年产3500吨牛磺酸烟气脱硫项目4-2反应器设计说明书.doc
年产3500吨牛磺酸项目反应器设计说明书
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目录
TOC\o1-3\h\z\u第1章设计概述 -2-
第2章牛磺酸反应器（R0301）设计 -3-
2.1反应器选型 -3-
2.1.1类型选择 -3-
2.1.2供热方式 -3-
2.1.3操作方式 -3-
2.2反应动力学分析 -3-
2.2.1反应方程式 -3-
2.2.2反应机理 -3-
2.2.3反应动力学方程 -4-
2.3反应物物性数据 -5-
2.3.1环氧乙烷热容数据 -5-
2.3.2二氧化碳热容数据 -6-
2.3.3反应热 -6-
2.4设计条件 -6-
2.4.1进料、出料组成 -6-
2.4.2温度 -6-
2.4.3压力 -6-
2.4.4换热系统 -7-
2.5工艺尺寸计算 -7-
2.5.1长径比 -7-
2.5.2反应体积 -7-
2.5.3筒体内径 -7-
2.5.4筒体壁厚 -8-
2.5.5筒体高度 -8-
2.5.6封头尺寸 -8-
2.5.7接管尺寸 -8-
2.5.8夹套几何尺寸 -9-
2.5.9软件模拟验证校核 -9-
2.6搅拌装置 -14-
2.6.1搅拌装置的选择 -14-
2.6.2搅拌功率 -14-
2.6.3搅拌轴 -15-
2.7传动装置 -15-
2.7.1电机 -15-
2.7.2减速装置 -16-
2.8轴封装置 -16-
2.8.1填料密封 -16-
2.8.2机械密封 -16-
2.9设备装配图 -17-
2.10强度校核结果 -18-
第1章设计概述
化学反应过程和反应器是化工生产流程的中心环节，是整个项目的核心，设计准确合适的反应器尺寸对于安全高效生产起着至关重要的作用。本章节的设计主要参考《化工工艺设计手册》、《压力容器手册》、《过程设备设计与选型基础》、《化工原理》等相关资料，对反应器的类型、外形尺寸、内件结构以及参数、接管尺寸以及强度校核等内容进行设计，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径及计算长度。
反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足：
（1）反应器有良好的传热能力；
（2）反应器内温度分布均匀；
（3）反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；
（4）反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；
（5）反应器材料满足反应物腐蚀要求；
（6）保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率；
（7）降低反应过程中副反应发生的水平。
本反应器主要针对的是牛磺酸用亚硫酸氨与环氧乙烷的反应，该反应有两种主流的合成工艺条件，一种是0.3~0.5MPa下的，环氧乙烷与亚硫酸氨配比1~0.5~2，在反应温度为100~155°C下反应5小时。另一种则是在10~25MPa下，环氧乙烷与亚硫酸氨配比1~0.5~2，在反应温度为200~300°C下反应3小时。
本工艺采用第一种合成方法。该反应的温度为150~155°C，反应压力为0.3~0.5MPa，反应时间为5小时。在而该反应器设计两个最主要的难点也是这个反应两个最大的特点是：
（1）反应的转化率低；
（2）反应速度下降明显。
第2章牛磺酸反应器（R0301）设计
2.1反应器选型
2.1.1类型选择
牛磺酸合成反应是环氧乙烷与亚硫酸铵的气液相反应，故适宜采用连续化操作的机械搅拌釜式反应器，可以保证液相与气相充分接触。
2.1.2供热方式
采用合适的供热方式对反应有重要作用，本项目采用高温亚硫酸铵与低温环氧乙烷混合进料，在保证一定质量比的前提下，即可有效控制反应釜内温度在允许范围内波动，并且在夹套内通空气作为适当调节釜内温度，这种供热方式可显著提高换热效率，对反应器内部构造要求较小，便于制造、安装与运行。
2.1.3操作方式
环氧乙烷法制备牛磺酸工艺按操作方式可分为两种：间歇式操作与连续式操作，连续式操作的反应过程中都比较均匀稳定，反应温度和出口牛磺酸浓度都不会随反应时间而改变，通过连续地补充环氧乙烷和亚硫酸铵可以维持反应釜温度、浓度的稳定，从而确保反应稳定。从装置结构上，间歇式生产方式需要周期性切换大型阀门和控制系统，而连续性生产方式只需