精细化工过程与设备 第二章 釜式反应器

1、l 右图是一种典型的釜式右图是一种典型的釜式反应器，由图可见其结反应器，由图可见其结构主要由以下几部分组构主要由以下几部分组成：壳体结构、搅拌器、成：壳体结构、搅拌器、密封装置和换热装置。密封装置和换热装置。 1-1-搅拌器；搅拌器；2-2-釜体；釜体；3-3-夹套；夹套；4-4-搅拌轴搅拌轴 5-5-压料管；压料管；6-6-支架；支架；7-7-人孔；人孔；8-8-轴封；轴封；9-9-传动装置传动装置 釜式反应器具有各种各样的搅拌装置、不同形式的传热装置，釜式反应器具有各种各样的搅拌装置、不同形式的传热装置，并且同时又装配着许多零件，这些零件和结构往往也可能以不并且同时又装配着许多零件，这些零

2、件和结构往往也可能以不同的组合形式出现在其它形式的反应设备中，因此我们仔细研同的组合形式出现在其它形式的反应设备中，因此我们仔细研究这类设备的结构之后，对于其他形式的反应器的结构也就不究这类设备的结构之后，对于其他形式的反应器的结构也就不难理解和掌握了。难理解和掌握了。l 釜式反应器一般在常压之下操作，也可以在加压之下操作。但釜式反应器一般在常压之下操作，也可以在加压之下操作。但即使是在常压之下操作的反应釜，一般也将它设计到能耐三个即使是在常压之下操作的反应釜，一般也将它设计到能耐三个大气压，因为工业上常利用压缩气体从设备内压出液体物料。大气压，因为工业上常利用压缩气体从设备内压出液体物料。而

3、压料用的压缩气体的压力一般在三个大气压以下。既然有在而压料用的压缩气体的压力一般在三个大气压以下。既然有在加压之下使用的可能性，那么就必须具有能保证内部空间密闭加压之下使用的可能性，那么就必须具有能保证内部空间密闭性的结构。这种密闭结构对于那些能放出具有危险性（易燃、性的结构。这种密闭结构对于那些能放出具有危险性（易燃、易爆、有毒）的蒸汽或气体的物料也是必须的。因此按照易爆、有毒）的蒸汽或气体的物料也是必须的。因此按照3 34 4个大气压设计的反应釜是应用得非常广泛的一类设备。个大气压设计的反应釜是应用得非常广泛的一类设备。（1 1）罐体）罐体 碟形碟形 球形球形 锥形锥形 平面形平面形 图图

4、 2.3 2.3 釜式反应器的壳体结构釜式反应器的壳体结构l 釜式反应器容积和结构尺寸，有国家标准。在选型和釜式反应器容积和结构尺寸，有国家标准。在选型和设计时可以参考。设计时可以参考。l 釜式反应器的壳体结构包括筒体、底、盖（或称封釜式反应器的壳体结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。头）、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。l 釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。 釜底和釜盖常用釜底和釜盖常用的形状有平面形、碟形、椭圆形和球形，的形状有平面形、碟形、椭圆形和球形， 釜底也有釜底也有锥形，见图。锥形，见图。 图图2.4 2.4 罐体及罐

5、体的焊接罐体及罐体的焊接l 罐体是将钢板卷成圆筒形，沿着直线进行罐体是将钢板卷成圆筒形，沿着直线进行V V形加强焊形加强焊而制成的。罐体的高度，除了应符合生产过程的要而制成的。罐体的高度，除了应符合生产过程的要求外，通常尽可能使罐体的高度接近罐体的直径，求外，通常尽可能使罐体的高度接近罐体的直径，或尽可能按钢板的规格考虑。一般用钢板的宽度作或尽可能按钢板的规格考虑。一般用钢板的宽度作为罐体的高度。如果一块钢板的宽度比罐体的高度为罐体的高度。如果一块钢板的宽度比罐体的高度大需要切割时，则应按钢板的宽度的二分之一、三大需要切割时，则应按钢板的宽度的二分之一、三分之一或四分之一进行切割。相当一部分反

6、应釜罐分之一或四分之一进行切割。相当一部分反应釜罐体的高度与直径之比为二比一。体的高度与直径之比为二比一。 （2 2）底和盖）底和盖l 底和盖可以有各种不同的式样，常用的有折边椭圆形、底和盖可以有各种不同的式样，常用的有折边椭圆形、折边球形、平面形和蝶形，有时也用锥形。各种底和折边球形、平面形和蝶形，有时也用锥形。各种底和盖式样的选择是根据设备的操作条件来决定的。盖式样的选择是根据设备的操作条件来决定的。 带折边椭圆形底带折边椭圆形底 带折边球形底带折边球形底 无折边的底无折边的底 锥型底锥型底 平底平底 反应釜的盖反应釜的盖 图图2.5 2.5 反应釜的底和盖反应釜的底和盖l 在一般的釜式反

7、应器中最常用的是折边椭圆形和折边球形的底和在一般的釜式反应器中最常用的是折边椭圆形和折边球形的底和盖。它们适用于操作压力大于盖。它们适用于操作压力大于0.70.7大气压的设备，是用钢板由冲压大气压的设备，是用钢板由冲压或人工锻打而制成的。用作底时与同样直径的罐体焊接在一起即或人工锻打而制成的。用作底时与同样直径的罐体焊接在一起即可。而用作顶盖时，则将它们与法兰焊在一起。从应力分布情况可。而用作顶盖时，则将它们与法兰焊在一起。从应力分布情况来看，椭圆形的底应力分布较为均匀，而折边球形的底在转折处来看，椭圆形的底应力分布较为均匀，而折边球形的底在转折处有应力集中现象，因此在选型和设计时一般都推荐椭

8、圆形底。有应力集中现象，因此在选型和设计时一般都推荐椭圆形底。l 在生产过程中，为了使非均相的混合物分离，常采用具有锥形底在生产过程中，为了使非均相的混合物分离，常采用具有锥形底的设备，其角度有的设备，其角度有3030和和4545两种。两种。l 对于不受压力的反应器及容器，常采用平底及平盖的设备。对于不受压力的反应器及容器，常采用平底及平盖的设备。（3 3）法兰）法兰l 罐体的上端和顶盖上焊以成对的法兰，法兰之间安放罐体的上端和顶盖上焊以成对的法兰，法兰之间安放填料，然后借螺钉将其拧紧，以保证反应设备的密闭。填料，然后借螺钉将其拧紧，以保证反应设备的密闭。法兰可由钢板切成（适用于罐体直径不大的

9、情况），法兰可由钢板切成（适用于罐体直径不大的情况），或由扁钢或角钢圈制，或用钢铸制，或者锻制。关于或由扁钢或角钢圈制，或用钢铸制，或者锻制。关于法兰的直径、厚度、螺钉的规格、数量等均在国家标法兰的直径、厚度、螺钉的规格、数量等均在国家标准中有具体规定。准中有具体规定。 平焊法兰平焊法兰 对焊法兰对焊法兰 图图2.6 2.6 反应釜的法兰反应釜的法兰4 4）人孔（或手孔）人孔（或手孔）l 在大多数反应釜的盖上都有人孔在大多数反应釜的盖上都有人孔( (或手孔或手孔),),人孔（或人孔（或手孔）被用来加入固态物料，和清理检修反应釜内手孔）被用来加入固态物料，和清理检修反应釜内部。人孔的直径为部。人

10、孔的直径为400400毫米（圆形的）或毫米（圆形的）或300300400400毫米（椭圆形的），大部分人孔是圆形的。人孔或毫米（椭圆形的），大部分人孔是圆形的。人孔或手孔有多种形式，它包括焊接固定在釜盖上的孔体，手孔有多种形式，它包括焊接固定在釜盖上的孔体，平的或凸形的孔盖，用螺钉拧紧孔盖，使其密闭。平的或凸形的孔盖，用螺钉拧紧孔盖，使其密闭。 图图2.7 2.7 反应釜的人孔反应釜的人孔（5 5）连管、加料管和压料管）连管、加料管和压料管l 连管连管 绝大多数反应釜都要和各种管道相连接，而这些管道通常绝大多数反应釜都要和各种管道相连接，而这些管道通常是与安装在反应釜盖上的连管相连接。连管的短

11、管部分通常焊是与安装在反应釜盖上的连管相连接。连管的短管部分通常焊接在釜盖上。布置在釜盖上的几个连管通常应具有相同的直径。接在釜盖上。布置在釜盖上的几个连管通常应具有相同的直径。一般来说连管的截面积以在一般来说连管的截面积以在15153030分钟内将釜内全部液体取尽分钟内将釜内全部液体取尽为原则。大致尺寸如下：为原则。大致尺寸如下： 反应釜的容积（升）反应釜的容积（升） 连管的直径（毫米）连管的直径（毫米） 30003000以下以下 50506060 3000 30006000 756000 75 6000 600010000 10010000 100 图图2.8 2.8 反应釜的连管反应釜的

12、连管 加料管加料管 当向反应釜内加料时，原则上不允许用连当向反应釜内加料时，原则上不允许用连管直接加料，因为这样会使液体散在釜盖的管直接加料，因为这样会使液体散在釜盖的内表面上，并流入设备的法兰之间垫料圈中内表面上，并流入设备的法兰之间垫料圈中去，引起腐蚀和渗漏。因此在连管内必须另去，引起腐蚀和渗漏。因此在连管内必须另装加料管。加料管是一根短管插在加料用的装加料管。加料管是一根短管插在加料用的连管内，借法兰和螺钉与连管连接，加料管连管内，借法兰和螺钉与连管连接，加料管的下端应截成与水平成的下端应截成与水平成4545角，为的是使液角，为的是使液体在加料时不致四面溅开，也不致落在釜壁体在加料时不致

13、四面溅开，也不致落在釜壁上。在计算加料管直径时，通常依据每小时上。在计算加料管直径时，通常依据每小时所加物料的体积和液体在管内的流速，液体所加物料的体积和液体在管内的流速，液体在管内的流速一般在在管内的流速一般在0.750.751 1米米/ /秒的限度之秒的限度之内。内。图2.9 加料管 压料管压料管 压料管是利用压缩空气或压料管是利用压缩空气或其他气体从反应釜中将全部液其他气体从反应釜中将全部液态物料压出时所用的管子。并态物料压出时所用的管子。并不是每一个反应釜都必须有这不是每一个反应釜都必须有这样一根压料管，只有在这一反样一根压料管，只有在这一反应釜内的物料要输送到位置更应釜内的物料要输送

14、到位置更高或并列的另一设备中去，才高或并列的另一设备中去，才考虑安装压料管。压料管的位考虑安装压料管。压料管的位置一般贴着釜壁安装。置一般贴着釜壁安装。 图2.10 反应釜的压料管 釜底放料口釜底放料口 对于较粘稠的对于较粘稠的物料，或含有固体的物料，或含有固体的悬浮液，常常采用釜悬浮液，常常采用釜底放料的办法。釜底底放料的办法。釜底放料口安装有釜底阀。放料口安装有釜底阀。常用的阀门有考克、常用的阀门有考克、上展阀和下展阀。上展阀和下展阀。 图2.12 上展阀图2.11 下展阀 (6) (6)温度计套管温度计套管 在反应釜中所处理的物料温在反应釜中所处理的物料温度，主要是利用放在特制的套管度，

15、主要是利用放在特制的套管中的长温度计或热电偶来进行计中的长温度计或热电偶来进行计量的。这类套管都是用铸铁或钢量的。这类套管都是用铸铁或钢做成的一端封闭的管子，在这类做成的一端封闭的管子，在这类管子中注入一些机油或其它高沸管子中注入一些机油或其它高沸点的液体，以建立较好的传热条点的液体，以建立较好的传热条件，然后插入温度计或热电偶。件，然后插入温度计或热电偶。再通过连管插到反应釜中去，并再通过连管插到反应釜中去，并用螺钉使它与连管固定。用螺钉使它与连管固定。图2.13 温度计套管 (7) (7)反应釜支架反应釜支架 反应釜支架反应釜支架有二种：悬吊式有二种：悬吊式支架和支承式支支架和支承式支架。

16、悬吊式支架架。悬吊式支架是可以将反应釜是可以将反应釜固定在操作平台固定在操作平台上，而支承式支上，而支承式支架则是安放在地架则是安放在地面上。面上。 图2.14 悬吊式支架和支承式支架一，搅拌器的形式及结构一，搅拌器的形式及结构l 精细化学工艺的许多过程都是在有搅拌装置的釜式反应器中实现精细化学工艺的许多过程都是在有搅拌装置的釜式反应器中实现的。搅拌的目的是：的。搅拌的目的是： 使互溶的两种或两种以上液体混合均匀；使互溶的两种或两种以上液体混合均匀； 形成乳浊液或悬浮液；形成乳浊液或悬浮液； 促进化学反应和加速物理变化过程，如促进溶解、吸收、吸促进化学反应和加速物理变化过程，如促进溶解、吸收、

17、吸附、萃取、传热等过程。也能刮除沉积在器壁上的附着物，提高附、萃取、传热等过程。也能刮除沉积在器壁上的附着物，提高传热效率。传热效率。l 实际操作中，搅拌可以同时达到上述几种目的。例如，在液体的实际操作中，搅拌可以同时达到上述几种目的。例如，在液体的催化加氢反应中，采用搅拌操作，一方面能使固体催化剂颗粒保催化加氢反应中，采用搅拌操作，一方面能使固体催化剂颗粒保持悬浮状态，另一方面能将反应生成的热量迅速移除。同时，还持悬浮状态，另一方面能将反应生成的热量迅速移除。同时，还能使气体均匀地分散于液相中。能使气体均匀地分散于液相中。l 不同的生产过程对搅拌程度有不同的要求。在有些生产过程中，不同的生产

18、过程对搅拌程度有不同的要求。在有些生产过程中，例如，炼油厂大型油罐内原油的搅拌，只要求罐内原油宏观上混例如，炼油厂大型油罐内原油的搅拌，只要求罐内原油宏观上混匀，这样的搅拌任务比较容易达到；在另外一些过程中，如两液匀，这样的搅拌任务比较容易达到；在另外一些过程中，如两液体的快速反应，不但要求混合物宏观上混匀，而且希望在小尺度体的快速反应，不但要求混合物宏观上混匀，而且希望在小尺度上也获得快速均匀的混合，从而对搅拌提出了更高的要求。针对上也获得快速均匀的混合，从而对搅拌提出了更高的要求。针对不同的搅拌目的，选择恰当的搅拌器构型和操作条件，才能获得不同的搅拌目的，选择恰当的搅拌器构型和操作条件，才

19、能获得最佳的搅拌效果。最佳的搅拌效果。l 搅拌的方法很多，使用最早、且仍在广泛使用的是机械搅拌，本搅拌的方法很多，使用最早、且仍在广泛使用的是机械搅拌，本节主要讨论搅拌器类型、操作特性等问题。常用的搅拌器有桨式、节主要讨论搅拌器类型、操作特性等问题。常用的搅拌器有桨式、框式、锚式、旋浆式、涡轮式和螺带式等。搅拌装置的形式和构框式、锚式、旋浆式、涡轮式和螺带式等。搅拌装置的形式和构造主要取决于物料的聚集状态、粘度、比重以及处理物料的多少造主要取决于物料的聚集状态、粘度、比重以及处理物料的多少等等。在选择和设计搅拌器构造时。最基本的原则是：取得最高等等。在选择和设计搅拌器构造时。最基本的原则是：取

20、得最高的搅拌效率、消耗最小的动力、具有简单的构造和成本。的搅拌效率、消耗最小的动力、具有简单的构造和成本。 1,1,搅拌器的各种形式和结构搅拌器的各种形式和结构 (1)(1)浆式搅拌器浆式搅拌器 如图如图2.152.15，可以用钢制，也可以用木板或高分子材料制成。，可以用钢制，也可以用木板或高分子材料制成。适用于不需要剧烈混合的场合，例如用于物料的缓慢溶解、适用于不需要剧烈混合的场合，例如用于物料的缓慢溶解、将物料保持在悬浮状态等。它可以适用于混合粘度达将物料保持在悬浮状态等。它可以适用于混合粘度达200000200000厘泊的液体系统。桨叶的形式可以是平直叶或折叶，桨叶的厘泊的液体系统。桨叶

21、的形式可以是平直叶或折叶，桨叶的总长度约为反应釜直径的三分之一到三分之二，转速为总长度约为反应釜直径的三分之一到三分之二，转速为12128080转转/ /分（反应釜容积越大，转速越小），在反应釜中视需要分（反应釜容积越大，转速越小），在反应釜中视需要情况可以安装好几层桨叶，各层桨叶可以平行安装，也可以情况可以安装好几层桨叶，各层桨叶可以平行安装，也可以错开错开9090角安装。最下一层桨叶与釜底的距离约为反应釜直角安装。最下一层桨叶与釜底的距离约为反应釜直径的六分之一到十分之一，各层桨叶的最大距离约为釜直径径的六分之一到十分之一，各层桨叶的最大距离约为釜直径的三分之二左右。的三分之二左右。 平叶

22、式浆式搅拌器平叶式浆式搅拌器 折叶式浆式搅拌器折叶式浆式搅拌器 开启折叶式浆式搅拌器开启折叶式浆式搅拌器 浆式搅拌器的安装浆式搅拌器的安装 图图2.15 2.15 浆式搅拌器及其安装位置浆式搅拌器及其安装位置(2)(2)框式搅拌器框式搅拌器 见图见图2.162.16，用扁钢、木材或高分，用扁钢、木材或高分子材料制成，框式搅拌器可以看作是浆子材料制成，框式搅拌器可以看作是浆式搅拌器的变形，二者的区别在于框式式搅拌器的变形，二者的区别在于框式搅拌器可使物料作不大剧烈的上下混合，搅拌器可使物料作不大剧烈的上下混合，例如用于糊状物的稀释、浆状物的混合例如用于糊状物的稀释、浆状物的混合和使传热加强，以及

23、在生产过程中有沉和使传热加强，以及在生产过程中有沉淀析出于反应釜壁和反应釜底的场合。淀析出于反应釜壁和反应釜底的场合。对于直径在对于直径在60060015001500毫米（容积为毫米（容积为25025018001800升）的设备而言，框边与釜壁的升）的设备而言，框边与釜壁的距离为距离为25253030毫米，转速为毫米，转速为12126060转转/ /分。分。 图2.16 框式搅拌器 (3)(3)锚式搅拌器锚式搅拌器 见图见图2.172.17，可看成是一种特殊的，可看成是一种特殊的框式搅拌器，过去由铸铁浇铸而成，现框式搅拌器，过去由铸铁浇铸而成，现在可以有不锈钢、高分子材料和用无缝在可以有不锈钢

24、、高分子材料和用无缝钢管外面涂以搪玻璃材料制成。其作用钢管外面涂以搪玻璃材料制成。其作用情况大体上与框式搅拌器相同，尤其适情况大体上与框式搅拌器相同，尤其适用于搅拌粘稠而且有腐蚀性的物料。为用于搅拌粘稠而且有腐蚀性的物料。为了刮除粘着在釜壁上的物料，锚式搅拌了刮除粘着在釜壁上的物料，锚式搅拌器的宽度可以做成几乎与反应釜的直径器的宽度可以做成几乎与反应釜的直径相等。但在一般情况下锚式搅拌器的宽相等。但在一般情况下锚式搅拌器的宽度与框式搅拌器相同，在特殊情况下，度与框式搅拌器相同，在特殊情况下，锚式搅拌器与反应釜壁的距离可缩小到锚式搅拌器与反应釜壁的距离可缩小到5 5毫米左右。毫米左右。图2.17

25、 锚式搅拌器 （搪瓷） (4) (4)推进器式搅拌器推进器式搅拌器 见图见图2.182.18，一般用不锈钢制成，用于，一般用不锈钢制成，用于对所处理的物料作剧烈的混合，它可以对所处理的物料作剧烈的混合，它可以搅拌粘度在搅拌粘度在60006000厘泊以上的液体，它可厘泊以上的液体，它可以使易分层的液体形成乳浊液，或保持以使易分层的液体形成乳浊液，或保持物料在悬浮状态。推进器可由两个叶片物料在悬浮状态。推进器可由两个叶片组成，也可以有三个叶片组成。搅拌器组成，也可以有三个叶片组成。搅拌器的直径一般为反应釜直径的四分之一到的直径一般为反应釜直径的四分之一到三分之一，搅拌器的转速为三分之一，搅拌器的转

26、速为16016010001000转转/ /分。搅拌器与反应釜底的距离约为搅拌分。搅拌器与反应釜底的距离约为搅拌器直径的二分之一。有时为了提高搅拌器直径的二分之一。有时为了提高搅拌效率，推进器式搅拌器常常被放进一个效率，推进器式搅拌器常常被放进一个转向器，转向器是用来引导循环液流的转向器，转向器是用来引导循环液流的方向的，转向器与搅拌器叶轮之间的间方向的，转向器与搅拌器叶轮之间的间隙为隙为7.57.51010毫米。毫米。 图2.18 推进器式搅拌器(5)(5)涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器l见图见图2.192.19，这类搅拌器能保证被处理，这类搅拌器能保证被处理物料作最剧烈的混合，用以混合几种物料作最

27、剧烈的混合，用以混合几种比重不同的粘稠液体形成乳浊液是最比重不同的粘稠液体形成乳浊液是最有效的，它是由拧紧在轴上的所谓涡有效的，它是由拧紧在轴上的所谓涡轮组成。在涡轮旋转时被混合液体从轮组成。在涡轮旋转时被混合液体从中心被吸入，在离心力的作用下向四中心被吸入，在离心力的作用下向四面喷散。涡轮的直径一般在反应釜直面喷散。涡轮的直径一般在反应釜直径的四分之一到三分之一，转速为径的四分之一到三分之一，转速为20020010001000转转/ /分。分。涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 直叶圆盘式直叶圆盘式 弯叶圆盘式弯叶圆盘式 折叶开启式折叶开启式 弯叶开启式弯叶开启式 图图2.19 2.19 涡轮式搅拌器

28、涡轮式搅拌器2,2,搅拌器的工作原理搅拌器的工作原理 实现搅拌操作的主要部件是叶轮，针对不同的物料实现搅拌操作的主要部件是叶轮，针对不同的物料系统和不同的搅拌目的，制成了上述不同结构类型的叶轮。系统和不同的搅拌目的，制成了上述不同结构类型的叶轮。它的作用是通过其自身的旋转将机械能传送给液体，使叶它的作用是通过其自身的旋转将机械能传送给液体，使叶轮附近区域的流体湍动同时所产生的高射流推动全部液体轮附近区域的流体湍动同时所产生的高射流推动全部液体在反应釜内沿一定途径作循环流动。当液体从叶轮轴向流在反应釜内沿一定途径作循环流动。当液体从叶轮轴向流入并流出时我们称此叶轮为轴向叶轮，当液体从叶轮轴向入并

29、流出时我们称此叶轮为轴向叶轮，当液体从叶轮轴向流入，从半径方向流出时，此叶轮称径向叶轮。见图流入，从半径方向流出时，此叶轮称径向叶轮。见图2.20.2.20.(1)(1)轴向叶轮轴向叶轮 螺旋桨式叶轮是一种高速旋转且能螺旋桨式叶轮是一种高速旋转且能引起轴向流动的搅拌器，流体在器内作引起轴向流动的搅拌器，流体在器内作轴向和切向运动，产生高度湍流。由于轴向和切向运动，产生高度湍流。由于液流能持久且渗及远方，因此对搅拌低液流能持久且渗及远方，因此对搅拌低粘度的大量液体有良好效果。它主要用粘度的大量液体有良好效果。它主要用于互溶液体混合、釜内传热等。螺带式于互溶液体混合、釜内传热等。螺带式搅拌器的工作

30、原理与螺旋桨相似，有二搅拌器的工作原理与螺旋桨相似，有二个倾斜式叶片浆式叶轮，除产生轴向流个倾斜式叶片浆式叶轮，除产生轴向流动外还有一定程度的径向流动。动外还有一定程度的径向流动。 轴向叶轮与轴向流动轴向叶轮与轴向流动 (2)(2)径向叶轮径向叶轮 六个平片的涡轮叶轮是径向六个平片的涡轮叶轮是径向叶轮的代表，其工作时，叶轮的叶片对叶轮的代表，其工作时，叶轮的叶片对液体施以径向离心力，液体在惯性离心液体施以径向离心力，液体在惯性离心力作用下沿叶轮的半径方向流出并在釜力作用下沿叶轮的半径方向流出并在釜内循环。由于涡轮的转速高，叶片比较内循环。由于涡轮的转速高，叶片比较宽，除了能对液体产生较高的剪切

31、作用宽，除了能对液体产生较高的剪切作用外，还能在釜内造成较大的液体循环量。外，还能在釜内造成较大的液体循环量。正是由于这种特点，涡轮叶轮能有效的正是由于这种特点，涡轮叶轮能有效的完成几乎所有的化工生产过程对搅拌操完成几乎所有的化工生产过程对搅拌操作的要求，并能处理粘度范围很广的液作的要求，并能处理粘度范围很广的液体。体。 径向叶轮和径向流动径向叶轮和径向流动 l 平叶片浆式搅拌器也属于径向流叶轮，其平叶片浆式搅拌器也属于径向流叶轮，其叶片长、转速慢、液体的径向速度小、产生的叶片长、转速慢、液体的径向速度小、产生的压头也较低，适用于以宏观调匀为目的的搅拌压头也较低，适用于以宏观调匀为目的的搅拌过

32、程，如简单的液体混合、固体溶解、结晶和过程，如简单的液体混合、固体溶解、结晶和沉淀等操作。锚式搅拌器、框式搅拌器实际上沉淀等操作。锚式搅拌器、框式搅拌器实际上是平叶片浆式搅拌器的变形，但转动半径更大。是平叶片浆式搅拌器的变形，但转动半径更大。这几种搅拌器不产生高速液流，适用于较高粘这几种搅拌器不产生高速液流，适用于较高粘度的液体的搅拌。度的液体的搅拌。l 为了提高搅拌效果可在釜内设置档板。为了提高搅拌效果可在釜内设置档板。 切线流动切线流动 图图2.20. 2.20. 轴向叶轮轴向叶轮和径向叶轮和径向叶轮 二，搅拌器的选择二，搅拌器的选择l 搅拌器的选型主要根据物料性质、搅拌目的、工艺过程搅拌

33、器的选型主要根据物料性质、搅拌目的、工艺过程对搅拌的要求及各种搅拌器的性能特征来进行。对搅拌的要求及各种搅拌器的性能特征来进行。l 对于低粘度均相液体混合，控制因素是宏观混合速率，对于低粘度均相液体混合，控制因素是宏观混合速率，亦即循环流量。各种搅拌器的循环流量从大到小顺序排列：亦即循环流量。各种搅拌器的循环流量从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、桨式。因此，应优先选择推进式搅拌器。推进式、涡轮式、桨式。因此，应优先选择推进式搅拌器。如果不需要剧烈搅拌，可以采用浆式搅拌器。如果不需要剧烈搅拌，可以采用浆式搅拌器。l 对于非均相液液分散过程，控制因素为剪切作用，同时对于非均相液液分散过程，控制因素

34、为剪切作用，同时也要求有较大的循环流量。各种搅拌器的剪切作用从大到小也要求有较大的循环流量。各种搅拌器的剪切作用从大到小的顺序排列：涡轮式、推进式、桨式。所以，应优先选择涡的顺序排列：涡轮式、推进式、桨式。所以，应优先选择涡轮式搅拌器。轮式搅拌器。 对于固体悬浮操作，固液密度差小，应优先选择推进式对于固体悬浮操作，固液密度差小，应优先选择推进式搅拌器。当固液密度差大，固体颗粒沉降速度大时，应选搅拌器。当固液密度差大，固体颗粒沉降速度大时，应选用开启式涡轮搅拌器。当固体颗粒对叶轮的腐蚀性较大时，用开启式涡轮搅拌器。当固体颗粒对叶轮的腐蚀性较大时，应选用开启弯叶涡轮搅拌器。一般情况下，可采用框式搅

35、应选用开启弯叶涡轮搅拌器。一般情况下，可采用框式搅拌器。拌器。l 对于固体溶解，开启式涡轮搅拌最适合。对一些易溶对于固体溶解，开启式涡轮搅拌最适合。对一些易溶的块状固体则常用桨式或框式等搅拌器。的块状固体则常用桨式或框式等搅拌器。l 对于结晶过程，微粒结晶，应选择涡轮式搅拌器。粒对于结晶过程，微粒结晶，应选择涡轮式搅拌器。粒度较大的结晶可选择桨式搅拌器。度较大的结晶可选择桨式搅拌器。l 对于以传热为主的搅拌操作，可选用涡轮式搅拌器对于以传热为主的搅拌操作，可选用涡轮式搅拌器。 在装有搅拌器的反应釜中，搅拌轴要从釜盖穿在装有搅拌器的反应釜中，搅拌轴要从釜盖穿出，以便和传动装置相连。同时还要保证轴

36、能够转出，以便和传动装置相连。同时还要保证轴能够转动。而设备内的物料蒸汽或气体也就有可能沿釜盖动。而设备内的物料蒸汽或气体也就有可能沿釜盖的轴孔逸出。这不但造成物料的损失，而且由于许的轴孔逸出。这不但造成物料的损失，而且由于许多物料是易燃、易爆和有毒的，容易发生危险。此多物料是易燃、易爆和有毒的，容易发生危险。此外，在某些情况下釜内需要造成压力或真空，而轴外，在某些情况下釜内需要造成压力或真空，而轴孔的存在也会对加压和真空造成一定的困难。于是孔的存在也会对加压和真空造成一定的困难。于是就产生了轴的转动和反应设备的密闭的矛盾。填料就产生了轴的转动和反应设备的密闭的矛盾。填料箱就是解决这个矛盾的一

37、个部件。它既不妨害轴的箱就是解决这个矛盾的一个部件。它既不妨害轴的转动，而且也可以使设备保持很大程度的密闭。转动，而且也可以使设备保持很大程度的密闭。 一般反应釜上的填料箱，包括填料箱本体、填料压一般反应釜上的填料箱，包括填料箱本体、填料压盖和底衬套，见图盖和底衬套，见图2.122.12。填料箱本体一般用铸铁铸成，。填料箱本体一般用铸铁铸成，也可以用钢材焊制，用螺钉固定在反应釜盖上。在填料也可以用钢材焊制，用螺钉固定在反应釜盖上。在填料箱本体内的底部放入用耐磨铸铁或青铜制成的底衬套，箱本体内的底部放入用耐磨铸铁或青铜制成的底衬套，并用止动螺钉将它紧紧的固定，通过底衬套和填料箱本并用止动螺钉将它

38、紧紧的固定，通过底衬套和填料箱本体，贯穿出搅拌器的轴，轴被底衬套严密地包住而不触体，贯穿出搅拌器的轴，轴被底衬套严密地包住而不触及填料箱的其他零件。底衬套具有使搅拌轴及填料箱的其他零件。底衬套具有使搅拌轴“定向定向”的的任务，不让轴在转动时发生摇摆和振动；并防止轴的磨任务，不让轴在转动时发生摇摆和振动；并防止轴的磨损；此外底衬套还支持着放在它上面的填料。损；此外底衬套还支持着放在它上面的填料。(a) (b) 图图2.212.21标准填料箱结构标准填料箱结构 (a) (a) 带衬套铸铁填料箱带衬套铸铁填料箱 (b) (b) 带油环铸铁填料箱带油环铸铁填料箱 1-1-螺栓；螺栓；2-2-压盖；压盖

39、；3-3-油环；油环；4-4-填料；填料；5-5-箱体；箱体；6-6-衬套衬套 图图2.22 2.22 机械密封填料箱机械密封填料箱 1-1-弹簧座；弹簧座；2-2-弹簧；弹簧；3-3-弹簧压板弹簧压板； 4-4-动环；动环；5-5-密封圈；密封圈；6-6-静环；静环；7-7-静环座静环座l 在填料箱本体与轴之间留出的空隙内，塞以填料。采在填料箱本体与轴之间留出的空隙内，塞以填料。采用何种材料作填料，要按操作条件来决定，常用的有油石用何种材料作填料，要按操作条件来决定，常用的有油石棉、聚四氟乙烯等。将填料圈成环状，环内径的展开长度棉、聚四氟乙烯等。将填料圈成环状，环内径的展开长度等于轴的圆周长

40、度，然后用木棒将其塞入装填料的空隙中，等于轴的圆周长度，然后用木棒将其塞入装填料的空隙中，填料应分数次填装和压紧。然后压上填料箱压盖均匀地拧填料应分数次填装和压紧。然后压上填料箱压盖均匀地拧紧压盖上的螺钉这时填料箱压盖逐渐向下挤压填料，使反紧压盖上的螺钉这时填料箱压盖逐渐向下挤压填料，使反应釜达到密闭。但应注意在拧紧螺钉时要避免填料过分地应釜达到密闭。但应注意在拧紧螺钉时要避免填料过分地压紧，因为这样会增大轴与填料之间的摩擦而引起过热，压紧，因为这样会增大轴与填料之间的摩擦而引起过热，甚至轴会因而不能转动。为了降低搅拌轴与填料摩擦时所甚至轴会因而不能转动。为了降低搅拌轴与填料摩擦时所产生的高温

41、，填料箱有时带有冷却装置。产生的高温，填料箱有时带有冷却装置。l 还有一种机械密封填料箱，机械密封结构较复杂，但密封还有一种机械密封填料箱，机械密封结构较复杂，但密封效果甚佳。效果甚佳。 将运动由电动机传给搅拌轴的整个机构称将运动由电动机传给搅拌轴的整个机构称为搅拌器的传动装置。由电动机通过齿轮或蜗为搅拌器的传动装置。由电动机通过齿轮或蜗杆传动装置来带动搅拌器的轴，并直接与电动杆传动装置来带动搅拌器的轴，并直接与电动机相连，这样的传动装置称个别传动。它的优机相连，这样的传动装置称个别传动。它的优点是：点是：紧凑，容易照看，安全；紧凑，容易照看，安全；传动效率传动效率高；高；功率系数大；功率系数

42、大；操作方便。操作方便。个别传动装置的二种个别传动装置的二种形式：形式：齿轮减速齿轮减速器器 齿轮减速器的速齿轮减速器的速比不能很大，用于比不能很大，用于搅拌器转速较高的搅拌器转速较高的场合，场合，100100400400转转/ /分。分。 图图2.23 2.23 伞齿轮减速装置伞齿轮减速装置 涡轮减速器涡轮减速器 其速比其速比可以较大，应用于需可以较大，应用于需要低速搅拌的场合，要低速搅拌的场合，2020120120转转/ /分。对于分。对于转速小于转速小于2020转转/ /分的分的搅拌器，则往往采用搅拌器，则往往采用多级减速器。多级减速器。 图图2.24 2.24 涡轮减速器涡轮减速器一，

43、釜式反应器的传热装置一，釜式反应器的传热装置l极大多数的化学反应在进行时都有吸热或放极大多数的化学反应在进行时都有吸热或放热现象，并且需要一定的反应温度，所以几热现象，并且需要一定的反应温度，所以几乎所有的反应设备都装有传热装置。设备的乎所有的反应设备都装有传热装置。设备的加热或冷却方法首先决定于温度及传热速度加热或冷却方法首先决定于温度及传热速度的大小，同时也决定于所选定的传热剂的性的大小，同时也决定于所选定的传热剂的性质。质。l釜式反应器传热装置主要有夹套式、蛇管式、釜式反应器传热装置主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等：列管式、外部循环式等：（1 1）夹套式：）夹套式： 当传热速率

44、要求不高和载热体工作压当传热速率要求不高和载热体工作压力低于力低于600kPa600kPa（158158饱和水蒸汽压力）饱和水蒸汽压力）时，常用夹套传热结构。当夹套内载热体时，常用夹套传热结构。当夹套内载热体工作压力大于工作压力大于600kPa600kPa，夹套必须采取加强，夹套必须采取加强措施，图措施，图2.262.26表示一种用支撑短管加强的表示一种用支撑短管加强的“蜂窝夹套蜂窝夹套”，可用，可用1000kPa1000kPa饱和水蒸汽饱和水蒸汽加热至加热至180180，图，图2.272.27表示为冲压式蜂窝表示为冲压式蜂窝夹套，可耐更高的压力，另一种耐压加热夹套，可耐更高的压力，另一种耐压

45、加热结构是用角钢焊在釜的外壁上，如图结构是用角钢焊在釜的外壁上，如图2.282.28和图和图2.292.29。 夹套的高度取决于传热面积，而传热面积由夹套的高度取决于传热面积，而传热面积由工艺要求确定。夹套高度一般应高于料液的高度，工艺要求确定。夹套高度一般应高于料液的高度，应比釜内液面高出应比釜内液面高出5050100mm100mm左右，以保证传热。左右，以保证传热。图2.25 夹套式传热装置 图图2.26 2.26 短管加强蜂窝夹套短管加强蜂窝夹套 图图2.27 2.27 冲压式蜂窝夹套冲压式蜂窝夹套 图图2.28 2.28 角钢夹套构型之一角钢夹套构型之一 图图2.29 2.29 角钢夹

46、套构型之二角钢夹套构型之二2 2）蛇管式和插入式换热装置：）蛇管式和插入式换热装置：l 当工艺需要的传热面积大，单靠夹套传热不能当工艺需要的传热面积大，单靠夹套传热不能满足要求时，或者是反应器内壁衬有橡胶、瓷满足要求时，或者是反应器内壁衬有橡胶、瓷砖、搪玻璃等非金属材料时，可采用蛇管、插砖、搪玻璃等非金属材料时，可采用蛇管、插入套管、插入入套管、插入D D形管等传热。形管等传热。l 蛇管浸没在物料中，热量损失少，且由于蛇管蛇管浸没在物料中，热量损失少，且由于蛇管内传热介质流速高，它的给热系数比夹套大很内传热介质流速高，它的给热系数比夹套大很多。但对于含有固体颗粒的物料及粘稠的物料多。但对于含有

47、固体颗粒的物料及粘稠的物料容易引起物料堆积和挂料，影响传热效果。容易引起物料堆积和挂料，影响传热效果。 工业上常用的蛇管有两种：工业上常用的蛇管有两种：水平式蛇管和直立式蛇管。排水平式蛇管和直立式蛇管。排列紧密的水平式蛇管能同时起列紧密的水平式蛇管能同时起到导流筒的作用，排列紧密的到导流筒的作用，排列紧密的直立式蛇管同时可以同时起到直立式蛇管同时可以同时起到档板的作用，它们对于改善液档板的作用，它们对于改善液体的流动状况和搅拌的效果起体的流动状况和搅拌的效果起到积极的作用。到积极的作用。 图图2.30 2.30 水平式蛇管水平式蛇管 图图2.31 2.31 直立式蛇管直立式蛇管工业上常用的几种

48、插入式传热构件见图工业上常用的几种插入式传热构件见图2.322.32所所示，这些插入式结构适用于反应物料容易在传热壁上示，这些插入式结构适用于反应物料容易在传热壁上结垢的场合，给除垢、检修带来方便。结垢的场合，给除垢、检修带来方便。图图2.32 2.32 几种插入式传热构件几种插入式传热构件 （3 3）列管式换热装置：）列管式换热装置： 对于大型搅拌反应釜需要高速传热时，可在釜内安对于大型搅拌反应釜需要高速传热时，可在釜内安装列管式换热器（图装列管式换热器（图2.332.33）。例如在）。例如在3030立方米的反应立方米的反应釜内，安装多组列管式换热器，总传热面积可达釜内，安装多组列管式换热器

49、，总传热面积可达110110平平方米。方米。 图图2.332.33内部安装列管式传热装置的反应釜内部安装列管式传热装置的反应釜（4 4）外部循环式：）外部循环式： 采用各种型式的换热器使反应物料采用各种型式的换热器使反应物料在反应器外进行换热，即将反应器内的在反应器外进行换热，即将反应器内的物料移出反应器换热后再循环回反应器。物料移出反应器换热后再循环回反应器。当反应器的夹套和蛇管传热面积仍不能当反应器的夹套和蛇管传热面积仍不能满足满足 工艺要求，或由于工艺的特殊要求工艺要求，或由于工艺的特殊要求无法在反应器内安装蛇管而夹套的传热无法在反应器内安装蛇管而夹套的传热面积又不能满足工艺要求时，可以

50、通过面积又不能满足工艺要求时，可以通过泵将反应器内的料液抽出，经过外部换泵将反应器内的料液抽出，经过外部换热器换热后再热器换热后再 循环回反应器内。循环回反应器内。图图2.34 2.34 外部循环式外部循环式换热装置换热装置 （5 5）回流冷凝式：）回流冷凝式： 在沸点下进行的放热在沸点下进行的放热反应当反应热效应很大时，可反应当反应热效应很大时，可以采用回流冷凝法进行换热。以采用回流冷凝法进行换热。采用这种方法进行传热，由于采用这种方法进行传热，由于蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式散热，可以得到很高的给热系散热，可以得到很高的给热系数。数。 图图2.35 2.35 回流冷

51、凝式回流冷凝式换热装置换热装置 （6 6）电感加热式：）电感加热式： 利用交流电路所引起的磁通量利用交流电路所引起的磁通量变化在被加热体中感应产生的涡流变化在被加热体中感应产生的涡流损耗变为热能。它适用壁厚在损耗变为热能。它适用壁厚在5 58 8 以上，圆筒形设备加热（高径比最以上，圆筒形设备加热（高径比最好在好在2 24 4以上），加热温度在以上），加热温度在500500以下。其优点是施工简便，以下。其优点是施工简便，无明火，在易燃易爆环境中使用比无明火，在易燃易爆环境中使用比其它加热方式安全，升温快，温度其它加热方式安全，升温快，温度分布均匀。分布均匀。 图图2.362.36电感加热式电感

52、加热式换热装置换热装置二，反应釜的常用传热剂二，反应釜的常用传热剂 （一）加热剂（一）加热剂 在选择一种物质作为加热剂时，应注意满足下列在选择一种物质作为加热剂时，应注意满足下列要求：要求：要在较低压力下有达到高温的可能性；要在较低压力下有达到高温的可能性；化学化学稳定性要高；稳定性要高；要没有腐蚀作用；要没有腐蚀作用；导热度要大；导热度要大；蒸蒸发潜热要大；发潜热要大；熔点要低；熔点要低；要没有爆炸和燃烧的危险要没有爆炸和燃烧的危险性；性；要没有毒性；要没有毒性；价格要低廉、供应要方便。价格要低廉、供应要方便。 上述要求一种物质不可能同时满足，应根据使用上述要求一种物质不可能同时满足，应根据

53、使用情况，解决主要矛盾。常用的加热剂有下列各种物质。情况，解决主要矛盾。常用的加热剂有下列各种物质。 （1 1）水蒸汽）水蒸汽 这是应用最广的一种加热剂，它的优点是这是应用最广的一种加热剂，它的优点是价格便宜；能灵活地调节温度；水蒸汽冷凝的给热系数价格便宜；能灵活地调节温度；水蒸汽冷凝的给热系数大，有利于传热；蒸发潜热大，热效率高。当温度低于大，有利于传热；蒸发潜热大，热效率高。当温度低于200200时，时， 使用水蒸汽加热是非常合适的。使用水蒸汽加热是非常合适的。 （2 2）高压饱和水蒸汽）高压饱和水蒸汽 指蒸汽压力大于指蒸汽压力大于600kPa600kPa表压的饱和水蒸汽，用高压蒸汽作为表

54、压的饱和水蒸汽，用高压蒸汽作为热源，需要用高压管道输送蒸汽。热源，需要用高压管道输送蒸汽。 （3 3）高压汽水混合物）高压汽水混合物 图图2.372.37表示一种表示一种高压汽水混合物作为热源的流程示意图。从高压汽水混合物作为热源的流程示意图。从加热炉到加热设备这一段管道内，蒸汽比例加热炉到加热设备这一段管道内，蒸汽比例高，而水的比例低；从冷却器返回加热炉这高，而水的比例低；从冷却器返回加热炉这一段管道内，蒸汽比例较少，而水的比例大。一段管道内，蒸汽比例较少，而水的比例大。于是形成一个自然循环系统。这种高温加热于是形成一个自然循环系统。这种高温加热装置可用于温度为装置可用于温度为2002002

55、50250的加热。当汽的加热。当汽水混合物的温度为水混合物的温度为250250时，管道内压力达时，管道内压力达20000kPa.20000kPa.加热炉可利用气体或液体燃料加加热炉可利用气体或液体燃料加热，炉温达热，炉温达800800900900，炉内加热蛇管必须，炉内加热蛇管必须采用耐热合金钢。采用耐热合金钢。 图图2.37 2.37 高压汽水混合物高压汽水混合物加热装置加热装置 1 1加热蛇管；加热蛇管；2 2空气冷却器；空气冷却器；3 3加热炉；加热炉；4 4排气阀排气阀（4 4）联苯混合物（道生油）联苯混合物（道生油） 联苯混合物是一联苯混合物是一种目前应用较普遍的高温有机载热体。它是

56、质量种目前应用较普遍的高温有机载热体。它是质量分数为分数为26.526.5联苯、联苯、73.573.5二苯醚的低共熔和低二苯醚的低共熔和低共沸混合物，熔点共沸混合物，熔点12.312.3，沸点，沸点258258，能在较低，能在较低的压力下得到较高的加热温度。在同样温度下，的压力下得到较高的加热温度。在同样温度下，它的饱和蒸气压力只有水蒸汽压力的它的饱和蒸气压力只有水蒸汽压力的1/301/301/601/60，下表给出了联苯混合物的饱和蒸气压力。下表给出了联苯混合物的饱和蒸气压力。联苯混合物的饱和蒸气压力联苯混合物的饱和蒸气压力当加热温度在当加热温度在250250以下以下时，可采用液体联苯混合物

57、加时，可采用液体联苯混合物加热，有三种加热方案：热，有三种加热方案：液体液体联苯混合物循环加热（图联苯混合物循环加热（图2.382.38），加热设备与加热炉之），加热设备与加热炉之间要保证一定的高位差，才能间要保证一定的高位差，才能使液体有良好的循环。使液体有良好的循环。 液体联苯混合物强制循环液体联苯混合物强制循环加热，可采用泵使液体作强制加热，可采用泵使液体作强制循环，其给热系数比自然循环循环，其给热系数比自然循环可提高可提高3 34 4倍。倍。图图2.38 2.38 液体联苯混合物液体联苯混合物自然循环加热装置自然循环加热装置 1 1反应釜；反应釜；2 2加热炉；加热炉；3 3膨胀器；膨

58、胀器；4 4回流冷凝器；回流冷凝器；5 5熔化槽；熔化槽；6 6储槽；储槽；7 7温度自控装置温度自控装置 夹套内盛联苯混合物，将夹套内盛联苯混合物，将管状电热器插入液体内加管状电热器插入液体内加热。这种方法简便，适用热。这种方法简便，适用于传热速率要求不高的场于传热速率要求不高的场合（图合（图2.392.39）。）。图图2.39 2.39 液体联苯混合物液体联苯混合物夹套电加热装置夹套电加热装置1 1反应釜；反应釜；2 2加热夹套；加热夹套；3 3管式电热器管式电热器当加热温度超过当加热温度超过250250时，可采用联苯混时，可采用联苯混合物的蒸气加热。一种较合物的蒸气加热。一种较为简易的联

59、苯混合物蒸气为简易的联苯混合物蒸气加热装置（见图加热装置（见图2.402.40），），是将蒸气发生器直接附在是将蒸气发生器直接附在反应釜下面。用电热棒加反应釜下面。用电热棒加热液体联苯混合物，使它热液体联苯混合物，使它沸腾生成蒸气沸腾生成蒸气图图2.40 2.40 联苯混合物蒸气联苯混合物蒸气夹套加热装置夹套加热装置1 1反应釜；反应釜；2 2液面计；液面计；3 3电加热棒；电加热棒；4 4回流冷凝器回流冷凝器5 5）电加热）电加热 电加热是一种热效率高、操作简单、电加热是一种热效率高、操作简单、便于实现自控和遥控的高温加热方法。常用的电加热便于实现自控和遥控的高温加热方法。常用的电加热方法可

60、分为以下三种类型：方法可分为以下三种类型： 电阻加热。电流通过电阻产生热量实现加热，电阻加热。电流通过电阻产生热量实现加热，有以下几种结构形式：有以下几种结构形式： 辐射加热法辐射加热法 电阻丝暴露在空气中，借辐射和对电阻丝暴露在空气中，借辐射和对流传热，直接加热反应釜，此种方法只能用于非易燃流传热，直接加热反应釜，此种方法只能用于非易燃和易爆的操作过程。和易爆的操作过程。 电阻夹布加热法电阻夹布加热法 将电阻丝夹在用玻璃纤维织成将电阻丝夹在用玻璃纤维织成的布中，包扎在反应釜的外壁，这样可避免电阻丝暴的布中，包扎在反应釜的外壁，这样可避免电阻丝暴露在大气中，从而减少引起火灾的危险性。但必须注露