反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及工作原理圖解

反應(yīng)器構(gòu)造及工作原理圖解小7：這里給大家簡介一下常用的反應(yīng)器設(shè)備,重要有如下類型：①管式反應(yīng)器。由長徑比較大的空管或填充管構(gòu)成，可用于實(shí)現(xiàn)氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)。②釜式反應(yīng)器。由長徑比較小的圓筒形容器構(gòu)成，常裝有機(jī)械攪拌或氣流攪拌裝置，可用于液相單相反應(yīng)過程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應(yīng)過程。用于氣液相反應(yīng)過程的稱為鼓泡攪拌釜(見鼓泡反應(yīng)器）；用于氣液固相反應(yīng)過程的稱為攪拌釜式漿態(tài)反應(yīng)器。③有固體顆粒床層的反應(yīng)器。氣體或（和)液體通過固定的或運(yùn)動(dòng)的固體顆粒床層以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程,包括固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器、涓流床反應(yīng)器等。④塔式反應(yīng)器。用于實(shí)現(xiàn)氣液相或液液相反應(yīng)過程的塔式設(shè)備,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（見彩圖）。一、管式反應(yīng)器一種呈管狀、長徑比很大的持續(xù)操作反應(yīng)器。這種反應(yīng)器可以很長,如丙烯二聚的反應(yīng)器管長以公里計(jì)。反應(yīng)器的構(gòu)造可以是單管，也可以是多管并聯(lián);可以是空管,如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng),如列管式固定床反應(yīng)器。一般，反應(yīng)物流處在湍流狀態(tài)時(shí)，空管的長徑比不小于50；填充段長與粒徑之比不小于100（氣體）或200(液體）,物料的流動(dòng)可近似地視為平推流。分類:1、水平管式反應(yīng)器由無縫鋼管與U形管連接而成。這種構(gòu)造易于加工制造和檢修。高壓反應(yīng)管道的連接采用原則槽對焊鋼法蘭，可承受1600-10000kPa壓力。如用透鏡面鋼法蘭，承受壓力可達(dá)10000—0kPa。2、立管式反應(yīng)器立管式反應(yīng)器被應(yīng)用于液相氨化反應(yīng)、液相加氫反應(yīng)、液相氧化反應(yīng)等工藝中。3、盤管式反應(yīng)器將管式反應(yīng)器做成盤管的形式,設(shè)備緊湊,節(jié)省空間。但檢修和清刷管道比較困難.4、U形管式反應(yīng)器U形管式反應(yīng)器的管內(nèi)設(shè)有多孔擋板或攪拌裝置,以強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)過程。U形管的直徑大,物料停留時(shí)間增長，可應(yīng)用于反應(yīng)速率較慢的反應(yīng)。5、多管并聯(lián)管式反應(yīng)器多管并聯(lián)構(gòu)造的管式反應(yīng)器一般用于氣固相反應(yīng)，例如氣相氯化氫和乙炔在多管并聯(lián)裝有固相催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)制氯乙烯，氣相氮和氫混合物在多管并聯(lián)裝有固相鐵催化劑的反應(yīng)器中合成氨.性能特點(diǎn):1、由于反應(yīng)物的分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等,因此在反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間而變化,只隨管長變化。2、管式反應(yīng)器具有容積小、比表面大、單位容積的傳熱面積大，尤其合用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。3、由于反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快，因此它的生產(chǎn)能力高。4、管式反應(yīng)器合用于大型化和持續(xù)化的化工生產(chǎn)。5、和釜式反應(yīng)器相比較,其返混較小，在流速較低的狀況下，其管內(nèi)流體流型靠近與理想流體.6、管式反應(yīng)器既合用于液相反應(yīng)，又合用于氣相反應(yīng).用于加壓反應(yīng)尤為合適。此外，管式反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制.其重要缺陷是，反應(yīng)速率很低時(shí)所需管道過長，工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)。二、釜式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器，它是各類反應(yīng)器中構(gòu)造較為簡樸且應(yīng)用較廣的一種。重要應(yīng)用于液—液均相反應(yīng)過程，在氣-液、液—液非均相反應(yīng)過程中也有應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中，既合用于間歇操作過程，又可單釜或多釜串聯(lián)用于持續(xù)操作過程，但在間歇生產(chǎn)過程應(yīng)用最多。1、間歇釜間歇釜式反應(yīng)器,或稱間歇釜。操作靈活，易于適應(yīng)不一樣操作條件和產(chǎn)品品種，合用于小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間較長的產(chǎn)品生產(chǎn).間歇釜的缺陷是:需有裝料和卸料等輔助操作，產(chǎn)品質(zhì)量也不易穩(wěn)定。但有些反應(yīng)過程，如某些發(fā)酵反應(yīng)和聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)生產(chǎn)尚有困難，至今還采用間歇釜。2、持續(xù)釜持續(xù)釜式反應(yīng)器，或稱持續(xù)釜3、釜式攪拌反應(yīng)器釜式攪拌反應(yīng)器有立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌,臥式容器攪拌等類型。其中以立式容器中心攪拌反應(yīng)器是最經(jīng)典的一種

常用攪拌器及流型示意性能特點(diǎn):釜式反應(yīng)器具有合用的溫度和壓力范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性大、持續(xù)操作時(shí)溫度濃度輕易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。但用在較高轉(zhuǎn)化率工藝規(guī)定期,需要較大容積.一般在操作條件比較緩和的狀況下操作，如常壓、溫度較低且低于物料沸點(diǎn)時(shí),應(yīng)用此類反應(yīng)器最為普遍。三、固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物一般呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右，堆積成一定高度（或厚度)的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng).它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處在靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器重要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時(shí)，床層則填裝固體反應(yīng)物。涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器，氣、液相并流向下通過床層，呈氣液固相接觸。固定床反應(yīng)器有三種基本形式：1、軸向絕熱式固定床反應(yīng)器流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱互換。2、徑向絕熱式固定床反應(yīng)器流體沿徑向流過床層,可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng),床層同外界無熱互換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動(dòng)的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的構(gòu)造較軸向反應(yīng)器復(fù)雜.以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器,合用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大,或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場所。3、列管式固定床反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑一般在25～50mm之間,管數(shù)可多達(dá)上萬根。列管式固定床反應(yīng)器合用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。此外,尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級(jí)固定床反應(yīng)器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多種絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)整溫度，以便在靠近于最佳溫度條件下操作。性能特點(diǎn)：長處:1、返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸,當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。2、催化劑機(jī)械損耗小.3、構(gòu)造簡樸。缺陷：1、傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，雖然是列管式反應(yīng)器也也許出現(xiàn)飛溫(反應(yīng)溫度失去控制,急劇上升，超過容許范圍）。2、操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不適宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用.四、流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器是一種運(yùn)用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處在懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器.在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱沸騰床反應(yīng)器.流化床反應(yīng)器在現(xiàn)代工業(yè)中的初期應(yīng)用為20世紀(jì)代出現(xiàn)的粉煤氣化的溫克勒爐（見煤氣化爐）；但現(xiàn)代流化反應(yīng)技術(shù)的開拓，是以40年代石油催化裂化為代表的.目前，流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。性能特點(diǎn)：與固定床反應(yīng)器相比，流化床反應(yīng)器的長處是:1、可以實(shí)現(xiàn)固體物料的持續(xù)輸入和輸出；2、流體和顆粒的運(yùn)動(dòng)使床層具有良好的傳熱性能,床層內(nèi)部溫度均勻,并且易于控制，尤其合用于強(qiáng)放熱反應(yīng)；3、便于進(jìn)行催化劑的持續(xù)再生和循環(huán)操作，適于催化劑失活速率高的過程的進(jìn)行，石油餾分催化流化床裂化的迅速發(fā)展就是這首先的經(jīng)典例子.然而，由于流態(tài)化技術(shù)的固有特性以及流化過程影響原因的多樣性，對于反應(yīng)器來說，流化床又存在很明顯的局限性：1、由于固體顆粒和氣泡在持續(xù)流動(dòng)過程中的劇烈循環(huán)和攪動(dòng)，無論氣相或固相都存在著相稱廣的停留時(shí)間分布,導(dǎo)致不合適的產(chǎn)品分布，減少了目的產(chǎn)物的收率；2、反應(yīng)物以氣泡形式通過床層,減少了氣—固相之間的接觸機(jī)會(huì)，減少了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；3、由于固體催化劑在流動(dòng)過程中的劇烈撞擊和摩擦，使催化劑加速粉化，加上床層頂部氣泡的爆裂和高速運(yùn)動(dòng)、大量細(xì)粒催化劑的帶出，導(dǎo)致明顯的催化劑流失；4、床層內(nèi)的復(fù)雜流體力學(xué)、傳遞現(xiàn)象,使過程處在非定常條件下,難以揭示其統(tǒng)一的規(guī)律,也難以脫離經(jīng)驗(yàn)放大、經(jīng)驗(yàn)操作。五、移動(dòng)床反應(yīng)器一種用以實(shí)現(xiàn)氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器.在反應(yīng)器頂部持續(xù)加入顆粒狀或塊狀固體反應(yīng)物或催化劑，伴隨反應(yīng)的進(jìn)行，固體物料逐漸下移,最終自底部持續(xù)卸出。流體則自下而上（或自上而下）通過固體床層,以進(jìn)行反應(yīng)。由于固體顆粒之間基本上沒有相對運(yùn)動(dòng),但卻有固體顆粒層的下移運(yùn)動(dòng),因此,也可將其當(dāng)作是一種移動(dòng)的固定床反應(yīng)器.魯奇爐鋼鐵工業(yè)和都市煤氣工業(yè)發(fā)展之初,移動(dòng)床反應(yīng)器就曾被用于煤的氣化。1934年研制成功的移動(dòng)床加壓氣化器（魯奇爐），至今仍是規(guī)模最大的煤氣化妝置，其單臺(tái)日生產(chǎn)能力已到達(dá)1Mm以上。石油催化裂化發(fā)展初期，曾采用移動(dòng)床反應(yīng)器，但現(xiàn)已被流化床反應(yīng)器和提高管反應(yīng)器所取代。目前,應(yīng)用移動(dòng)床反應(yīng)器的重要化工生產(chǎn)過程有持續(xù)重整、二甲苯異構(gòu)化等催化反應(yīng)過程和持續(xù)法離子互換水處理過程.三塔式移動(dòng)床工藝流程圖移動(dòng)床反應(yīng)工藝流程性能特點(diǎn):與固定床反應(yīng)器及流化床反應(yīng)器相比，移動(dòng)床反應(yīng)器的重要長處是固體和流體的停留時(shí)間可以在較大范圍內(nèi)變化，返混較?。ㄅc固定床反應(yīng)器相近），對固體物料性狀以中等速度（以小時(shí)計(jì))變化的反應(yīng)過程也能合用。與此相比,固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器分別僅合用于固體物料性狀變化很慢(以月計(jì)）和很快(以分、秒計(jì)）的反應(yīng)過程。移動(dòng)床反應(yīng)器的缺陷是控制固體顆粒的均勻下移比較困難。工業(yè)生產(chǎn)中有時(shí)采用模擬移動(dòng)床以防止上述缺陷（見固定床傳質(zhì)設(shè)備）。六、涓流床反應(yīng)器又稱滴流床反應(yīng)器,是氣體和液體并流通過顆粒狀固體催化劑床層，以進(jìn)行氣液固相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器(見圖)。涓流床反應(yīng)器中催化劑以固定床的形式存在,故這種反應(yīng)器也可視為固定床反應(yīng)器的一種.為了有助于氣體在液體中的溶解，涓流床反應(yīng)器常在加壓下操作。石油煉制中的加氫裂化和加氫脫硫，是應(yīng)用大型涓流床反應(yīng)器的工業(yè)過程。涓流床反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中也有應(yīng)用，但規(guī)模較小，例如用于以三氧化鎢為催化劑,由丙烯水合制取異丙醇等。涓流床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)狀況,與填充塔略有不一樣，氣液兩相并流向下，不會(huì)發(fā)生液泛；催化劑微孔內(nèi)貯存一定量近于靜止的液體。涓流床反應(yīng)器一般采用多段絕熱式,在段間換熱或補(bǔ)充物料以調(diào)整溫度;每段頂部設(shè)置分布器使液流均布，以保證催化劑顆粒的充足潤濕。性能特點(diǎn)：與氣液固相反應(yīng)過程常用的漿態(tài)反應(yīng)器相比，涓流床反應(yīng)器的重要長處是：1、返混小，便于到達(dá)較高的轉(zhuǎn)化率;2、液固比低，液相副反應(yīng)少;3、防止了催比劑細(xì)粉的回收問題。缺陷是：溫度控制比較困難；催化劑顆粒內(nèi)表面往往未能充足運(yùn)用；反應(yīng)過程中催化劑不能持續(xù)排出再生。七、塔式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器重要分為如下幾種：1、鼓泡塔反應(yīng)器鼓泡塔反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。例如，多種有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)、多種石蠟和芳烴的氯化反應(yīng)、多種生物化學(xué)反應(yīng)、污水處理曝氣氧化和氨水碳化生成固體碳酸氫銨等反應(yīng),都采用這種鼓泡塔反應(yīng)器。2、填料塔反應(yīng)器填料塔反應(yīng)器是廣泛應(yīng)用于氣體吸取的設(shè)備，也可用作氣、液相反應(yīng)器，由于液體沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而與氣相接觸進(jìn)行反應(yīng)，故液相主體量較少。合用于瞬間反應(yīng)、迅速和中速反應(yīng)過程。例如，催化熱堿吸取CO2、水吸取NOX形成硝酸、水吸取HCl生成鹽酸、吸取SO3生成硫酸等一般都使用填料塔反應(yīng)器。填料塔反應(yīng)器具有構(gòu)造簡樸、壓降小、易于適應(yīng)多種腐蝕介質(zhì)和不易導(dǎo)致溶液起泡的長處。填料塔反應(yīng)器也有不少缺陷.首先，它無法從塔體中直接移去熱量，當(dāng)反應(yīng)熱較高時(shí)，必須借助增長液體噴淋量以顯熱形式帶出熱量;另一方面,由于存在最低潤濕率的問題，在諸多狀況下需采用自身循環(huán)才能保證填料的基本潤濕，但這種自身循環(huán)破壞了逆流的原則。盡管如此，填料塔反應(yīng)器還是氣液反應(yīng)和化學(xué)吸取的常用設(shè)備。尤其是在常壓和低壓下，壓降成為重要矛盾時(shí)和反應(yīng)溶劑易于起泡時(shí)，采用填料塔反應(yīng)器尤為適合。3、板式塔反應(yīng)器板式塔反應(yīng)器的液體是持續(xù)相而氣體是分散相，借助于氣相通過塔板分散成小氣泡而與板上液體相接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。板式塔反應(yīng)器合用于迅速及中速反應(yīng).采用多板可以將軸向返混減少至最小程度，并且它可以在很小的液體流速下進(jìn)行操作,從而能在單塔中直接獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率。同步，板式塔反應(yīng)器的氣