釜式反應(yīng)器配套設(shè)施的設(shè)計(jì)與選擇

1、任務(wù)任務(wù)4釜式反應(yīng)器配套設(shè)施的設(shè)計(jì)與選擇釜式反應(yīng)器配套設(shè)施的設(shè)計(jì)與選擇 工作任務(wù)：根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求，為釜式反應(yīng)器配套攪拌器和換熱裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)與類型的選擇。4.1攪拌裝置的設(shè)計(jì)與選擇 攪拌的目的： 加強(qiáng)釜式反應(yīng)器內(nèi)物料的均勻混合，以強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱。攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖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 攪拌器的類型選擇和計(jì)算是否正確，直接關(guān)系到攪拌釜式反應(yīng)器的操作和反應(yīng)的結(jié)果。 硝化反應(yīng)攪拌效硝化反應(yīng)攪拌效果不好，局部反果不好，局部反應(yīng)劇烈，引發(fā)爆應(yīng)劇烈，引發(fā)爆

2、炸。炸。攪拌的目的攪拌的目的均相液體均相液體的混合的混合液液分散液液分散固體溶解固體溶解氣液相氣液相分散分散固液分散固液分散攪拌要求反應(yīng)釜中的物料能很快且良好地分布到反應(yīng)釜中反應(yīng)釜中的物料能很快且良好地分布到反應(yīng)釜中的整個(gè)物料之中。的整個(gè)物料之中。反應(yīng)釜中的物料混合充分，無死角，任何一處反應(yīng)釜中的物料混合充分，無死角，任何一處濃度均相等。濃度均相等。反應(yīng)釜內(nèi)物料側(cè)的傳熱系數(shù)要求足夠大，從而使反應(yīng)熱反應(yīng)釜內(nèi)物料側(cè)的傳熱系數(shù)要求足夠大，從而使反應(yīng)熱可以及時(shí)移出或使反應(yīng)需要的熱量及時(shí)傳入可以及時(shí)移出或使反應(yīng)需要的熱量及時(shí)傳入。如果反應(yīng)受傳質(zhì)速率的控制，通過攪拌的作用可如果反應(yīng)受傳質(zhì)速率的控制，通過攪

3、拌的作用可以使傳質(zhì)速率達(dá)到合適的數(shù)值。以使傳質(zhì)速率達(dá)到合適的數(shù)值。宏觀流動:設(shè)備范圍內(nèi)的循環(huán)流動 攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪把能量傳給它周圍的液體，使這些液體以很高的速度運(yùn)動起來。當(dāng)這些高速運(yùn)動的液體掠過靜止或運(yùn)動速度較低的液體時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用。在這種剪應(yīng)力的作用下，靜止或低速運(yùn)動的液體也跟著以很高的速度運(yùn)動起來，從而帶動所有液體在設(shè)備范圍內(nèi)流動。這種設(shè)備范圍內(nèi)的循環(huán)流動稱為“宏觀流動”。 微觀流動:局部的湍流流動 實(shí)際混合過程是主體對流擴(kuò)散、渦流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散三種擴(kuò)散機(jī)理的綜合作用.微觀混合宏觀流動微觀流動主體對流擴(kuò)散渦流對流擴(kuò)散分子擴(kuò)散宏觀混合混合機(jī)理混合機(jī)理攪拌液體的流動特性攪拌液體的流動

4、特性攪拌液體的流型 軸向流 徑向流 切線流 打漩現(xiàn)象 打漩時(shí)幾乎不產(chǎn)打漩時(shí)幾乎不產(chǎn)生軸向混合作用生軸向混合作用，所以一般情況，所以一般情況下應(yīng)防止打漩。下應(yīng)防止打漩。 攪拌器應(yīng)具有兩個(gè)性能：產(chǎn)生強(qiáng)大的液體循環(huán)流量； 產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用?；驹瓌t：在消耗同等功率的條件下，如果采用低轉(zhuǎn)速、大直徑的葉輪，可以增大液體循環(huán)流量，同時(shí)減少液體受到的剪切作用，有利于宏觀混合。如采用高轉(zhuǎn)速、小直徑的葉輪，結(jié)果相反。常用攪拌器的類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)槳式攪拌器槳式攪拌器槳葉總長可取為釜體內(nèi)徑的1/3 2/3，不宜過長，轉(zhuǎn)速可為2080r/min適用于流動性小、黏度低的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，如果液

5、體物料層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。 15主要應(yīng)用主要應(yīng)用液液液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固固液系中多用于防止固體沉降。液系中多用于防止固體沉降。主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折葉式比平直葉式的功耗少，操作費(fèi)用低，故葉式比平直葉式的功耗少，操作費(fèi)用低，故軸軸流槳葉使用較多。流槳葉使用較多。也用于高粘流體攪拌，促進(jìn)流體的上下交換，也用于高粘流體攪拌，促進(jìn)流體的上下交換，代替價(jià)格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果代替價(jià)格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器渦輪攪拌器由一個(gè)或數(shù)個(gè)裝置在直軸

6、上的渦輪所構(gòu)成。其操作形式類似于離心泵的葉輪，當(dāng)渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體經(jīng)由中心沿軸被吸入，在離心力作用下，沿葉輪間通道，由中心甩向渦輪邊緣，并沿切線方向以高速甩出，而造成劇烈的攪拌。這種攪拌器最適用于大量液體的連續(xù)攪拌操作，除稠厚的漿糊狀物料外，幾乎可應(yīng)用于任何情況。這種攪拌器的缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高。轉(zhuǎn)速范圍為300-600r/min17應(yīng)用應(yīng)用 渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液的混合、液液分散、液液分散、液固懸浮，以及促進(jìn)良固懸浮，以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。

7、好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器 操作時(shí)所用的轉(zhuǎn)速為300600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢钑r(shí)能使物料在反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)流動，所起作用以容積循環(huán)為主，剪切作用較小，上下翻騰效果良好。當(dāng)需要有更大的流速時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。19攪拌時(shí)攪拌時(shí)流體由槳葉上方吸入，下方以圓流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排出，流體至容器底再沿壁面返筒狀螺旋形排出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動。至槳葉上方，形成軸向流動。特點(diǎn)特點(diǎn) 攪拌時(shí)流體的湍流程度不高，循攪拌時(shí)流體的湍流程度不高，循環(huán)量大，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。環(huán)量大，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。 循環(huán)性能好，剪切作用不大，循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于

8、循環(huán)型攪拌器。屬于循環(huán)型攪拌器。20應(yīng)用應(yīng)用粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。，能獲得較好的攪拌效果。主要用于液液系混合、使溫度均勻，在低主要用于液液系混合、使溫度均勻，在低濃度固液系中防止淤泥沉降等。濃度固液系中防止淤泥沉降等。改進(jìn)改進(jìn)容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。攪拌器傾斜，可防止漩渦形成?？蚴綌嚢杵骺蚴綌嚢杵骺虻膶挾瓤扇「獌?nèi)徑的0.90.98倍，可以防止物料附在釜壁上。轉(zhuǎn)速較低，一般都小于100r/min。框式攪拌器與釜壁間隙較小，有利于傳熱過程的進(jìn)行。常用于傳熱、

9、晶析操作和高黏度液體、高濃度淤漿和沉降性淤漿的攪拌。錨式攪拌器錨式攪拌器錨式攪拌器轉(zhuǎn)動時(shí)幾乎觸及釜體的內(nèi)壁，可及時(shí)刮除壁面沉積物，有利于傳熱。此種攪拌器適用于粘稠物料的攪拌，轉(zhuǎn)速可為1580r/min。23錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對混合錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對混合要求不太高的場合。要求不太高的場合。應(yīng)用應(yīng)用由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它攪拌器大，能得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故攪拌器大，能得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故常用于傳熱、晶析操作。常用于傳熱、晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿

10、。當(dāng)攪拌粘度大于當(dāng)攪拌粘度大于100Pas 100Pas 的流體時(shí)，應(yīng)采的流體時(shí)，應(yīng)采用螺帶式或螺桿式。用螺帶式或螺桿式。螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器 與釜壁的間隙很小，攪與釜壁的間隙很小，攪拌時(shí)能不斷將粘于釜壁拌時(shí)能不斷將粘于釜壁的沉積物刮下來。的沉積物刮下來。 螺帶的高度常取罐底至螺帶的高度常取罐底至液面的高度。液面的高度。 轉(zhuǎn)速較低，通常不超過轉(zhuǎn)速較低，通常不超過50r/min50r/min，產(chǎn)生以上下，產(chǎn)生以上下循環(huán)為主的流動，主要循環(huán)為主的流動，主要用于高黏度液體的攪拌用于高黏度液體的攪拌。攪拌器選型小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌器如推進(jìn)式、渦輪式低黏度高黏度大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌器如錨式、框式和槳式要

11、求達(dá)到微觀混合程度?？刂埔蛩兀貉h(huán)流量。優(yōu)先選擇推進(jìn)式攪拌器。要求被分散的“微團(tuán)”小、液體渦流湍動劇烈控制因素：剪切作用和循環(huán)流量優(yōu)先選擇渦輪式攪拌器，特別是平直渦輪攪拌器要求得到高分散度的“氣泡”控制因素：剪切作用、循環(huán)流量優(yōu)先選擇渦輪式攪拌器，特別是平直葉圓盤渦輪攪拌器要求讓固體充分快速溶解控制因素：循環(huán)流量、剪切作用開啟式渦輪攪拌最適合對易溶塊狀固體常用槳式或框式攪拌器要求讓固體顆粒均勻懸浮控制因素：總體循環(huán)流量根據(jù)固液密度差、固體顆粒沉降速度綜合考慮需要控制晶體的形狀和大小微粒結(jié)晶：較強(qiáng)的剪切作用和較大的循環(huán)流量選擇渦輪式攪拌器粒度較大的結(jié)晶：一定的循環(huán)流量和較低的剪切作用選擇槳式攪拌

12、器控制因素：總體循環(huán)流量、換熱面上的高速流動選擇渦輪式攪拌器29攪拌器型式適用條件表攪拌器型式適用條件表注表中空白為不適或不詳，為適合。注表中空白為不適或不詳，為適合。攪拌器型式攪拌器型式流動狀態(tài)流動狀態(tài)攪拌目的攪拌目的攪拌容攪拌容器容積器容積 (m3)轉(zhuǎn)速范轉(zhuǎn)速范圍圍(r/min)最高最高粘度粘度(P)對對流流循循環(huán)環(huán)湍湍流流擴(kuò)擴(kuò)散散剪剪切切流流低低粘粘度度混混合合高粘高粘度液度液混合混合傳熱傳熱反應(yīng)反應(yīng)分分散散溶溶解解固固體體懸懸浮浮氣氣體體吸吸收收結(jié)結(jié)晶晶傳傳熱熱液液相相反反應(yīng)應(yīng)渦輪式渦輪式110010300500槳式槳式12001030020推進(jìn)式推進(jìn)式1100010500500折葉開

13、啟渦輪式折葉開啟渦輪式1100010300500布爾馬金式布爾馬金式 110010300500錨式錨式 110011001000螺桿式螺桿式 1500.5501000螺帶式螺帶式 1500.5501000攪拌附件攪拌附件指在攪拌釜內(nèi)為了改善流動狀態(tài)而增設(shè)的零件指在攪拌釜內(nèi)為了改善流動狀態(tài)而增設(shè)的零件，如擋板、導(dǎo)流筒等。，如擋板、導(dǎo)流筒等。有時(shí)某些零件不是專為改變流動狀態(tài)而設(shè)的，有時(shí)某些零件不是專為改變流動狀態(tài)而設(shè)的，但因?yàn)樗鼘σ毫饕灿幸欢ǖ淖枇Γ矔鸬讲康驗(yàn)樗鼘σ毫饕灿幸欢ǖ淖枇?，也會起到部分作用。如傳熱蛇管、溫度?jì)套管等。分作用。如傳熱蛇管、溫度計(jì)套管等。 擋板的作用是避免漩渦現(xiàn)象，增大

14、被攪拌液體的擋板的作用是避免漩渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍流程度，將切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，強(qiáng)湍流程度，將切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，強(qiáng) 化反應(yīng)器內(nèi)液體的對流和擴(kuò)散，改善攪拌效果化反應(yīng)器內(nèi)液體的對流和擴(kuò)散，改善攪拌效果. 對于低黏度液體的攪拌，可將擋板垂直縱向地安裝在器的內(nèi)壁上，擋板寬度Wb一般為器徑T的110，四塊均布。 對于中等黏度液體的攪拌，擋板與器壁可間距0.10.15板寬，其值最小0.025m，最大0.075m，用以防止固體在擋板后的積聚和形成停滯區(qū)。 對于高黏度液體，可將擋板離開器壁并與壁面傾斜放置。 擋板的高度是下端伸到器底，上端伸出液面。對錐形器底，當(dāng)使用徑向流葉輪時(shí)，若葉輪

15、位置較低，需把擋板伸到錐形部分，寬度減半。 由于液體的粘性力可抑制打旋，因此當(dāng)液體的黏度在512Pas范圍時(shí)，可減少擋板寬度，當(dāng)黏度大于12Pas后，便無需安裝擋板。在離心萃取、冷卻式結(jié)晶中常采用有蓋無擋板的封閉式攪拌。將擋板離開壁面或放在螺旋盤管內(nèi)側(cè)時(shí)，傳熱系數(shù)將降低5，攪拌功率可降低10。 當(dāng)黏度較高，如710Pas時(shí)，或固-液操作時(shí)，擋板要離壁安裝。黏度更高時(shí)，還可將擋板傾斜個(gè)角度，以防止黏滯液體在擋板上形成死角及防止固體顆粒的堆積。當(dāng)罐內(nèi)有傳熱蛇管時(shí)，擋板一般安在蛇管內(nèi)側(cè)。 2 導(dǎo)流筒 主要用于推進(jìn)式、螺帶式攪拌器的導(dǎo)流。渦輪式攪拌器有時(shí)也用導(dǎo)流筒。 導(dǎo)流筒可以為液體限定一個(gè)流動路線以

16、防止短路；迫使流體高速流過加熱面以利于傳熱。對于混合和分散過程，導(dǎo)流筒起到強(qiáng)化作用。 對于渦輪式攪拌器，導(dǎo)流筒安置在葉輪的上方，使葉輪上方的軸向流得到加強(qiáng)。 對于推進(jìn)式攪拌器，導(dǎo)流筒安置在葉輪的外面，使推進(jìn)式攪拌器所產(chǎn)生的軸向流得到進(jìn)一步加強(qiáng)。二、釜式反應(yīng)器換熱裝置的設(shè)計(jì)與選擇 （一）換熱裝置及特點(diǎn) 1.夾套1.夾套 夾套與反應(yīng)釜內(nèi)壁的間距視釜直徑的大小采用不同的數(shù)值，一般取25100mm。夾套的高度取決于傳熱面積。但須注意夾套高度一般應(yīng)高于料液的高度，應(yīng)比釜內(nèi)液面高出50100mm。 有時(shí)，對于較大型的攪拌釜，為了提高傳熱效果，在夾套空間裝設(shè)螺旋導(dǎo)流板，提高傳熱系數(shù)。夾套內(nèi)通蒸汽時(shí)，其蒸汽壓

17、力一般不超過0.6MPa。當(dāng)反應(yīng)器的直徑大或者加熱蒸汽壓力較高時(shí)，夾套必須采取加強(qiáng)措施。分支撐短管加強(qiáng)的“蜂窩夾套”，沖壓式蜂窩夾套，角鋼焊在釜的外壁上夾套。 2.蛇管3.列管 應(yīng)用于大型反應(yīng)釜、需要調(diào)整傳熱傳熱面積大，傳熱效果好傳熱面積大，傳熱效果好結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性大結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性大4.外間循環(huán)式 通過泵將反應(yīng)器內(nèi)的料液抽出，經(jīng)過外部換熱器換熱后再循環(huán)回反應(yīng)器中。5、回流冷凝式 蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式散熱，可以得到很高蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式散熱，可以得到很高的傳熱系數(shù)。的傳熱系數(shù)。（二）換熱介質(zhì)的選擇 1.高溫?zé)嵩吹倪x擇一般的低壓飽和水蒸汽加熱時(shí)最高只能達(dá)到150-160，需要

18、更高溫度時(shí)則需考慮高溫?zé)嵩吹倪x擇問題?；S常用的高溫?zé)嵩从幸韵聨追N： 壓力高的飽和水蒸汽壓力高的飽和水蒸汽 壓力可達(dá)一至數(shù)MPa，來源有高壓蒸汽鍋爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽透平。 缺點(diǎn):需高壓管道輸送蒸汽，費(fèi)用高，且遠(yuǎn)距離輸送時(shí)熱損失大。 高壓汽水混合物高壓汽水混合物 個(gè)別設(shè)備需高溫加熱時(shí)，較經(jīng)濟(jì)可行。可用于溫度為200-250的加熱要求。有機(jī)載熱體有機(jī)載熱體 利用某些有機(jī)物常壓沸點(diǎn)高、熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)可提供高溫的熱源。它的突出優(yōu)點(diǎn)是能在較低的壓力下得到較高的加熱能在較低的壓力下得到較高的加熱溫度。溫度。 當(dāng)加熱溫度在250時(shí)，可采用液體聯(lián)苯混合物加熱，可有三種加熱方案：自然循環(huán)加熱法、強(qiáng)制循環(huán)加熱法、夾套浴熱法。 當(dāng)加熱溫度超過250時(shí)，可采用聯(lián)苯混合物的蒸汽加熱，根據(jù)其冷凝液回流方法的不同，也可分為自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)。電加熱電加熱是一種操作方便、熱效率高、便于實(shí)現(xiàn)自控和遙控的一種高溫加熱方法。有電阻加熱、感應(yīng)電流加熱、短路電流加熱三種類型。煙道氣加熱煙道氣加熱用煤氣、天然氣、石油加工廢氣或燃料油等燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庾鳠嵩醇訜嵩O(shè)備，可用于300以上的高溫加熱。缺點(diǎn)是熱效率低，給熱系數(shù)小，溫度不易控制?？捎糜?00以上的高溫加熱。2.低溫冷源的選擇 低溫冷源的選擇 冷卻用水 ：水的冷卻效果好，最為常用。隨水的硬度不