第三章 反应设备课件

1、2 21 13 3一、反应设备的应用一、反应设备的应用 反应设备反应设备 在化工生产过程中，为化学反应提供反应在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和反应条件的装置。如：合成氨生产中氨空间和反应条件的装置。如：合成氨生产中氨合成塔、聚乙烯生产中的聚合塔，釜式反应器合成塔、聚乙烯生产中的聚合塔，釜式反应器等。等。 一个设计合理、性能良好的反应设备，应满一个设计合理、性能良好的反应设备，应满足以下要求：足以下要求：1、满足动力学要求，反应速度快，转化率高，目标产品、满足动力学要求，反应速度快，转化率高，目标产品多，副产品少；多，副产品少；2、能有效输入和输出热量，维持系统热量平衡，使反应、能有效

2、输入和输出热量，维持系统热量平衡，使反应过程在适宜温度下进行；过程在适宜温度下进行；3、有足够的机械强度和抗腐蚀强度，满足反应过程对温、有足够的机械强度和抗腐蚀强度，满足反应过程对温度和压力的要求，保证设备经久耐用，保证生产安全度和压力的要求，保证设备经久耐用，保证生产安全可靠；可靠；4、制造容易，安装检修方便，操作灵活，生产周期长。、制造容易，安装检修方便，操作灵活，生产周期长。二、反应设备的类型二、反应设备的类型 在化工生产中，化学反应种类繁多，操作条件差别在化工生产中，化学反应种类繁多，操作条件差别很大，物料的聚集状态也各不相同，因而反应器的种类很大，物料的聚集状态也各不相同，因而反应器

3、的种类也是各种各样。也是各种各样。 按结构型式分类，可分为按结构型式分类，可分为釜式釜式反应器、反应器、管式管式反应器、反应器、塔式塔式反应器、反应器、固定床固定床反应器、反应器、流化床流化床反应器等。反应器等。 1、釜式反应器、釜式反应器 釜式反应器也称槽式、锅式反应器。釜式反应器也称槽式、锅式反应器。 是各类反应器是各类反应器中结构最简单，应用最广的一种。中结构最简单，应用最广的一种。 1搅拌器2罐体；3夹套； 4搅拌轴；5压出管；6支座；7人孔； 8轴封；9传动装置优点：优点：适用压力、温度范围宽，适应性强，操作适用压力、温度范围宽，适应性强，操作弹性大，连续操作时温度浓度容易控制，产品

4、弹性大，连续操作时温度浓度容易控制，产品质量均一等特点。质量均一等特点。缺点：缺点：转化率较大时，容积难满足。转化率较大时，容积难满足。适用场合：适用场合：主要用于液主要用于液-液均相反应，气液均相反应，气-液、液、液液-液非均相也可应用。液非均相也可应用。常用于间歇操作过程，也可用于多釜串联的连常用于间歇操作过程，也可用于多釜串联的连续生产过程。续生产过程。反应条件温和，如常压、常压。反应条件温和，如常压、常压。2、管式反应器管式反应器管式反应器结构示意图管式反应器结构示意图 管式反应器是由多根细管串联或并联而构成的一种反管式反应器是由多根细管串联或并联而构成的一种反应器。有直管式、盘管式、

5、多管式等类型，一般设有套管应器。有直管式、盘管式、多管式等类型，一般设有套管或壳管式换热装置。或壳管式换热装置。 反应时，反应物（物料）从一端连续进入，通过管路，反应时，反应物（物料）从一端连续进入，通过管路，在一定条件下连续反应，从另一端流出，达到转化目的。在一定条件下连续反应，从另一端流出，达到转化目的。特点：反应条件易于控制，但若反应速度慢，则所需管子长，特点：反应条件易于控制，但若反应速度慢，则所需管子长，压力降较大。压力降较大。 .105.105个化工设备原理动画个化工设备原理动画 反应设备反应设备 管式反应器管式反应器2.jpg2.jpg 适用场合：主要用于气相、液相、气适用场合：

6、主要用于气相、液相、气- -液相连续反液相连续反应过程。因管式反应器能承受较高压力，故对应过程。因管式反应器能承受较高压力，故对于压力较高的场合尤为适用。于压力较高的场合尤为适用。如：油脂或脂肪如：油脂或脂肪酸加氢生产高碳醇反应设备。随着生产的大型酸加氢生产高碳醇反应设备。随着生产的大型化、连续化、自动化，管式反应器的应用越来化、连续化、自动化，管式反应器的应用越来越广泛。越广泛。 鼓泡塔反应器结构示意图鼓泡塔反应器结构示意图11分布格板；分布格板；22夹套；夹套；33气体分布器；气体分布器；44塔体；塔体；55挡板；挡板；66塔外换热器；塔外换热器；77液体捕集器；液体捕集器；88扩大段扩大

7、段3、 塔式反应器塔式反应器 为了提高气体分散程度和减少液体轴向为了提高气体分散程度和减少液体轴向循环，可在塔内设置多层隔板。常用的有循环，可在塔内设置多层隔板。常用的有鼓泡塔、填料塔、板式塔。鼓泡塔、填料塔、板式塔。 适用场合：气适用场合：气-液反应。如：芳烃液相氧化液反应。如：芳烃液相氧化及烃化反应，硝基物加氢还原的反应设及烃化反应，硝基物加氢还原的反应设备。备。.105个化工设备原理动画个化工设备原理动画反应设反应设备备塔式塔式2.jpg.105个化工设备原理动画个化工设备原理动画反应设备反应设备塔塔式式.jpg 固定床反应器是指流体通过静止不动的固体固定床反应器是指流体通过静止不动的固

8、体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。物料所形成的床层而进行化学反应的设备。 在圆筒体的下端装有栅板（隔板在圆筒体的下端装有栅板（隔板/ /支撑板），支撑板），其上是催化剂床层，均匀堆置一定厚度的催化其上是催化剂床层，均匀堆置一定厚度的催化剂固体颗粒。剂固体颗粒。特点：结构简单、造价便宜，反应器体积利用率特点：结构简单、造价便宜，反应器体积利用率高，易于控制温度。高，易于控制温度。使用场合：以气使用场合：以气- -固反应的固定床反应器最常见。固反应的固定床反应器最常见。如硝基物气相加氢还原，芳烃的气相催化氧化如硝基物气相加氢还原，芳烃的气相催化氧化等。等。.105.105个化工设备原理动画个

9、化工设备原理动画 反应设备反应设备 固定床固定床1.jpg1.jpg 3、固定床反应器、固定床反应器 绝热式绝热式单段式单段式多段式多段式换热式换热式外换热式外换热式自换热式自换热式固定床反应器固定床反应器 反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗粒合在一起，成为流化床反应器。粒合在一起，成为流化床反应器。 流化床反应器多用于气流化床反应器多用于气- -固反应过程。固反应过程。 当原料气通过反应器催化剂床层时，催化当原料气通过反应器催化剂床层时，催化剂颗粒受气流作用而悬浮呈翻滚沸腾状，原料剂颗粒受气流作用而悬浮呈翻滚沸腾状，原料气在处于流态化的催化剂表面进行化学

10、反应，气在处于流态化的催化剂表面进行化学反应，此时的催化剂床层成为流化床（细小的固体颗此时的催化剂床层成为流化床（细小的固体颗粒被流动着的流体携带，具有像流体一样自由粒被流动着的流体携带，具有像流体一样自由流动的性质，此种现象称为固体的流态化）流动的性质，此种现象称为固体的流态化） 。5、流化床反应器、流化床反应器 搅拌设备在工业生产中应用范围较广，搅拌设备在工业生产中应用范围较广，它最主要的作用是使物料混合均匀，这种它最主要的作用是使物料混合均匀，这种过程可能是物理过程，也可能是化学反应过程可能是物理过程，也可能是化学反应过程。过程。一、总体结构一、总体结构 釜式搅拌反应器的分类釜式搅拌反应

11、器的分类 立式容器中心搅拌、偏心搅拌、倾斜搅拌，立式容器中心搅拌、偏心搅拌、倾斜搅拌， 卧式容器搅拌等。卧式容器搅拌等。 其中，立式容器中心搅拌是最典型的一种。其中，立式容器中心搅拌是最典型的一种。 立式容器中心搅拌立式容器中心搅拌 主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置. 立式容器中心搅拌反应器构造立式容器中心搅拌反应器构造1搅拌器搅拌器2罐体；罐体；3夹套；夹套； 4搅拌轴；搅拌轴；5压出管；压出管；6支座；支座；7人孔；人孔； 8轴封；轴封；9传动装置传动装置联轴器传动装置搅 拌 轴搅 拌 器搅拌设备搅拌装置轴封装置搅 拌 罐罐 体传热装置电动机减速器机 座

12、功能：功能：搅拌罐搅拌罐 提供反应空间和反应条件。提供反应空间和反应条件。搅拌装置搅拌装置 搅拌，使釜内物料混合均匀，搅拌，使釜内物料混合均匀，强化传热、传质过程。强化传热、传质过程。轴封装置轴封装置 防止罐内介质泄漏或外界空气防止罐内介质泄漏或外界空气进入罐内。进入罐内。二、传热装置二、传热装置 夹套（传热夹套）：是套在反应器壳体的外面能形夹套（传热夹套）：是套在反应器壳体的外面能形成密封空间的容器，即简单又方便。夹套的高度主要决成密封空间的容器，即简单又方便。夹套的高度主要决定于传热面积的大小，一般应高于内物料的液面。定于传热面积的大小，一般应高于内物料的液面。 夹套与反应釜内壁的距离，一

13、般取夹套与反应釜内壁的距离，一般取2525100100mm。可拆卸的夹套可拆卸的夹套 不可拆卸的夹套不可拆卸的夹套 蛇管蛇管 当需要传热面积大，夹套不能满足要求时，当需要传热面积大，夹套不能满足要求时，可采用蛇管传热。可采用蛇管传热。 蛇管沉浸在物料中，传热效果好，还能提蛇管沉浸在物料中，传热效果好，还能提高搅拌强度。也可和夹套联合使用。高搅拌强度。也可和夹套联合使用。 蛇管结构蛇管结构 蛇管的固定结构蛇管的固定结构 化学工业中，常用的搅拌装置是机械搅拌装置，化学工业中，常用的搅拌装置是机械搅拌装置，主要包括搅拌器、搅拌轴和传动装置。主要包括搅拌器、搅拌轴和传动装置。1 1、 搅拌器搅拌器 搅

14、拌器的形式多种多样，主要有：桨式、搅拌器的形式多种多样，主要有：桨式、涡、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、涡、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、螺杆式等。螺杆式等。 三、搅拌装置三、搅拌装置 典型搅拌器结构示意图典型搅拌器结构示意图常用搅拌器及流型示意常用搅拌器及流型示意 分类分类 结构结构 适用场合适用场合浆式浆式结构简单，制造容易，轴向流动小。结构简单，制造容易，轴向流动小。粘度较高物料的搅拌。粘度较高物料的搅拌。推进式推进式通常有三瓣叶片，形成轴向流动。通常有三瓣叶片，形成轴向流动。低粘度、大流量的场合。低粘度、大流量的场合。主要用于液主要用于液-液混合。液混合。涡轮式涡轮式分开式

15、和盘式两类。几乎能完成所有分开式和盘式两类。几乎能完成所有的搅拌操作，能处理粘度范围比较广的搅拌操作，能处理粘度范围比较广的流体。的流体。应用较广，低粘度到中粘应用较广，低粘度到中粘度流体的混合，液度流体的混合，液-液分液分散、固散、固- 液悬浮，并且能液悬浮，并且能促进传热、传质和化学循促进传热、传质和化学循环。环。框式框式/锚式锚式直径大，转速低，基本上不产生轴向直径大，转速低，基本上不产生轴向流动，但搅拌范围大，不会形成死区。流动，但搅拌范围大，不会形成死区。混合要求不太高的场合混合要求不太高的场合螺旋式螺旋式 消耗功率小，应用广泛。消耗功率小，应用广泛。高粘度、低转速条件下。高粘度、低

16、转速条件下。搅拌附件搅拌附件 在液体粘度较低，搅拌器转速较高在液体粘度较低，搅拌器转速较高时，容易产生漩涡，使搅拌效果不佳。为时，容易产生漩涡，使搅拌效果不佳。为了改善流体在搅拌过程中的漩涡现象，通了改善流体在搅拌过程中的漩涡现象，通常可在反应器内设置常可在反应器内设置挡板挡板或或导流筒导流筒，以改，以改善流体的流动状态，但同时会增加流体的善流体的流动状态，但同时会增加流体的流动阻力，搅拌功率增大。流动阻力，搅拌功率增大。 （1） 挡板挡板 挡板的作用挡板的作用是避免旋涡现象，增大被是避免旋涡现象，增大被搅拌液体的湍搅拌液体的湍 流程度，将切向流动变为轴向和径向流动，流程度，将切向流动变为轴向

17、和径向流动，强化反应器强化反应器 内液体的对流和扩散，改善搅拌效果。内液体的对流和扩散，改善搅拌效果。紧贴器壁挡板：用于低粘度液体。紧贴器壁挡板：用于低粘度液体。挡板与器壁有一定距离：当液体中含挡板与器壁有一定距离：当液体中含有固体颗粒或液体粘度较大时，为了有固体颗粒或液体粘度较大时，为了避免固体堆积和液体粘附，常采用这避免固体堆积和液体粘附，常采用这种方式。种方式。挡板与器壁成一定角度：可避免固体挡板与器壁成一定角度：可避免固体物料堆积或高粘度液体生成死角。物料堆积或高粘度液体生成死角。 （2） 导流筒导流筒 导流筒是一个上下开口的圆筒，安装导流筒是一个上下开口的圆筒，安装在搅拌器的外面。常

18、用于推进式和涡轮式在搅拌器的外面。常用于推进式和涡轮式搅拌器。搅拌器。 导流筒作用导流筒作用-控制流型，提高混合效率控制流型，提高混合效率 一方面提高了对液体的搅拌程度；另一方一方面提高了对液体的搅拌程度；另一方面限定了液体的循环路径，确立了流型，使器面限定了液体的循环路径，确立了流型，使器内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区。内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区。导流筒示意图导流筒示意图 2、传动装置、传动装置搅拌反应器传动装置搅拌反应器传动装置 1电动机； 2减速器； 3联轴器； 4机座； 5轴封装置； 6底座； 7封头； 8搅拌轴； 传动装置一般由电动机、减速器、连传动装置一般由电动

19、机、减速器、连轴器、机座及底座组成。其中电动机与减轴器、机座及底座组成。其中电动机与减速器一般配套使用，电动机提供的动力通速器一般配套使用，电动机提供的动力通过减速器、联轴器传递给搅拌器。过减速器、联轴器传递给搅拌器。三、轴封结构三、轴封结构 轴封是指搅拌轴与罐体之间的动密封结构，常用的有轴封是指搅拌轴与罐体之间的动密封结构，常用的有填料密封、机械密封和磁流体密封（磁力传动密封）。填料密封、机械密封和磁流体密封（磁力传动密封）。 机械密封机械密封填料密封填料密封型式型式结构结构优点优点缺点缺点填料密填料密封封通过填料与搅拌轴之间形成通过填料与搅拌轴之间形成的液膜，达到密封目的。的液膜，达到密封

20、目的。结构简单，拆结构简单，拆装方便。装方便。会有微量泄漏。会有微量泄漏。机械密机械密封封由动环、静环、密封圈、弹由动环、静环、密封圈、弹簧等组成。簧等组成。密封效果好，密封效果好，寿命长。寿命长。结构复杂，拆结构复杂，拆装不便。装不便。磁力传磁力传动密封动密封由外磁转子、内磁转子、密由外磁转子、内磁转子、密封隔离套等组成。是无泄露封隔离套等组成。是无泄露反应釜的主要部件。反应釜的主要部件。无泄露，设备处于全封闭状态。无泄露，设备处于全封闭状态。更可靠，更安全。更可靠，更安全。适用于条件比较苛刻的场合。适用于条件比较苛刻的场合。三、釜式反应器的使用与维护三、釜式反应器的使用与维护 以生产高密度低压聚乙烯的搅拌釜为例，介绍釜式以生产高密度低压聚乙烯的搅拌釜为例，介绍釜式反应器的使用与维护。反应器的使用与维护。P189使用