第三章 反應(yīng)設(shè)備課件

1、2 21 13 3一、反應(yīng)設(shè)備的應(yīng)用一、反應(yīng)設(shè)備的應(yīng)用 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備 在化工生產(chǎn)過程中，為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)在化工生產(chǎn)過程中，為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件的裝置。如：合成氨生產(chǎn)中氨空間和反應(yīng)條件的裝置。如：合成氨生產(chǎn)中氨合成塔、聚乙烯生產(chǎn)中的聚合塔，釜式反應(yīng)器合成塔、聚乙烯生產(chǎn)中的聚合塔，釜式反應(yīng)器等。等。 一個設(shè)計合理、性能良好的反應(yīng)設(shè)備，應(yīng)滿一個設(shè)計合理、性能良好的反應(yīng)設(shè)備，應(yīng)滿足以下要求：足以下要求：1、滿足動力學(xué)要求，反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率高，目標產(chǎn)品、滿足動力學(xué)要求，反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率高，目標產(chǎn)品多，副產(chǎn)品少；多，副產(chǎn)品少；2、能有效輸入和輸出熱量，維持系統(tǒng)熱量平衡，使反應(yīng)、能有效

2、輸入和輸出熱量，維持系統(tǒng)熱量平衡，使反應(yīng)過程在適宜溫度下進行；過程在適宜溫度下進行；3、有足夠的機械強度和抗腐蝕強度，滿足反應(yīng)過程對溫、有足夠的機械強度和抗腐蝕強度，滿足反應(yīng)過程對溫度和壓力的要求，保證設(shè)備經(jīng)久耐用，保證生產(chǎn)安全度和壓力的要求，保證設(shè)備經(jīng)久耐用，保證生產(chǎn)安全可靠；可靠；4、制造容易，安裝檢修方便，操作靈活，生產(chǎn)周期長。、制造容易，安裝檢修方便，操作靈活，生產(chǎn)周期長。二、反應(yīng)設(shè)備的類型二、反應(yīng)設(shè)備的類型 在化工生產(chǎn)中，化學(xué)反應(yīng)種類繁多，操作條件差別在化工生產(chǎn)中，化學(xué)反應(yīng)種類繁多，操作條件差別很大，物料的聚集狀態(tài)也各不相同，因而反應(yīng)器的種類很大，物料的聚集狀態(tài)也各不相同，因而反應(yīng)器

3、的種類也是各種各樣。也是各種各樣。 按結(jié)構(gòu)型式分類，可分為按結(jié)構(gòu)型式分類，可分為釜式釜式反應(yīng)器、反應(yīng)器、管式管式反應(yīng)器、反應(yīng)器、塔式塔式反應(yīng)器、反應(yīng)器、固定床固定床反應(yīng)器、反應(yīng)器、流化床流化床反應(yīng)器等。反應(yīng)器等。 1、釜式反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器 釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器。釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器。 是各類反應(yīng)器是各類反應(yīng)器中結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用最廣的一種。中結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用最廣的一種。 1攪拌器2罐體；3夾套； 4攪拌軸；5壓出管；6支座；7人孔； 8軸封；9傳動裝置優(yōu)點：優(yōu)點：適用壓力、溫度范圍寬，適應(yīng)性強，操作適用壓力、溫度范圍寬，適應(yīng)性強，操作彈性大，連續(xù)操作時溫度濃度容易控制，產(chǎn)品

4、彈性大，連續(xù)操作時溫度濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點。質(zhì)量均一等特點。缺點：缺點：轉(zhuǎn)化率較大時，容積難滿足。轉(zhuǎn)化率較大時，容積難滿足。適用場合：適用場合：主要用于液主要用于液-液均相反應(yīng)，氣液均相反應(yīng)，氣-液、液、液液-液非均相也可應(yīng)用。液非均相也可應(yīng)用。常用于間歇操作過程，也可用于多釜串聯(lián)的連常用于間歇操作過程，也可用于多釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)過程。續(xù)生產(chǎn)過程。反應(yīng)條件溫和，如常壓、常壓。反應(yīng)條件溫和，如常壓、常壓。2、管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖 管式反應(yīng)器是由多根細管串聯(lián)或并聯(lián)而構(gòu)成的一種反管式反應(yīng)器是由多根細管串聯(lián)或并聯(lián)而構(gòu)成的一種反應(yīng)器。有直管式、盤管式、

5、多管式等類型，一般設(shè)有套管應(yīng)器。有直管式、盤管式、多管式等類型，一般設(shè)有套管或殼管式換熱裝置。或殼管式換熱裝置。 反應(yīng)時，反應(yīng)物（物料）從一端連續(xù)進入，通過管路，反應(yīng)時，反應(yīng)物（物料）從一端連續(xù)進入，通過管路，在一定條件下連續(xù)反應(yīng)，從另一端流出，達到轉(zhuǎn)化目的。在一定條件下連續(xù)反應(yīng)，從另一端流出，達到轉(zhuǎn)化目的。特點：反應(yīng)條件易于控制，但若反應(yīng)速度慢，則所需管子長，特點：反應(yīng)條件易于控制，但若反應(yīng)速度慢，則所需管子長，壓力降較大。壓力降較大。 .105.105個化工設(shè)備原理動畫個化工設(shè)備原理動畫 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備 管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器2.jpg2.jpg 適用場合：主要用于氣相、液相、氣適用場合：

6、主要用于氣相、液相、氣- -液相連續(xù)反液相連續(xù)反應(yīng)過程。因管式反應(yīng)器能承受較高壓力，故對應(yīng)過程。因管式反應(yīng)器能承受較高壓力，故對于壓力較高的場合尤為適用。于壓力較高的場合尤為適用。如：油脂或脂肪如：油脂或脂肪酸加氫生產(chǎn)高碳醇反應(yīng)設(shè)備。隨著生產(chǎn)的大型酸加氫生產(chǎn)高碳醇反應(yīng)設(shè)備。隨著生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化、自動化，管式反應(yīng)器的應(yīng)用越來化、連續(xù)化、自動化，管式反應(yīng)器的應(yīng)用越來越廣泛。越廣泛。 鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖11分布格板；分布格板；22夾套；夾套；33氣體分布器；氣體分布器；44塔體；塔體；55擋板；擋板；66塔外換熱器；塔外換熱器；77液體捕集器；液體捕集器；88擴大段擴大

7、段3、 塔式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器 為了提高氣體分散程度和減少液體軸向為了提高氣體分散程度和減少液體軸向循環(huán)，可在塔內(nèi)設(shè)置多層隔板。常用的有循環(huán)，可在塔內(nèi)設(shè)置多層隔板。常用的有鼓泡塔、填料塔、板式塔。鼓泡塔、填料塔、板式塔。 適用場合：氣適用場合：氣-液反應(yīng)。如：芳烴液相氧化液反應(yīng)。如：芳烴液相氧化及烴化反應(yīng)，硝基物加氫還原的反應(yīng)設(shè)及烴化反應(yīng)，硝基物加氫還原的反應(yīng)設(shè)備。備。.105個化工設(shè)備原理動畫個化工設(shè)備原理動畫反應(yīng)設(shè)反應(yīng)設(shè)備備塔式塔式2.jpg.105個化工設(shè)備原理動畫個化工設(shè)備原理動畫反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備塔塔式式.jpg 固定床反應(yīng)器是指流體通過靜止不動的固體固定床反應(yīng)器是指流體通過靜止不動的固

8、體物料所形成的床層而進行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。物料所形成的床層而進行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。 在圓筒體的下端裝有柵板（隔板在圓筒體的下端裝有柵板（隔板/ /支撐板），支撐板），其上是催化劑床層，均勻堆置一定厚度的催化其上是催化劑床層，均勻堆置一定厚度的催化劑固體顆粒。劑固體顆粒。特點：結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜，反應(yīng)器體積利用率特點：結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜，反應(yīng)器體積利用率高，易于控制溫度。高，易于控制溫度。使用場合：以氣使用場合：以氣- -固反應(yīng)的固定床反應(yīng)器最常見。固反應(yīng)的固定床反應(yīng)器最常見。如硝基物氣相加氫還原，芳烴的氣相催化氧化如硝基物氣相加氫還原，芳烴的氣相催化氧化等。等。.105.105個化工設(shè)備原理動畫個

9、化工設(shè)備原理動畫 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備 固定床固定床1.jpg1.jpg 3、固定床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器 絕熱式絕熱式單段式單段式多段式多段式換熱式換熱式外換熱式外換熱式自換熱式自換熱式固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器 反應(yīng)器和在其中呈流態(tài)化的固體催化劑顆反應(yīng)器和在其中呈流態(tài)化的固體催化劑顆粒合在一起，成為流化床反應(yīng)器。粒合在一起，成為流化床反應(yīng)器。 流化床反應(yīng)器多用于氣流化床反應(yīng)器多用于氣- -固反應(yīng)過程。固反應(yīng)過程。 當原料氣通過反應(yīng)器催化劑床層時，催化當原料氣通過反應(yīng)器催化劑床層時，催化劑顆粒受氣流作用而懸浮呈翻滾沸騰狀，原料劑顆粒受氣流作用而懸浮呈翻滾沸騰狀，原料氣在處于流態(tài)化的催化劑表面進行化學(xué)

10、反應(yīng)，氣在處于流態(tài)化的催化劑表面進行化學(xué)反應(yīng)，此時的催化劑床層成為流化床（細小的固體顆此時的催化劑床層成為流化床（細小的固體顆粒被流動著的流體攜帶，具有像流體一樣自由粒被流動著的流體攜帶，具有像流體一樣自由流動的性質(zhì)，此種現(xiàn)象稱為固體的流態(tài)化）流動的性質(zhì)，此種現(xiàn)象稱為固體的流態(tài)化） 。5、流化床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器 攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍較廣，攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍較廣，它最主要的作用是使物料混合均勻，這種它最主要的作用是使物料混合均勻，這種過程可能是物理過程，也可能是化學(xué)反應(yīng)過程可能是物理過程，也可能是化學(xué)反應(yīng)過程。過程。一、總體結(jié)構(gòu)一、總體結(jié)構(gòu) 釜式攪拌反應(yīng)器的分類釜式攪拌反應(yīng)

11、器的分類 立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌，立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌， 臥式容器攪拌等。臥式容器攪拌等。 其中，立式容器中心攪拌是最典型的一種。其中，立式容器中心攪拌是最典型的一種。 立式容器中心攪拌立式容器中心攪拌 主要包括攪拌罐、攪拌裝置、密封裝置主要包括攪拌罐、攪拌裝置、密封裝置. 立式容器中心攪拌反應(yīng)器構(gòu)造立式容器中心攪拌反應(yīng)器構(gòu)造1攪拌器攪拌器2罐體；罐體；3夾套；夾套； 4攪拌軸；攪拌軸；5壓出管；壓出管；6支座；支座；7人孔；人孔； 8軸封；軸封；9傳動裝置傳動裝置聯(lián)軸器傳動裝置攪 拌 軸攪 拌 器攪拌設(shè)備攪拌裝置軸封裝置攪 拌 罐罐 體傳熱裝置電動機減速器機 座

12、功能：功能：攪拌罐攪拌罐 提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件。提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件。攪拌裝置攪拌裝置 攪拌，使釜內(nèi)物料混合均勻，攪拌，使釜內(nèi)物料混合均勻，強化傳熱、傳質(zhì)過程。強化傳熱、傳質(zhì)過程。軸封裝置軸封裝置 防止罐內(nèi)介質(zhì)泄漏或外界空氣防止罐內(nèi)介質(zhì)泄漏或外界空氣進入罐內(nèi)。進入罐內(nèi)。二、傳熱裝置二、傳熱裝置 夾套（傳熱夾套）：是套在反應(yīng)器殼體的外面能形夾套（傳熱夾套）：是套在反應(yīng)器殼體的外面能形成密封空間的容器，即簡單又方便。夾套的高度主要決成密封空間的容器，即簡單又方便。夾套的高度主要決定于傳熱面積的大小，一般應(yīng)高于內(nèi)物料的液面。定于傳熱面積的大小，一般應(yīng)高于內(nèi)物料的液面。 夾套與反應(yīng)釜內(nèi)壁的距離，一

13、般取夾套與反應(yīng)釜內(nèi)壁的距離，一般取2525100100mm。可拆卸的夾套可拆卸的夾套 不可拆卸的夾套不可拆卸的夾套 蛇管蛇管 當需要傳熱面積大，夾套不能滿足要求時，當需要傳熱面積大，夾套不能滿足要求時，可采用蛇管傳熱?？刹捎蒙吖軅鳠?。 蛇管沉浸在物料中，傳熱效果好，還能提蛇管沉浸在物料中，傳熱效果好，還能提高攪拌強度。也可和夾套聯(lián)合使用。高攪拌強度。也可和夾套聯(lián)合使用。 蛇管結(jié)構(gòu)蛇管結(jié)構(gòu) 蛇管的固定結(jié)構(gòu)蛇管的固定結(jié)構(gòu) 化學(xué)工業(yè)中，常用的攪拌裝置是機械攪拌裝置，化學(xué)工業(yè)中，常用的攪拌裝置是機械攪拌裝置，主要包括攪拌器、攪拌軸和傳動裝置。主要包括攪拌器、攪拌軸和傳動裝置。1 1、 攪拌器攪拌器 攪

14、拌器的形式多種多樣，主要有：槳式、攪拌器的形式多種多樣，主要有：槳式、渦、渦輪式、推進式、錨式、框式、螺帶式、渦、渦輪式、推進式、錨式、框式、螺帶式、螺桿式等。螺桿式等。 三、攪拌裝置三、攪拌裝置 典型攪拌器結(jié)構(gòu)示意圖典型攪拌器結(jié)構(gòu)示意圖常用攪拌器及流型示意常用攪拌器及流型示意 分類分類 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 適用場合適用場合漿式漿式結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，軸向流動小。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，軸向流動小。粘度較高物料的攪拌。粘度較高物料的攪拌。推進式推進式通常有三瓣葉片，形成軸向流動。通常有三瓣葉片，形成軸向流動。低粘度、大流量的場合。低粘度、大流量的場合。主要用于液主要用于液-液混合。液混合。渦輪式渦輪式分開式

15、和盤式兩類。幾乎能完成所有分開式和盤式兩類。幾乎能完成所有的攪拌操作，能處理粘度范圍比較廣的攪拌操作，能處理粘度范圍比較廣的流體。的流體。應(yīng)用較廣，低粘度到中粘應(yīng)用較廣，低粘度到中粘度流體的混合，液度流體的混合，液-液分液分散、固散、固- 液懸浮，并且能液懸浮，并且能促進傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)循促進傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)循環(huán)。環(huán)?？蚴娇蚴?錨式錨式直徑大，轉(zhuǎn)速低，基本上不產(chǎn)生軸向直徑大，轉(zhuǎn)速低，基本上不產(chǎn)生軸向流動，但攪拌范圍大，不會形成死區(qū)。流動，但攪拌范圍大，不會形成死區(qū)?；旌弦蟛惶叩膱龊匣旌弦蟛惶叩膱龊下菪铰菪?消耗功率小，應(yīng)用廣泛。消耗功率小，應(yīng)用廣泛。高粘度、低轉(zhuǎn)速條件下。高粘度、低

16、轉(zhuǎn)速條件下。攪拌附件攪拌附件 在液體粘度較低，攪拌器轉(zhuǎn)速較高在液體粘度較低，攪拌器轉(zhuǎn)速較高時，容易產(chǎn)生漩渦，使攪拌效果不佳。為時，容易產(chǎn)生漩渦，使攪拌效果不佳。為了改善流體在攪拌過程中的漩渦現(xiàn)象，通了改善流體在攪拌過程中的漩渦現(xiàn)象，通?？稍诜磻?yīng)器內(nèi)設(shè)置常可在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置擋板擋板或或?qū)Я魍矊?dǎo)流筒，以改，以改善流體的流動狀態(tài)，但同時會增加流體的善流體的流動狀態(tài)，但同時會增加流體的流動阻力，攪拌功率增大。流動阻力，攪拌功率增大。 （1） 擋板擋板 擋板的作用擋板的作用是避免旋渦現(xiàn)象，增大被是避免旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍攪拌液體的湍 流程度，將切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，流程度，將切向流動變?yōu)檩S向

17、和徑向流動，強化反應(yīng)器強化反應(yīng)器 內(nèi)液體的對流和擴散，改善攪拌效果。內(nèi)液體的對流和擴散，改善攪拌效果。緊貼器壁擋板：用于低粘度液體。緊貼器壁擋板：用于低粘度液體。擋板與器壁有一定距離：當液體中含擋板與器壁有一定距離：當液體中含有固體顆?；蛞后w粘度較大時，為了有固體顆?；蛞后w粘度較大時，為了避免固體堆積和液體粘附，常采用這避免固體堆積和液體粘附，常采用這種方式。種方式。擋板與器壁成一定角度：可避免固體擋板與器壁成一定角度：可避免固體物料堆積或高粘度液體生成死角。物料堆積或高粘度液體生成死角。 （2） 導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒 導(dǎo)流筒是一個上下開口的圓筒，安裝導(dǎo)流筒是一個上下開口的圓筒，安裝在攪拌器的外面。常

18、用于推進式和渦輪式在攪拌器的外面。常用于推進式和渦輪式攪拌器。攪拌器。 導(dǎo)流筒作用導(dǎo)流筒作用-控制流型，提高混合效率控制流型，提高混合效率 一方面提高了對液體的攪拌程度；另一方一方面提高了對液體的攪拌程度；另一方面限定了液體的循環(huán)路徑，確立了流型，使器面限定了液體的循環(huán)路徑，確立了流型，使器內(nèi)所有物料均能通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強烈混合區(qū)。內(nèi)所有物料均能通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強烈混合區(qū)。導(dǎo)流筒示意圖導(dǎo)流筒示意圖 2、傳動裝置、傳動裝置攪拌反應(yīng)器傳動裝置攪拌反應(yīng)器傳動裝置 1電動機； 2減速器； 3聯(lián)軸器； 4機座； 5軸封裝置； 6底座； 7封頭； 8攪拌軸； 傳動裝置一般由電動機、減速器、連傳動裝置一般由電動

19、機、減速器、連軸器、機座及底座組成。其中電動機與減軸器、機座及底座組成。其中電動機與減速器一般配套使用，電動機提供的動力通速器一般配套使用，電動機提供的動力通過減速器、聯(lián)軸器傳遞給攪拌器。過減速器、聯(lián)軸器傳遞給攪拌器。三、軸封結(jié)構(gòu)三、軸封結(jié)構(gòu) 軸封是指攪拌軸與罐體之間的動密封結(jié)構(gòu)，常用的有軸封是指攪拌軸與罐體之間的動密封結(jié)構(gòu)，常用的有填料密封、機械密封和磁流體密封（磁力傳動密封）。填料密封、機械密封和磁流體密封（磁力傳動密封）。 機械密封機械密封填料密封填料密封型式型式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點填料密填料密封封通過填料與攪拌軸之間形成通過填料與攪拌軸之間形成的液膜，達到密封目的。的液膜，達到密封

20、目的。結(jié)構(gòu)簡單，拆結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。裝方便。會有微量泄漏。會有微量泄漏。機械密機械密封封由動環(huán)、靜環(huán)、密封圈、彈由動環(huán)、靜環(huán)、密封圈、彈簧等組成?；傻冉M成。密封效果好，密封效果好，壽命長。壽命長。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆裝不便。裝不便。磁力傳磁力傳動密封動密封由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、密由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、密封隔離套等組成。是無泄露封隔離套等組成。是無泄露反應(yīng)釜的主要部件。反應(yīng)釜的主要部件。無泄露，設(shè)備處于全封閉狀態(tài)。無泄露，設(shè)備處于全封閉狀態(tài)。更可靠，更安全。更可靠，更安全。適用于條件比較苛刻的場合。適用于條件比較苛刻的場合。三、釜式反應(yīng)器的使用與維護三、釜式反應(yīng)器的使用與維護 以生產(chǎn)高密度低壓聚乙烯的攪拌釜為例，介紹釜式以生產(chǎn)高密度低壓聚乙烯的攪拌釜為例，介紹釜式反應(yīng)器的使用與維護。反應(yīng)器的使用與維護。P189使用