年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜的设计
1) 反应釜中物料浓度和温度处处相等； 2) 反混程度最大；
3) 反应釜内物料所有参数不随时间变化。
因反混现象比较严重，而且釜内物料浓度降低至出料水平，从而降低了反应速率，而要达到相同的反应程度，多釜串联操作时的平均浓度及平均反应速率均高于单釜，反应釜总体积也自然下降[3]，故本次设计选用3釜串联操作，且各个釜容积和操作温度相同。下面以第一釜为例进行计算。
3.2 反应釜的总体结构
带搅拌的夹套反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。
一台带搅拌的夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。
夹套反应釜分罐体和夹套两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要有电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。
3.2.1 反应釜筒体部分
（1）釜体部分由圆筒和上、下封头组成，提供物料化学反应的其容积由生产能力和产品的化学反应要求决定。
（2）中、低压筒体通常采用不锈钢板卷焊，也可采用碳钢或铸钢制造，为防止物料腐蚀，可在碳钢或铸钢内表面衬耐蚀材料。
（3）釜体壳能同时承受内部介质压力和夹套压力，必须分别按内、外压单独作用时的情况考虑，分别计算其强度和稳定性。
（4）对于承受较大外压的薄壁筒体，在筒体外表面影设置加强圈。
3.2.2 反应釜的四大装置
（1）反应釜的传热装置：为及时送入化学放应所需热量或传出化学放应放出的热量，在釜体外部或内部可设置传热装置，使温度控制在需要的范围之内。常用
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的传热装置是在釜体外部设置夹套或在釜体内部设置蛇管。
(1) 反应釜的搅拌装置：由搅拌轴和搅拌器组成，可使物料混合均匀、良好接触，加速化学反应的进行。搅拌过程中物料的湍动程度增大，反应物分子之间、反应物分子与容器器壁之间的接触不断更新，既强化了传质和传热，又有利于化学反应的进行。
(2) 反应釜的传动装置：主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成。 (3) 反应釜的轴封装置：为维持设备内的压力或阻止釜内介质泄漏，在搅拌轴伸出封料抖出必须进行密封（动密封）。轴封装置通常有填料密封和机械密封。反应釜的其他附件，包括支座、人孔、工艺接管等。
3.3 反应釜釜体设计
反应釜是由罐体和夹套两部分组成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌反应过程提供空间。夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外的密封空间容器。
罐体采用立式的圆筒形容器，由筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。
罐体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。
根据反应釜的设计参数及要求可知，罐体采用立式圆筒形结构，上、下封头均采用标准椭圆形封头。下封头与筒体焊接，上封头与筒体采用法兰连接。夹套采用蜂窝结构形式。
3.3.1 反应釜操作容积V0的确定
釜内参数设定：反应时间??6h 操作温度T?210?C
反应转化率为100%
进料体积流量：
v0?mA0?A?mB0?B?1147.6721892.465??3336.073dm3/h?3.336m3/h
1.0840.83111
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1090.289nDMT浓度：CA0?A0?194?1.685?10?3mol/L
v03336.073平均反应速率：rA?CA0?CA3??1.685mol/h?0.281mol/(m3.h)
6h由釜的容积V?v0?可得：V总?v0??3.336?6?20.016m3 故每釜容积：V0?V总20.016??6.672m3 333.3.2 反应釜罐体几何尺寸的确定
3.3.2.1 筒体内径Di的确定
选取反应釜装量系数??0.8[4]，由V?V0?可得：
反应釜容积V?6.672?8.34m3 0.8对于液-液型选取筒体长径比H/Di=1.1[5]，忽略封头容积，初步计算Di, 由V??4Di2??4Di3H可得： DiDi?34V4?8.34?3?2.068m
?(H/Di)??1.1将计算结果圆整至公称直经标准系列，选取筒体直径Di?2000mm。 3.3.2.2 反应釜罐体封头的确定
根据筒体内径Di?2000mm，选取标准椭圆封头，由参考文献[6]可得标准椭圆封头尺寸如下：
总深度H?525mm，内表面积A?4.493m2， 容积V?1.1257m3，Di/2(H?h)?2,h?25mm
3.3.2.3 反应釜筒体高度H的确定
由参考文献[4]中的表1-3可知：
筒体DN?2000mm，一米高的容积V1m?3.142m3，
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一米高的内表面积FB?6.28m2
由式H?V?V封得： V1mH?8.34?1.1257?2.296m，圆整至H?2300mm
3.142按筒高圆整后修正实际体积：
V?V1m?H?V封?2.3?3.142?1.1257?8.3523m2?8.34m2
高径比H2.3?Di2?1.15，故复核结果基本符合原设定范围。
3.3.3 反应釜罐体厚度、夹套厚度的计算
3.3.3.1 设计参数的确定
反应釜操作温度为210?C,故夹套内拟采用215?C水蒸气加热。 ①反应釜内设计参数
设计压力P1：反应釜内常压操作,P1?0.1MPa 设计温度t1:釜内t1?210?C
焊缝系数?：??0.85（双面对接焊，局部无损检测） 釜体材料：20R
许用应力???t：根据筒体材料为20R,设计温度210?C,由参考文献[7]钢板许用应力表可知???1?113.6MPa
t钢材厚度负偏差c1：c1?0.6mm 腐蚀余量c2：c2?2mm ②反应釜夹套内设计参数
设计压力P2：采用水蒸气加热，压力为饱和蒸汽压，即P2?1.9MPa 设计温度t2:夹套内t2?215?C
焊缝系数?：??0.85（双面对接焊，局部无损检测） 釜体材料：20R
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许用应力???t：根据夹套材料20R，设计温度t2?215?C，由参考文献[7]钢板许用应力表可知???2?113.12MPa
t钢材厚度负偏差c1：c1?0.6mm 腐蚀余量c2：c2?2mm
根据罐体工艺要求，采用蜂窝折边锥体式夹套。由参考文献[8]可知：
DN?2000mm，Dj?2080mm
3.3.3.2 按承受内压计算筒体的封头厚度 ⑴筒体厚度计算
液柱静压力?gh?103?10?2.3?0.023MPa，已经大于设计压力的5%，故计算压力:
Pc?P?0.023?0.1?0.023?0.123MPa
由计算厚度公式?c?PcDi得： t2?????Pc?c?0.123?2000?1.24mm
2?113.6?0.85?0.123名义厚度:?n??c?c1?c2?1.24?0.6?2?3.84mm 考虑到安装运输合理，圆整为?n?10mm ⑵筒体的封头厚度计算
由计算厚度S?PcDi得： t2?????0.5PcS?0.123?2000?1.24mm
2?113.6?0.85?0.5?0.123名义厚度S?S?c1?c2?1.24?0.6?2?3.84mm,圆整为S?10mm 3.3.3.3 按承受外压Pj时厚度计算 ⑴ 筒体厚度
对于蜂窝夹套容器，承受Pj时夹套范围内容器筒体和夹套筒体各自的加撑区域作为平板计算[9]。 ① 初定节距t0
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