯在水中的溶

8、解度加入的叔丁呼助剂：1S9为产出的叔丁静和催化剂树脂浆液.表2-1IttUWMfciS计条件项目数值工作WTe64.93工作压力小Hr6设计压力小Hr6.6tttt三r79.93设备亶树m内径1.8m设备育度Zm立简段2.1m,加有两他标准EHA桶回讨头tt.亶役与KU段育度在2321中St拌叁尺寸Ift计中国.进出口进口出口I流JR号ISITBAIWATERIIS9TemperatUre(P)49.8622525.7227325.411X370Prewurefbar)6667Mo1.eF1.ow(kmo1.hr)154.3744IM)251.1721MassF1.ow(kghr)8684.

9、77296.49122882.44511863.71Vo1.umeF1.oW(C1.Im/hr)15.692440.3781082.90112917,66024VaporFraction8.52E.O80001.iquidFraction111fSo1.idFractiunO000Mo1.arEntha1.py(kca1.mo1.)-855049-68.2549-85.7146-51.2246MassEntha1.py(kca1.kg)-151.9X7-3788.72-115639-1084.5Entha1.pyFIoW(GCa1./hr)-1.31997-0.34286-10.920812.

10、8662Mo1.arEntropy(CaIZmnI-K)-74.573538.9408-139.46-74.0357MassEntropy(CIGM-K)-1.32556-2.16154-1.88147-1.56744Mo1.arI)ensity(km1.cum)9.83747455.1509410.57914.22246MassDensity(kgcm)553.4366993.5597784.1453671.7749AverageMo1.ccu1.urWeight56.25818.0152874.122847.23338ComponentMassF1.ow(kghrNBA411.702200

11、411.70221B289.989300289.9893IBE4626.27400855.7428IBE5061.013003061.013C2BE4.028864004.028864!,3BDE29.687850029.68785T2BE262.075900262.0759TBA0296.491205277.683H2O002882.4451671.784COmPUnCntMassFractionNBA0.047405000.034703IB0.03339】000.024443进出口物料的介质名称、组成和流状等信息如卜表2-2所示:衰-2水合反医暮(ROIOI)遂出口的科IBE0.53268

12、8000.072131IBE0352458000.258015C2BE0.000464000.000341.3BDE0.00341800O.(X)25O2T2BE0.030177000.022()91TBA0I00.44486H2O0010.140916根据流股信息,并考虑到设计压力一般取工作压力的1.05-1.1倍，设计ifi度则需比呆高温度高1.5-30o因此设计压力：Prf-P1.ftX1.1-737281.1B.082bar设计温度：Taif=(80+15)X=95t根据模拟结果及设计要求.得出鼓泡搅拌釜的设计条件：2.3 反应器详细设计以全混流为理想模型，确定了停留时间及液相体积之后

13、，对搅拌釜反应器进行诸如搅拌釜口径、搅拌更高度、搅拌桨型号、气体分布器位置等舂数诳行详细设计，同时利用SW6iM行强度校核，23.1搅拌釜尺寸设计可以由液相停留时间、液相体积流会未确定液相停留体枳.并结合装液高径比确定直径.对于搅拌釜，一般液层高度与釜径的比值m=1.0-12.不妨取奘液高径比为1.2进行设计计算，根据模拟结果，所需液相反应体积为100m1.则有：(哈WO计算蒯=4.73415向上取整为480Omm.此时选择标准椭闽封头进行设计,椭圆封头长径为48(X)mm深度为939mm则椭圆封头体积为：2nabc2a2.4X2.40.939V-=-=三11.70180432从而有液体高度为

14、:10011.70180432-wo-o=43820216720.253.14448奘液高径比为M.4.882021672K-五一*,n满足装液腐径比1.0-1.2的要求.同时，由于这是一个鼓泡系统，取装填系数为0.65,则直筒段高度：100m14x2.4m2.4m0.939m02Sv4JBmX4.8m72Sm232携拌桨形式及尺寸确定有文献衣明，在搅拌鼓泡釜中通常枭用的桨叶是自液涡轮式，用标准的六叶或者四叶。在涡轮桨圆盘的卜方,设有进气湃，这种形式的搅拌柒能产生高度湍流并击碎气泡.并且当务IH4需要采用两层或多层桨，因此缴化反应器中枭用的是六叶渊盘涡轮.由于D反应器设计的装液裔径比小于1.8

15、,因此只需要一层搅拌桨桨叶中圆盘的作用可以防止气体沿轴短路上升，气体从分布器的孔口唉出，就能立刻被转动的桨叶刮碎并卷入叶片后面的涡流中，被涡流粉碎的气泡又同时沿半径方向甩出，到达器壁之后又折而向上、下两处循环并旋转,若遇到挡板.则再一次发生扰动.但由于气泡本身的浮力，它的行径并不与液流完全一致.在桨叶吐出处附近区域.此传质最强区域，局部的气含状也最大，反应釜内的传质，主要靠此区域.其余部分的空间，传质效果大城。当然，时于慢反应，为了保证必要的反应时间，还要继续在那里进行反应。涡轮式搅扑桨叶宜径1与釜百.径D的最佳比值视不同情况而有所差别,对于良好的传侦要求:18传热为O33,粘度增高则该比伯增

16、加，有固体颗粒悬浮时;A1.8,若过程同时要求满足良好的传质、传热及固体颗粒：&浮的要求,则取：=0.33.水（剂，为C而言，耳解出红包、反应是一个勺$证良好的化学二033是恰,方枢的那一行b11,液反应，反应速度当的。梦3参数：但同时也在体系中加入应当使固体颗粒悬浮,IIG3796.5-2005KI盘J1.苯乙烯交联碘同时保证良好%轮式搅拌器构酸场树脂作为催化r的传项效果，涂合；准,选择下表中以9S1209806MI6MI2101”1加40223;137.11。155江81MJOMU10：2240220SO30040ISK4n3oIMIacoISO223970M”M1.tIO12260220

17、SO325169.421328125：001250930MZOM1.iIO122毓23050300461I434231150IWO1虹MOI000MtOMH101?3002MSO57545190.IMMiS10123S%42S45s,0-J,jtts,?19J.:002202831KCVCOMH121270M20M：612u2SOS471SO231.1“呐283?(Kn28JZO1MOM2。M1612SO2S6K2.i30JOJ343E2-2.H轮撞笄尺寸PY500)PDY2-3根据文献，取叶轮柜釜底距离H1Y=SOO砚山为保证良好的传侦，除了加有携扑桨之外，还需在釜边缘加上挡板，根据文献，取

18、挡板数为4.挡板宽度机O1.D03d=480mm23.3揽拌转速确定转速无疑会对搅拌效果造成影响，进而对传殖、传热等都造成影响,实验研究表明，在某一区域范树内，搅扑那转速对反应速率有明显的影响，可能存在有两个临界游速：K临界依速与上临界行送。所训卜临界咕速，是指搅拌桨的利速必须达到此值，气体才能分放均匀.在此转速以上.釜内气液都晅干完全混合传质系数主要受搅拌速度所支配.气泡大小已无直接影响.因此，下临界转速实质上是被泡作用和搅拌作用对总反应速率相对影响程度的i种界限,对快速反应或者瞬间反应比较显著，陈It喋先生主编的第淑E化学反应工程给出了一个计峰鼓泡搅拌釜临界转速的经验公式：其中no为临界转

19、速,单位为s,:d为搅拌桨叶直径.单位为m：为液体表面张力.单位为N/m：K为液和密度,单位为kg11.由于这是一个接近全泄流状态的反应器，所以釜内液相性质与出口液相性质一致，因I1.tff0=00197815Nm:p1.=6787O9kgm3。同时根据之前对搅拌至百径及搅拌桨的设计，可得D4.8皿（11.m，代入临界转速计算公式则有：D11.22+US3ap19781S9311isr4.8,316,-122+125-Ib7o.7（yJ1.0从而笄省及004011368s1242406821.1.r/min同时第二版书中也给出了一个经脸公式对临界转速进行估计：其中符号含义同上.则可算得：JgD

20、O,O197815X91/4,_值）=J-67B,709（中）=02438,6,261=14628%7S8r/mi取两经脸值的最大值，为24rnin1.但是同时，我们的是同釜与普通的气液鼓与搅拌的不同,在于体系中行在催化剂固体.搅拌速度应当使固体颗粒保证完全悬浮.ZWiCtCringT.N.等人使用不同类型搅拌器对较大范困内不同密度的固体颗粒进行实验，证明够界悬浮速度与体系性短、叶轮性能及釜径有关，式中：n.为达到临界悬浮态的加小转递，s1.C为固相的比质愤分数（单位就敬液体中的固体艇量分数.此中为48；6为液体运动粘度,m2s,.此中为65127617X10-,三21.;dp为颗粒且径.m,

21、此中为4.2X1.Os：IX和Pt为固体及液体的密度,kgmj.此中分别为2850.5778kgm3及678.709m3:I为一个与搅拌耦类型和安装表25内上封女内压计算内n上a共的压计算计的标准计算为Ct(；HI54M2OII头冏图泞A厘力AM1.MPa3计汁收I9K内径D,曲面度MW4MKMM)24MMM)I2C2MoIRm11mm1.计部度许用感力ST18738MPd试验部班许用应力同辆版货偏小C1.WttIKMC3W.(MON100MhInunmm仃按依头票eO1.00压力试心时应力废修JE力试依美次MSMhihKSMkPi=.25。而=10102（改由用户输入）MBi压力调及允许通4

22、的魔力付r0.W.-279.1MBi试验压力Fy头的应力%=也色31.UM6巩，Mhi校核条件5、叫校法结果合格1曳收用Mi1.B形状系做KW6H如-0.5W沙口万度KPR&=与而诋=5,8mm效屏收&/必CG-22.7011mG小力展u-7.20mmN义M或&=2S.OOmm结论足鼻小*度工求由杭7K462KFIK力计口能人允许工作压力IP.2。艰|,-3.52785町+0.5%MPitt表27开孔扑计，开孔科计算计算单伫IftV：N1.zf21.918计算方法:GBIS但Oi1.物0做修逑法，依孔班计条件M图计总度力A(.KX2MPaB设计温度95C光体也式muMNAZAiI1.3A4光体

23、忖科12Cr2Mo1RZ称及美型板材先体开几处WIS按头系数VI光体内4归1.4J(Mmm:、开孔处8Z屏度乙25mm5、I光体屏收（ftMG光体右蚀.密植C1-32mmmm1XA1.光体村科许用应力”187.3Mhi忱网形打小松回的之比I八影豺队上拉管的线Ij川久城段的夬用）0接管实际外仲长度Mmm接管煌接瑁式1IAJOMt接管女片内仲氏度0mm接管材K；ICr1.Mo1.W依代W技接头系欧I名称及突家接管裔性格MImm补Wa1，”N林八影材头开孔中心至450补与处外径,m例头例段的即货mm补可掰以及mm按优照度负做差C.,1与mm补号眼岸收他但并Gr,mm接转川内力M1.167MPuMJS

24、W,MPi开孔补注计亚HH1.形开孔长应修191.97mm升孔长税与孤忡之比1.0179光体计H国4，5.1815mm接管计。月哽40.4439Imm讣魂圈足隙削出系色X.0接管材料免收川谷茏故f1.0.8913开孔IHtt计算Hfd191.97mm扑强区有效变慢B3X34Imm接管疗效外伸长度A1.瓯783m11接竹有效内伸长收frOImm开孔加用所需的补*瓯积人1012mm2光体上泉金MM加儿3305ImnfIt优多余公JW由枳A21546mm1补WK内的口母谕断小112mmj1Mr*1.-4%4e11大于.不加补讣速图由枳mmX2MPaB设计温度95C光体也式UU1AZAiI1.EA4、

25、光体忖科12Cr2Mo1RZ称及美型板材先体开几处WIS按头系数VI光体内4归1.4J(Mmm:、开孔处8Z屏度乙25ZTmm，I光体屏收（ftMG光体右蚀.密植C1IM2mmmm1XA1.光体村科许用应力”187.3Mhi接管林殴。的体表而法慢的夹角I。0八彩豺头上接管/城。到久期线的夬用）接管实际外仲长度2Mmtn按得煌核型式IAJOMt接管女片内仲氏度0mm接管材K；ICr1.Mo1.W依代W技接头系欧I名称及突家接管裔性格MImm补Wa1，”N林八影材头开孔中心至补与处外径,m例头例段的即货mm补可掰以及mm按优照度负做差C.,Umm补号眼岸收他但并Gr,mm接转川内力M1.167MP

26、uMJSW,MPi开孔补注请停4网形开北长”竹4O2.Kmm升孔长税与铀忡之比1光体计H国4，IQ.374mm接管计。月哽40.954mm讣魂圈足隙削出系色X.0接曾M料三收M削茏依f1.0.8913开孔IHtt计算Hfd4O2.Mmm扑强区有效变慢B加咯4Imm接管疗效外伸长度A1.75.095m11接竹有效内伸长收frOImm开礼由史所内力补讨由税人4*(Smm1光体多命金UhH税儿4934mm2It优多余金M1.iM枳A21424mma补WK内的口母谕断小8Rmmj)Mr*,-6445e11大于.不借另加补*HffHimKtmm：,mm2结论:合格表2-9开孔扑计，开孔科计算计算单伫.，

27、7p2W1X计算方法:GBIS但Oi1.物0做修逑法，依孔班计条件M图计总度力A(.KX2MPiiB设计温度95C光体也式UU1AZAiI1.EA4、光体忖科12Cr2Mo1RZ称及美型板材先体开几处WIS按头系数VI_光体内4归1.4J(Mmm:、开孔处8Z屏度乙3tMkfkk/AMfx25.mmH1WWII1.r*/*V1.IMC光体右蚀.密植C12mmmm1A1光体村科许用应力”187.3Mhi接转轴跳、的体表而法慢的夹角1。I八彩豺头上挂管的线。到头期线的夬用)接评空标外伴长慢IMomtn接管煌接瑁式1IAJOMt接管实片内伸氏度100mm接管材K；ICr1.Mo1.W依代W技接头系欧

28、I名称及突家接管裔性格MImm补，*密“*N林八影材头开孔中心至补与处外径,m例头例段的即货mm补可掰以及mm按优照度负做差C.,1与mm补号眼岸收他但并GrImm接转川内力M1.167MPu汴以常注阳用力付MRi开孔补注请停象圆形开孔长应修1JM.63mm升孔长松与忸忡之比1.0002光体计H国4，IQ.374mm接管计。月哽40.4439Imm讣魂圈足隙削出系色X.0接曾M料三收M削茏依f1.0.8913开孔IHtt计算HfdIXK.Mmm扑强区有效变慢B37726Im11接管疗效外伸长度A1.5269m11接竹有效内伸长收fr5H29Imm开孔加用所需的补*瓯积人1991mm2光体多余金

29、属诉税A,224,mm2It优多余余陷IM枳A2WWmma补WK内的口母谕断小210mmj1Mr*,-5502e11大于.不借另加补HffHimKtmmj1MOImm2结论:合格名株及美IB12Cr2M1.R9M光体开几处*V接接火星数yI壳体内n径Di4WMIm光体开孔处利又便衣几2Smm光体察鹰他做处C1IMmm光体监C22mm光住村阳僧阳网力”1X7JKMPa光体型式I1.HAj表2-10JH1.IWHHr开孔补明*H0值位H转：N4.1.SW,WiijH%域线的关角。)-0接管实标外仲K饯amm接管起横空式MAJtKV接管支际内林长度mm接竹材料名移及类型12CMo1.*M接转短搔按头

30、后数I接管湍蚀格量1m11补口蠲“名然”彩对头开孔中至JH头轴线的即离m11补，W翅外径mm补设制印趣mm接管尿度做愉处Ch2m11补之尚厅山箕偏差C1.rmm接管见许用应力Sr167MPii补*制许用院力grMPii开孔补心计nHIB形开孔长血径!46mm开几长整与W径之比I光体计Jt修废J5.1X15mm接竹计算“度“0.33%mm讣述困笈慢削凿奈数AO接管材料却攵制状系战A0.8913开孔答au算我较a146mm补务区有依梵隙B292mm接管仃效外仲长慢H5mm接管盯效内伸长度*，(1mm开孔川班所宪的补弘面枳人?.nm2光除多能分M面。！A12493m11r接管多余金隅Ia机a,I4K

31、5mm2补噌区内的W继而IR,125mm:,M7-A1-41(0mn,大于、.不另如朴I1.朴金四面枳A.mm:.m11v”，论*211搅拌轴Ift计IR挣“幢计ifWM计算条件WM支承情祝MM总计算英ZMttMCN1.W5XM18仲瑞割的承Mi1.H11r.,mIW描WI1.J林承/设在内设计压力PMPaIKsOK2P域安装形式M3搅扑桨物M科名称I1.CrJMo1.V1.MPaMK1.*1*i，-J，_，.，MPa36362MM司次性校S1.EMPa2625OWMHWWW*GMPaX32697800平南胡收好嫁63I.-i40.9WFff1.ttHftIr1.4mOJSWW1.用户MWja

32、Mt域时处许用归向位移&m11(MMYHM件用及向心”mm用户对*Wf1./X峨玷构美55W空心地内衿、夕阳之比S-西柏承之网长收mm2S0悬句端与两轴承同轴径差mm城时至始承即离m11500询体传向力经教K1.2垃M形式11yM加川密Haiamm的承A形式城承H影式级技。安装ib工线夹角a0授抖物科密馁PBm678.709上井介质英？H*R*府并介M特性MMM1.搅打公数1搅打得吴*直叶m式忖抨瑞色黑WHJSI换把32MHB3MffB4搅椿5撞ItM暂”的1，例Z.mm24M描It势血径Dmm6M-拉朴外H片面幻角OW-搅ItM计H宽强hmm120哪及删Offi*mW15.7-挖打1阳颔故找

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