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年产4.4万吨过硫酸铵联产8万吨液态二氧化碳项目—氧化反应器设计书

齐齐哈尔大学小宇宙团队

目录

TOC\o1-3\h\z\u1.概述 1

1.1设计说明 1

1.2注意的问题 1

1.3主要反应机理及动力学 1

1.4反应器设计思路 2

1.7反应参数的确定 3

1.7.1反应压力 3

1.7.2反应温度 3

1.7.3PH 3

1.7.4空速 3

2.反应器 4

2.1反应器计算 4

2.2物料衡算 4

2.3槽体直径 6

2.4确定封头尺寸 7

2.5确定筒体高度 7

2.6夹套及蛇管的几何尺寸计算 8

3.反应釜附件的选型及尺寸设计 9

3.1釜体法兰联接结构的设计 9

3.1.1法兰的设计 9

3.1.2密封面形式的选型 10

3.1.3垫片的设计 10

3.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格 10

3.1.5法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 11

3.2工艺接管的设计 11

3.3垫片尺寸及材质 12

3.3.1垫片的结构 12

3.3.2密封面形式及垫片尺寸 12

3.4液体出料管和过夹套的物料进出口 12

3.5视镜选型 13

3.6手孔和人孔 14

3.7支座 15

3.8气体分布管 16

3.9挡板的计算 16

3.10导流筒 16

4.反应釜传动设备 17

4.1搅拌设备选型和计算 17

4.1.1搅拌器的选择 17

4.1.2搅拌器机构尺寸和安装尺寸的计算 17

4.1.3搅拌器数量的确定 18

4.1.4搅拌轴的结构及尺寸的设计 18

4.2搅拌功率计算 20

4.2.1功率特征数 20

4.3电动机功率的选择 21

5.反应釜的轴封装置 23

6.Sw6校核 24

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齐齐哈尔大学小宇宙团队

1.概述

1.1设计说明

化学反应过程和反应器是化工生产流程的中心环节，反应器的设计往往占有重要的地位。在反应器中发生的是传热、传质的物理过程与化学反应过程共同以及交互作用的结果，比单纯的物理操作或化学过程要复杂的多。反应器的设计主要包括：

反应器选型

确定合适的工艺条件

确定实现这些工艺条件所需的技术措施

确定反应器的结构尺寸

确定必要的控制手段

1.2注意的问题

本反应器主要针对的是亚硫酸铵氧化制取硫酸铵的反应，该反应的高效反应温度在65，反应压力为0.8Mpa，反应PH=8.0。在反应器设计时我们需要考虑以下几个问题：

氧化剂是含氧空气而并非纯氧气。

本反应采用的是非催化氧化技术，氧化过程中不使用催化剂，但需要对空气及反应系统加压，因此，对设备的要求相对较高。

本反应是有离子参与的反应，且部分反应物具有一定的腐蚀作用，因此设备需要一定的抗腐蚀性能。

搅拌对有利于加快亚硫酸铵氧化的反应速率，因此需要设置搅拌装置。

亚硫酸铵氧化反应是气—液非均相反应，且为放热反应。

1.3主要反应机理及动力学

该反应器主要针对亚硫酸铵氧化制取硫酸铵，具体过程如下：

反应的结束主要通过两个SO5-自由基离子结合形成内部产物而完成，反应为：

反应动力学如下：

1.4反应器设计思路

通气式搅拌釜（又称搅拌鼓泡反应器）具有以下特点：

搅拌器的形式、数量、尺寸、安装位置和转速都可进行选择和调节，故具有较强的适应能力。

可设置夹套或冷却管以控制反应温度

可在反应器内设导流筒,以促进定向流动；或使气体经喷嘴注入，以提高液相的含气率，并加强传质。

适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程。

图1-1典型的通气式搅拌釜结构

综上所述，我们选择通气式搅拌釜作为亚硫酸铵塔外氧化的反应器。

1.7反应参数的确定

1.7.1反应压力

亚硫酸铵氧化制取硫酸铵，从热力学的角度分析，升高反应压力有利于提高单位体积内的活化分子数，提高反应速率；但另一方面，反应压力升高后，设备的能耗及设备承受的压力增大，综合以上问题考虑，及参考相关文献我们选择0.8MPa。

1.7.2反应温度

在亚硫酸铵的氧化反应过程中，升高温度，提高了活化分子百分数，有助于提高反应速率，但是温度过高会导致部分亚硫酸铵和亚硫酸氢铵分解及氨的逃逸，增加生产成本，降低生产效率，污染环境，综合以上问题考虑，及参考相关文献我们选择65℃。

1.7.3PH

在一定的范围内，PH越大，反应速率越高，但是PH过高会造成氨的逃逸，污染环境，增加生产成本，综合以上