反应设备的使用与维护

第五章反应设备的使用与维护第一节反应设备的工作过程及类型

一、反应设备的工作过程及作用炼油、化工生产过程中，在反应器中进行的不仅仅是单纯的化学反应过程，同时还存在着流体流动、物料传热、传质等物理传递过程。化学反应的机理、步骤和速率是根据化学动力学的规律进行的。如对于气一液反应，反应速度除与温度和浓度有关外，还与相界面的大小和相间的扩散速度有关。对于气一固催化反应，不论在什么条件下进行，气相组分都必须先扩散到固体催化剂的表面上，再在催化剂表面进行化学反应。由于化学反应时原料的种类很多，反应过程也很复杂，对反应产物的要求也各不相同，因而，反应器的结构类型多种多样，尺寸大小不一，操作方式和操作条件也各不相同。如间歇式操作的反应器，原料是一次性加入的；而连续式操作的反应器，原料是连续加入的。不同结构型式和尺寸的反应器及不同的操作条件和方式，必将影响流体的流动状态和物料的传热、传质等传递过程。因此反应器的工作过程就是以化学动力学为基础的反应过程和以热量传递、质量传递、动量传递为基本内容的传递过程同时进行、相互作用、相互影响的复杂过程。

因此反应器的工作过程就是以化学动力学为基础的反应过程和以热量传递、质量传递、动量传递为基本内容的传递过程同时进行、相互作用、相互影响的复杂过程。

用于完成化学反应的设备称为反应设备(也称反应器)。反应设备是炼油、化工生产装置中的关键性设备。一般情况下，工业上的化学反应是不可能全部完成的，也不可能只生成一种产物。但是，人们总是希望尽可能抑制副反应发生，努力提高目的产物的收率，充分有效地利用原料，减轻分离设备的负荷，降低生产过程的能量消耗。一个好的反应设备不仅能够满足这些要求，而且操作控制方便、具有较大的生产能力。反应设备内进行的过程不仅具有化学反应的特征，而且具有传递过程的特征。只有综合考虑化学反应动力学、流体的流动、传热和传质等诸多因素，才能做到反应设备的正确选型、合理设计、有效使用和最佳控制。本章主要．介绍反应设备的类型、结构、特点及操作等内容。

二、反应设备的类型

在炼油、化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。1．根据物料的聚集状态分类根据物料的聚集状态可把反应器分为均相和非均相两种。前者又可分为气相反应器和液相反应器，反应物料均匀地混合或溶解成为单一的气相或液相。非均相反应器又可分为气一液、气一固、液一液、液一固以及气一液一固等五种，化工生产中应用较多的是气一固和气一液两种，如乙烯直接氧化制环氧乙烷采用气一固相反应器，苯烃化制乙苯采用气一液相反应器。反应器按聚集状态分类，其实质是按宏观动力学特征分类。同样聚集状态的反应有着相同的动力学规律，如均相反应的共同规律和特征是无相界面，反应速度只与温度和浓度等有关，而非均相反应的共同规律和特征是有相界面，反应速度不仅与温度和浓度有关，而且还与相界面大小和相间扩散速度有关。故以聚集状态分类可以阐明各种相态反应过程的动力学规律。

2．根据反应器结构型式分类

根据反应器结构型式的特征，可以分为釜式、管式、塔式、固定床和流化床反应器等。釜式、管式反应器大多用于均相反应过程，塔式、固定床和流化床反应器大多用于非均相反应过程。反应器按结构型式分类，其实质是按传递过程的特性分类。同类结构的反应器内，物料往往具有相同的流动、混合、传热和传质等特性，可以用同类传递过程的统一规律加以描述。

反应器的主要作用是提供反应场所，并维持一定的反应条件，使化学反应过程按预定的方向进行，得到合格的反应产物。一个设计合理、性能良好的反应器，应能满足如下几方面的要求。(1)满足化学动力学和传递过程的要求，做到反应速度快、选择性好、转化率高、目的产品多、副产物少。(2)能及时有效地输入或输出热量，维持系统的热量平衡，使反应过程在适宜的温度下进行。(3)有足够的机械强度和抗腐蚀能力，满足反应过程对压力的要求，保证设备经久耐用，生产安全可靠.(4)制造容易，安装、检修方便，操作调节灵活，生产周期长。

3．根根据操操作方方法分分类操作方方法分分为间间歇式式(或或称为为分批批式)、半半间歇歇式(或称称为半半连续续式)和连连续式式三种种。间歇式式操作作是一次次加入入反应应物料料，在在一定定的反反应条条件下下，经经过一一定的的反应应时间间，当当达到到所要要求的的转化化率时时，取取出全全部产产物的的生产产过程程。其其特点点是在在反应应过程程中，，反应应物和和产物物浓度度均随随时间间变化化，是是不稳稳定过过程。。由于于存在在着加加料、、出料料和清清洗等等非生生产时时间，，因而而设备备利用用率不不高，，劳动动强度度大，，只适适用于于小批批量、、多品品种生生产，，在染染料及及制药药工业业中广广泛采采用这这种操操作。。半间歇歇操作作是指一一些物物料分分批加加入、、而另另一些些物料料连续续加入入的生生产过过程，，或者者是一一批加加入物物料用用蒸馏馏的方方法连连续移移走部部分产产品的的生产产过程程。半半间歇歇操作作也是是一个个不稳稳定过过程。。连续操操作是连续续加入入反应应物和和取出出产物物，反反应器器内温温度和和浓度度均不不随时时间变变化而而变化化，是是一个个稳定定过程程。连连续操操作设设备利利用率率高，，产品品质量量稳定定，易易于自自动控控制，，适用用丁大大规模模生产产。炼炼油、、化工工生产产中大大多数数采用用连续续操作作。4．根根据温温度条条件和和传热热方式式分类类根据温温度条条件反反应器器可分分为等温和和非等等温两种，，根据据传热热方式式又可可分为为绝热热式、、外热热式和和自热热式。。由于化化学反反应对对温度变化有有相当当大的的敏感感性，，所以以传热热方式式和温温度控控制是是反应应器设设计和和操作作中的的重要要问题题。对于等等温反反应器器，只只需要要考虑虑浓度度变化化的影影响。。但在在工业业生产产中维维持等等温条条件是是相当当困难难的，，因此此只适适用于于热效效应不不大，，或能能及时时输入入或输输出热热量能能够保保证等等温条条件的的反应应过程程，其其他过过程一一般采采用非非等温温式反反应器器，非非等温温式反反应器器因换换热方方式不不同也也有不不同的的型式式。反应设设备的的类型型很多多，其其构造造和适适用条条件也也各不不相同同。一一个反反应过过程在在工业业生产产中究究竟采采用哪哪种类类型的的反应应器，，并无无严格格的规规定，，应以以满足足工艺艺要求求为主主，综综合考考虑各各种因因素，，以减减少能能量消消耗、、增加加经济济效益益为原原则而而确定定。第二节节反反应应器的的结构构及特特点一、釜釜式反反应器器釜式反反应器器又称称槽型型反应应器，，它是是各类类反应应器中中结构构较为为简单单且应应用较较广的的一种种，主主要应应用于于液一一液均均相反反应过过程，，在气气一液液、液液一液液非均均相反反应过过程中中也有有应用用。在在化上上生产产中，，既适适用于于间歇歇操作作过程程，又又可单单釜或或多釜釜串联联用于于连续续操作作过程程，但但在间间歇生生产过过程应应用最最多。。釜式式反反应应器器具具有有适适用用的的温温度度和和压压力力范范围围宽宽、、适适应应性性强强、、操操作作弹弹性性大大、、连连续续操操作作时时温温度度浓浓度度容容易易控控制制、、产产品品质质量量均均一一等等特特点点。。但但用用在在较较高高转转化化率率工工艺艺要要求求时时，，需需要要较较大大容容积积。。通通常常在在操操作作条条件件比比较较缓缓和和的的情情况况下下操操作作，，如如常常压压、、温温度度较较低低且且低低于于物物料料沸沸点点时时，，应应用用此此类类反反应应器器最最为为普普遍遍。。釜式式反反应应器器的的基基本本结结构构见见图图5——1，，主主要要包包括括反应应器器壳壳体体、、搅搅拌拌器器、、密密封封装装置置和和换换热热装装置置等等。釜釜式式反反应应器器壳壳体体及及搅搅拌拌器器所所用用材材料料一一般般为为碳碳钢钢，，根根据据特特殊殊需需要要，，可可在在与与反反应应物物料料接接触触部部分分衬衬有有不不锈锈钢钢、、铅铅、、橡橡胶胶、、玻玻璃璃钢钢或或搪搪瓷瓷，，个个别别情情况况也也可可衬衬贵贵重重金金属属(如如银银等等)。。根根据据反反应应要要求求，，壳壳体体也也可可直直接接用用铜铜、、不不锈锈钢钢制制造造。。1一电动机；2一变速器；3一密封装置；4～加料管口；5一壳体；6一夹套；7搅拌器；8一出料管口1．．壳体体:釜釜式式反反应应器器壳壳体体部部分分的的结结构构包包括括筒筒体体、、底底、、盖盖(也也称称封封头头)、、手手孔孔或或人人孔孔、、视视镜镜及及各各种种工工艺艺接接管管口口等等。。釜式反应应器的筒筒体为圆圆筒形。。底、盖盖常用的的形状有有平面、、碟形、、椭圆形形和球形形封头，，釜底也也有锥形形的。平平面封头头结构简简单，容容易制造造，一般般在釜体体直径小小、常压压或压力力不大条条件下操操作时采采用；碟碟形和椭椭圆形封封头应用用较多；；球形封封头多用用于高压压反应器器；当反反应后的的物料需需用分层层法使其其分离时时可用锥锥形底。。手孔或人人孔是为了检检查设备备内部空空间以及及安装和和拆卸设设备内部部构件而而设置的的。手孔孔的直径径一般为为O．15～0．20m，，它的结结构一般般是在封封头上接接一短管管，并盖盖以盲板板。当釜釜体直径径较大时时，可以以根据需需要开设设人孔，，人孔的的形状有有圆形和和椭圆形形两种，，圆形人人孔公称称直径一一般为400mm，，椭圆形形人孔的的最小直直径为400mm××300mm。釜式反应器的的视镜主要是为为了观察察设备内内部的物物料反应应情况，，有比较较宽阔的的视察范范围为其其结构确确定原则则。工艺接管管口主要要用于进进、出物物料及安安装温度度、压力力的测定定装置。。进料管管或加料料管应做做成不使使料液的的液沫溅溅到釜壁壁上的形形状，以以避免由由于料液液沿反应应釜内壁壁向下流流动而引引起釜壁壁局部腐腐蚀。釜釜式反反应器的的所有人人孔、手手孔、视视镜和工工艺接管管口，除除出料管管口外，，一般都都开在项项盖上。。2．搅拌拌器搅拌器是是釜式反反应器的的重要部部件，其作用是是加强物物料的均均匀混合合，强化化釜内的的传热和和传质过过程。常用的搅搅拌器有有桨式、、框式、、锚式、、旋桨式式、涡轮轮式和螺螺带式等等，如图图5—2所示。。桨式弯弯叶叶开启涡涡轮折折叶叶开启涡涡轮推推进进式平直叶圆圆盘框框式锚锚式式涡涡轮轮螺带式式螺螺杆杆式以上几种种搅拌器器在炼油油、化工工和高聚聚物生产产过程中中应用较较广，此外还有有螺带式式、电磁磁式、超超声波式式等。在在工业上上可根据据物料的的性质、、要求的的物料混混合程度度以及考考虑能耗耗等因素素选择适适宜的搅搅拌器。。在一般般情况下下，对低低粘性均均相液体体混合，，可选用用任何形形式的搅搅拌器；；对非均均相液体体分散混混合，选选用旋桨桨式、涡涡轮式搅搅拌器为为好；在在有固体体悬浮物物存在，，固液密密度差较较大时，，选用涡涡轮式搅搅拌器，，固液密密度差较较小时，，选用桨桨式搅拌拌器；对对于物料料粘稠性性很大的的液体混混合，可可选用锚锚式搅拌拌器。对对需要有有更大搅搅拌强度度或需使使被搅拌拌液体作作上、下下翻腾运运动的情情况，可可根据需需要在反反应器内内再装设设横向或或竖向挡挡板及导导向筒等等。3．密封封装置静止的搅搅拌釜封封头和转转动的搅搅拌轴之之间设有有搅拌轴轴密封装装置，以以防止釜釜内物料料泄漏。。轴封装置置主要有有填料密封封和机械械密封两种。其其结构与与离心泵泵的密封封结构类类似。填填料箱密密封结构构简单，，填料装装卸方便便，但使使用寿命命较短，，难免微微量泄漏漏；机械械密封结结构较复复杂，但但密封效效果较好好。4．换热热装置换换热装装置是用用来加热热或冷却却反应物物料，使使之符合合工艺要要求的温温度条件件的设备备。其结结构型式式主要有有夹套式式、蛇管管式、列列管式、、外部循循环式等等，也可可用直接接火焰或或电感加加热，如如图5——3所示示。(P112)各种换热热装置的的选择主主要决定定传热表表面是否否易被污污染而需需要清洗洗、所需需传热面面积的大大小、传传热介质质的泄漏漏可能造造成的后后果以及及传热介介质的温温度和压压力等因因素。一一般在需需要较大大传热面面积时常常采用蛇蛇管或列列管式换换热装置置；反应应在沸腾腾下进行行时，采采用釜外外回流冷冷凝器取取走热量量；在需需要传热热面积不不大、传传热介质质压力又又较低的的情况下下，常采采用简单单的夹套套式换热热器。二、管式式反应器器管式反应应器主要要用于气气相、液液相、气气一液相相连续反反应过程程，由单单根(直直管或盘盘管)连连续或多多根平行行排列的的管子组组成，一一般设有有套管或或壳管式式换热装装置。操作时，，物料自自一端连连续加入入，在管管中连续续反应，，从另一一端连续续流出，，便达到到了要求求的转化化率。由由于管式式反应器器能承受受较高的的压力，，故用于于加压反反应尤为为合适，，例如油油脂或脂脂肪酸加加氢生产产高碳醇醇、裂解解反应用用的管式式炉便是是管式反反应器。。此种反应应器具有有容积小小、比表表面大、、返混少少、反应应混合物物连续性性变化、、易于控控制等优优点；但但若反应应速度较较慢时，，则有所所需管子子长、压压降较大大等不足足。随着着化工生生产越来来越趋于于大型化化、连续续化、自自动化，，连续操操作的管管式反应应器在生生产中使使用越来来越多，，某些传传统上一一直使用用间歇搅搅拌釜的的高分子子聚合反反应，目目前也开开始改用用连续操操作的管管式反应应器。管式反应器器与釜式反反应器相比比在结构上上差异较大，主要有直直管式、盘盘管式、多多管式等。。单管(直管或盘盘管)式是是最简单的的一种反应应器，因其其传热面积积较小，一一般仅适用用于热效应应较小的反反应过程。。多管式反应应器的传热面积积较大，可可适用于热热效应较大大的均相反反应过程。。多管式反反应器的反反应管内还还可充填固固体颗粒，，以提高流流体湍动或或促进非均均一流体相相的良好接接触，并可可用来储存存热量以更更好地控制制反应器温温度，亦可可适用于气气一固、液液一固非均均相催化反反应过程。。三、鼓泡塔塔反应器气体以鼓泡泡形式通过过液层进行行化学反应应的塔式反反应器，称称为鼓泡塔塔反应器。。它广泛用用于气一液液相反应过过程。鼓泡塔反应应器基本结结构是内盛盛液体的空空心圆筒，，底部装有有气体分布布器，壳外外装有夹套套或其他型型式换热器器或设有扩扩大段、液液滴捕集器器等，如图图5—5所所示。1分布格板；2一夹套；3一气体分布器；4一塔体；5一挡板；6塔外换热器；7液体捕集器；8一扩大段反应气体通通过分布器器上的小孑孑L鼓泡而而入，液体体间歇或连连续加入，，连续加入入的液体可可以和气体体并流或逆逆流，·般般采用并流流形式较多多。气体在在塔内为分分散相，液液体为连续续相，液体体返混程度度较大。为为了提高气气体分散程程度和减少少液体轴向向循环，可可以在塔内内安置水平平多孔隔板板。当吸收收或反应过过程热效应应不大时，，可采用夹夹套换热装装置，热效效应较大时时，可在塔塔内增设换换热蛇管或或采用塔外外换热装置置。也可以以利用反应应液蒸发的的方法带走走热量。简单鼓泡塔塔具有结构构简单、运运行可靠、、易于实现现大型化、、适宜于加加压操作、、在采取防防腐措施(如衬橡胶胶、瓷砖、、搪瓷等)后可以处处理腐蚀性性介质等优优点。但在简单鼓鼓泡塔内不不能处理密密度不均一一的液体，，如悬浊液液等。为了增加气气、液相接接触面积和和减少返混混．可在塔塔内的液体体层中放置置填料，这这种塔称为为填料鼓泡塔塔。它与一般填填料塔不同同，一般填填料塔中的的填料不浸浸泡在液体体中，只是是在填料表表面形成液液层，填料料之间的空空隙中是气气体。而填填料鼓泡塔塔中的填料料是浸没在在液体中，，填料间的的空隙全是是鼓泡液体体。这种塔的大大部分反应应空间被惰惰性填料所所占据，因因而液体在在反应器中中的平均停停留时间很很短，虽有有利于传质质过程，但但传质效率率较低，故故不如中间间设有隔板板的多段鼓鼓泡塔效果果好。结构较为复复杂的鼓泡泡塔是气体体升液式鼓泡泡塔，如图5——6所示。。这种鼓泡泡塔与简单单空床鼓泡泡塔的结构构不同之处处在于它的的塔体内装装有一根或或几根气升升管，它依依靠气体分分布器将气气体输送到到气升管的的底部，在在气升管中中形成气、、液混合物物，此混合合物的密度度小于气升升管外的液液体的密度度，因此引引起气、液液混合物向向上流动，，气升管外外的液体向向下流动，，从而使液液体在反应应器内循环环。因为气气升管的操操作像气体体升液器，，故有气体体升液式鼓鼓泡塔之称称。在这种种鼓泡塔中中气流的搅搅动比简单单鼓泡塔激激烈得多，，因此，它可以处理理不均一的的液体；如果气升管做成成夹套式，，内通热载载体或冷载载体，即具具有换热作作用。图5—6气体升液式鼓泡塔1一筒体；2一气升管；3气体分布器四、固定床床反应器凡是流体通通过不动的的固体物料料形成的床床层而进行行化学反应应的设备都都称为固定床反应应器。该反应器器尤其适合合于气一固固相催化反反应过程。。固定床催化化反应器的的特点是除床层极极薄和气体体流速很低低的特殊情情况外，床床层内气体体的流动均均可视为理理想平推流流动，因而而化学反应应速度较快快，为完成成同样生产产任务所需需要的催化化剂用量和和反应器体体积较小。。流体通过过床层的停停留时间可可以严格控控制，温度度分布可以以适当调节节，因而有有利于提高高化学反应应的转化率率和选择性性。固定床床内的催化化剂不易磨磨损，可以以较长时间间连续使用用。适宜于于在高温高高压条件下下操作。但是，由于于固体催化化剂在床层层中静止不不动，而且且催化剂载载体往往导导热性能不不良，气体体流速又受受压降限制制不能太大大，因此固固定床传热热性能较差差，温度控控制较困难难。尤其是对于于放热反应应，在换热式式反应器的的入口处反反应物浓度度较高时，，则反应速速度较快，，放出的反反应热量往往往来不及及移走，因因而使反应应物料温度度升高，促促使反应以以更快的速速度进行，，从而放出出更多的热热量，导致致反应物料料的温度继继续升高以以致超过工工艺允许的的最高温度度，甚至会会失去控制制，降低了了反应的选选择性、催催化剂的活活性和寿命命。同时设设备的强度度等性能也也受到了严严重的危害害。此外，，固定床反应应器不能使使用细粒催催化剂，否则流体体阻力增大大，影响正正常操作。。随着化工生生产的发展展，已出现现多种型式式的固定床床反应器，，以适应不不同的传热热要求和传传热方式，，主要分为为绝热式和换换热式两大类。(一)绝热热式固定床床反应器在反应过程程中不与外外界进行热热量交换的的反应器称称为绝热式式反应器，，又分为单单段绝热式式和多段绝绝热式。在工业上选选择固定床反应应器时，应考虑虑以下条件：保证径向、、轴向温度度分布均匀匀，并使反反应维持在在最适宜的的温度范围围；催化剂剂装量充足足，并能充充分发挥作作用；气体体物料通过过催化剂床床层的阻力力要小，并并可加大空空间速度以以强化生产产，满足工工艺要求，，提高产品品收率等。。此外还要要考虑设备备结构简单单、操作方方便、安全全可靠等因因素。五、流化床床反应器流体原料以以一定的流流动速度使使催化剂颗颗粒呈悬浮浮湍动，并并在催化剂剂作用下进进行化学反反应的设备备，称为流流化床反应应器。它是是气固相催催化反应常常用的一种种反应器。。(一)流化床反反应器的的特点:在流化床床反应器器中，床床层上的的固体催催化剂颗颗粒在气气流的作作用下剧剧烈搅动动，上下下沉浮，，能像流流体一样样运动。。它与固固定床反反应器相相比有如如下特点点:(1)由由于流化化床所用用固体颗颗粒比固固定床小得多，因而具具有较大大的比表表面积，，使得流流化床单单位体积积内气固固相间接接触面积积很大，，并且降降低了内内扩散阻阻力，增增加了内内表面的的利用率率，从而而提高了了相界面面的传质质、传热热速度。。又由于于床层内内气流与与颗粒剧剧烈搅动动混合，，使床层层温度分分布均匀匀，避免免了局部部过热或或局部反反应不完完全的现现象，这这对于某某些强放放热反应应过程是是十分重重要的。。(2)由由于流化化床内固固体颗粒粒不断冲冲刷换热热器表面面的激烈烈运动，，促使壁壁面气膜膜变薄，，使床面面不断更更新，从从而提高高了床层层对壁面面的给热热系数，，因此所所需换热热器的传传热面积积较小。。(3)由由于流化化床中的的固体颗颗粒有类类似于流流体的流流动性，，因此从从床层中中取出颗颗粒或向向床层中中加入新新的颗粒粒都很方方便，可可使反应应过程和和再生过过程实现现连续化化及自动动控制。。(4)流流化床内内气流和和固体颗颗粒沿设设备轴向向混合(返混)很严重重，使已已反应的的物质返返回，稀稀释了参参加反应应的物质质，致使使反应速速度降低低。又由由于气体体部分成成为大气气泡通过过床层使使气固接接触不良良，催化化剂的利利用率降降低，气气体在床床层内的的停留时时间分布布不均匀匀，因而而增加了了副反应应，导致致反应过过程的转转化率下下降和选选择性变变差。(5)由由于固体体颗粒间间剧烈碰碰撞，造造成催化化剂磨损损破碎，，增加了了催化剂剂的损失失和防尘尘的困难难。同时时，由于于固体颗颗粒的磨磨蚀作用用，管子子和容器器的磨损损也很严严重。由此可见见，对于热热效应很很大的放放热或吸吸热反应应，要求求有均匀匀的催化化剂温度度并需要要精确控控制温度度的化学学反应；；催化剂剂使用寿寿命短，，操作较较短时间间就要更更新或活活化的反反应；某某些可以以在高浓浓度下比比较安全全操作的的氧化反反应等，，都比较较适用流流化床反反应器，，对于要要求高转转化率的的反应、、要求催催化剂床床层温度度分布的的反应，，一般不不适于使使用流化化床反应应器。(二)流流化床反反应器的的结构流化床反反应器的的结构型型式很多多，一般般有以下下几种类类型。1．按照照固体颗颗粒是否否循环分分类流化床可可分为单单器或称称非循环环操作的的流化床床及双器器或称循循环操作作的流化化床。单器流化化床在工工业上应应用最为为广泛，，如乙烯烯氧氯化化流化床床反应器器，其结结构见图图5一11，这这类反应应器多用用于催化化剂使用用寿命较较长的气气固相催催化反应应过程。。双器流化化床多用用于催化化剂使用用寿命较较短且容容易再生生的气固固相催化化反应过过程，如石油油炼制工工业中的的催化裂裂化装置置，其结结构型式式参见图图5—12。催化剂在在反应器器和再生生器之间间的循环环，是靠靠控制两两器的密密度差形形成压差差实现的的。因为两两器间实实现了催催化剂的的定量定定向流动动，所以以同时完完成了催催化反应应和再生生烧焦的的连续操操作过程程。2．按照照床层的的外形分分类流化床可可分为圆圆筒形和和圆锥形形流化床床。以上上皆为圆圆筒形流流化床反反应器，，其结构构简单，，制造容容易，设设备容积积利用率率高，在在设计和和生产方方面都积积累了较较丰富的的经验，，获得了了广泛应应用。圆锥形流流化床的的结构型型式参见见图5——13。。3．按照照床层中中是否置置有内部部构件分分类流化床可可分为自由床和和限制床床。床层中中设置内内部构件件的称为为限制床床，反之之称为自自由床。。设置内内部构件件的目的的在于增增进气固固接触，，减少气气体返混混，改善善气体停停留时间间分布，，提高床床层的稳稳定性，，从而使使高床层层和高流流速操作作成为可可能。这这些条件件对于反反应速度度慢、级级数高和和副反应应严重的的气固相催化化反应来来说都是是很重要要的，因因此许多多流化床床催化反反应器都都采用限限制床，，即采用用挡网、、挡板等等作为内内部构件件。4．按照照反应器器内层数数的多少少分类流化床可可分为单单层和多多层流化化床。对对气固相相催化反反应主要要是应用用单层流流化床。。但在单单层流化化床中，，气固相相间不能能进行逆逆相操作作，反应应的转化化率较低低，气固固接触时时间短，，而且满满足不了了某些过过程需要要在不同的的阶段控控制不同同反应温温度的要求，，这时可可采用多多层式流流化床。。用于石石灰石焙焙烧的多多层式流流化床的的结构见见．图5—14。在多层式式流化床床中，气气流由下下往上通通过各段段床层，，流态化化的固体体颗粒则则沿着溢流管从从上往下下依次“流流过”各各层分布布板，其其流型有如如板式精精馏塔，只是““流动””的是流流态化的的固体，，而不是是液体。。生产丙烯烯腈的流流化床反反应器是是有代表表性的单单器流化化床反应应器，其其结构见见图5——15。。第三节反反应应设备的的使用与与维护一、釜式式反应器器的运行行与操作作,图5—16为生生产高密密度低压压聚乙烯烯的搅拌拌釜聚合合系统，，这是目目前典型型的、在在工业上上应用最最为广泛泛的聚合合系统。。(一)开开车1.通入入氮气对对聚合系系统进行行试漏、氮气置换。2.检查查转动设设备的润润滑情况况，投运运冷却水水、蒸汽汽、热水水、氮气气、工厂厂风、仪仪表风、、润滑油油、密封封油等系系统，投投运仪表表、电气气、安全全联锁系系统，向向聚合釜釜中加入入溶剂或或液态聚聚合单体体，当釜釜内液体体淹没最最低一层层搅拌叶叶后启动动聚合釜釜搅拌器器，继续续向釜内内加入溶溶剂或单单体，直直到达正正常料位位为止。。3.升温使釜温达达到正常常值，在在升温的的过程中中，当温温度达到到某一规规定值时时，向釜釜内加催催化剂、、单体、、溶剂、、分子量量调节剂剂等，同同时控制制聚合温温度、压压力、聚聚合釜料料位等工工艺指示示，使之之达正常常值。(二二)聚聚合合系系统统的的操操作作1．．温温度度控控制制控制制好好聚聚合合温温度度对对于于聚聚合合系系统统操操作作是是最最关关键键的的，，控控制制聚聚合合温温度度一一般般有有如如下下三三种种方方法法。。(1)通通过过夹夹套套冷冷却却水水换换热热。。(2)如如图图5——16所所示示，，由由循循环环风风机机C、、气气相相换换热热器器E。。、、聚聚合合釜釜组组成成气气相相外外循循环环系系统统，，通通过过气气相相换换热热器器E。。能能够够调调节节循循环环气气体体的的温温度度，，并并使使其其中中的的易易冷冷凝凝气气相相冷冷凝凝，，冷冷凝凝液液流流回回聚聚合合釜釜，，从从而而达达到到控控制制聚聚合合温温度度的的目目的的。。这这种种取取热热方方法法称称为为气气相相外外循循环环取取热热。。(3)如如图图5——16所所示示，，由由浆浆液液循循环环泵泵P、、浆浆液液换换热热器器E：：和和聚聚合合釜釜组组成成浆浆液液外外循循环环系系统统，，通通过过浆浆液液换换热热器器E：：能能够够调调节节循循环环浆浆液液的的温温度度，，从从而而达达到到控控制制聚聚合合温温度度的的目目的的，，这这种种取取热热方方法法称称为为装装液液外外循循环环取取热热。。究竟竟采采用用哪哪种种取取热热方方式式，，主主要要决决定定于于聚聚合合釜釜的的容容积积以以及及聚聚合合单单体体、、溶溶剂剂、、聚聚合合浆浆液液的的性性质质。。大大型型聚聚合合釜釜往往往往同同时时采采用用两两种种以以上上的的取取热热方方法法。。2．．压压力力控控制制在聚合合温温度度恒恒定定的情情况况下下，，聚聚合合单单体体为为气气相相时时聚聚合合釜釜的的压压力力主主要要通通过过催催化化剂剂的的加料料量量和和聚聚合合单单体体的的加加料料量量来控控制制，，聚聚合合单单体体为为液液相相时时聚聚合合釜釜压压力力主主要要决决定定单单体体的的蒸蒸气气分分压压，，也也就就是是聚聚合合温温度度。。聚聚合合釜釜气气相相中中，，不不凝凝的的惰惰性性气气体体的的含含量量过过高高是是造造成成聚聚合合釜釜压压力力超超高高的的原原因因之之一一，，此此时时需需放放火火炬炬，，以以降降低低聚聚合合釜釜的的压压力力。。3．．料料位位控控制制聚合合釜釜料料位位应应该该严严格格控控制制，，一一般般控控制制在在70％％左左右右，，连连续续聚聚合合时时通通过过聚聚合合浆浆液液的的出出料料速速率率来来控控制制，，聚聚合合釜釜必必须须有有自自动动料料位位控控制制系系统统，，以以确确保保料料位位准准确确控控制制。。料位控制过过低，聚合合产率低，，料位控制制过高甚至至满釜，就就会造成聚聚合浆液进进入换热器器、风机等等设备中造造成事故。。4．浆液浓浓度控制控制聚合浆浆液浓度也也非常重要要。浆液过过浓，造成成搅拌器电电动机电流流过高，引引起超负载载跳闸、停停转。这就就会造成釜釜内聚合物物结块，甚甚至引发飞飞温、爆聚聚事故，停停止搅拌是是造成爆聚聚事故的主主要原因之之一。控制制浆液浓度度主要是通通过控制溶溶剂的加入入量和聚合合产率来实实现的。聚聚合产率的的高低在聚聚合温度和和单体加入入量不变的的情况下，，主要通过过催化剂加加入量来调调节。在发发生聚合温温度失控时时，应立即即停进催化化剂、聚合合单体，增增加溶剂进进料量，加加大循环冷冷却水量，，紧急放火火矩泄压，，向后系统统排聚合浆浆液，并适适时加入阻阻聚剂。发发生停搅拌拌事故时应应立即加入入阻聚剂，，并采取其其他相应的的措施。(三)停车车聚合系统停停车程序如如下：首先停进催催化剂、单单体，溶剂剂继续加入入，维持聚聚合系统继继续运行一一会儿；在在聚合反应应停止后，，停进所有有物料，卸卸料，停搅搅拌器和其其他运转设设备，用氮氮气置换，，置换合格格后待检修修。二、固定床床反应器的的运行与操操作固定床反应应器是催化化反应过程程最常用的的反应器之之一。下面面以加氢裂裂化反应器器为例，介介绍固定床床反应器的的日常运行行和操作要要点。(一)正常常操作及控控制1．反应温度调调控对加氢裂化化来说，催催化剂床层层温度是反反应部分最最重要的工工艺参数。。提高反应应温度可使使裂解反应应速度加快快，原料的的裂解程度度加深，生生成油中低低沸点组分分含量增加加，气体产产率增高。。但反应温温度的提高高，使催化化剂表面积积炭结焦速速度加快，，影响使用用寿命。所所以，温度度条件的选选择一般受受催化剂活活化、操作作温度限定定值、产气气分布等诸诸多因素的的影响。通通常在催化化剂活性允允许的条件件下，采用用尽可能低低的反应温温度。调控控反应温度度应注意以以下几个方方面。(1)控制制反应器人人口温度。。以加热炉式式换热器提提供热源的的反应，要要严格控制制反应器人人口物流的的温度，即即控制加热热炉出口温温度或换热热器终温，，这是装置置重要的工工艺指标。。如果有两两股以上物物料同时进进入反应器器，则还可可通过调节节两股物料料的比例，，达到反应应器入口温温度恒定的的要求。加加氢裂化反反应器就可可以通过加加大循环氢氢量或减少少新鲜料，，来降低反反应器的入入口温度。。(2)控制制反应应床层层间的的急冷冷氢量量。加氢裂裂化是是急剧剧的放放热反反应。。如热热量不不及时时移走走，将将使催催化剂剂温度度升高高。而而催化化剂床床层温温度的的升高高，又又加速速了反反应的的进行行，如如此循循环，，会使使反应应器的的温度度在短短时间间急剧剧升高高，使使反应应失控控，造造成严严重的的操作作事故故。正正常的的操作作中，，用调调节急急冷氢氢量来来降低低床层层温度度。(3)原料料组成成的变变化会会引起起温度度的变变化。。原料组组成发发生变变化，，在加加氢条条件下下，反反应热热也会会变化化，从从而会会引起起床层层温度度的变变化。。如原原料中中硫和和氮含含量增增加，，床层层温度度会上上升，，原料料中杂杂质增增多，，床层层温度度一般般也会会上升升；原原料变变重，，温度度升高高；而而原料料含水水量增增加，，则床床层温温度会会上下下波动动。(4)注意意反应应器初初期与与末期期温度度的调调控。。通常在在开工工初期期，催催化剂剂的活活性较较高，，反应应温度度可低低一些些。随随着开开工时时间的的延续续，催催化剂剂活性性有所所下降降，为为保证证相对对稳定定的反反应深深度，，可以以在允允许范范围内内适当当提高高反应应温度度。不不同的的介质质和不不同的的催化化剂活活性，，反应应的初初期温温度有有所不不同。。(5)反应应温度度的限限制。。不同反反应过过程，，对温温度的的限制制是不不一样样的。。加氢氢裂化化反应应器规规定，，反应应器床床层任任何一一点温温度超超过正正常温温度15℃℃时即即停止止进料料，超超过正正常温温度28℃℃时，，则要要采取取紧急急措施施，启启动高高压放放空系系统。。因为为压力力下降降，反反应剧剧烈程程度减减缓，，使温温度不不至于于进一一步剧剧升，，从而而防止止造成成反应应失控控。2．反反应压压力调调控加氢裂裂化是是在氢氢气存存在下下的高高压反反应。。反应应压力力主要要是氢氢气的的分压压。提提高氢氢分压压，可可以促促使加加氢反反应的的进行行，烯烯烃和和芳烃烃的加加氢反反应加加快，，脱硫硫、脱脱氮率率提高高，对对胶质质、沥沥青质质的脱脱除有有好处处。反反应压压力的的选择择与处处理的的原料料性质质有关关，原原料中中含有有多环环芳烃烃和杂杂质越越多，，则所所需的的反应应压力力越高高。压压力波波动，，对整整个反反应的的影响响较大大，为为了维维持压压力的的恒定定，在在高压压分离离器上上装有有一套套压力力调节节系统统。压力的的选择择除了了考虑虑安全全因素素外，，还受受到高高压系系统的的设备备条件件限制制，不不能随随意改改变。。压力力调节节应应注意意如下下几个个方面面。(1)氢气气压缩缩机的的压力力调节节。加加氢裂裂化的的氢气气压缩缩机分分新氢氢压缩缩机和和循环环压缩缩机两两种。。新氢氢压缩缩机主主要用用来补补充系系统氢氢气压压力，，循环环压缩缩机主主要是是保持持系统统压力力，整整个系系统压压力的的维持持，依依靠这这两种种压缩缩机的的综合合平衡衡。压压力的的调节节主要要依靠靠高压压分离离器的的压力力调节节器来来控制制。一一般情情况下下，不不要改改变循循环压压缩机机的出出口压压力，，也不不要随随便改改变高高压分分离器器压力力调节节器的的给定定值，，如果果压力力升高高，通通常通通过压压缩机机每一一级的的返回回量来来调节节，必必要时时可通通过增增加排排放量量来调调节。。当压压力降降低时时，一一般是是增加加新氢氢的补补充量量。(2)反反应温度度的影响响。反应应温度升升高，会会导致裂裂化深度度加大，，耗氢量量增加，，压力下下降。应应注意调调节反应应温度。。(3)原原料变化化的影响响。原料料改变，，耗氢量量变化，，则装置置压力及及循环氢氢压缩机机入口流流量随之之改变，，应及时时调整新新氢气量量。如果果原料带带水，系系统压力力会上升升，系统统压差增增大。(4)其其他影响响。如果果高压分分离器液液面控制制失灵，，高分串串压，这这时高分分压力下下降，低低分压力力上升。。如果高高压系统统设备泄泄漏，会会造成压压力下降降。3．其他他因素(1)氢氢油比。。氢油比比的大小小或反应应物循环环量大小小直接关关系到氢氢分压和和油品的的停留时时间，并并且还影影响油品品的汽化化率。循循环气量量的增加加可以保保证系统统有足够够的氢分分压，有有利于加加氢反应应。此外外，过剩剩的氢气气有保护护催化剂剂表面的的作用，，在一定定的范围围内可以以防止油油料在催催化剂表表面缩合合结焦。。同时氢氢油比增增加，可可及时地地将反应应热从系系统带走走，有利利于反应应床层的的热平衡衡，从而而使反应应器内温温度容易易控制平平稳。但过大的的氢油比比会使系系统压力力降增大大，油品品和催化化剂接触触的时间间缩短，，导致反反应深度度下降，，循环压压缩机负负荷增大大，动力力消耗增增加。因因此，选选择适当当的氢油油比并在在反应过过程中保保持恒定定是非常常重要的的。一般般氢油比比指循环环氢气量量／进料料量，有有体积比比和质量量比之分分。循循环氢压压缩机是是最主要要的设备备之一，，经常改改变循环环氢气量量是不可可能的，，要求在在整个操操作周期期应保持持恒定。。因此改改变进料料量，将将会影响响氢油比比。所以以操作原原则是根根据工艺艺条件，，选择在在最佳氢氢油比的的范围内内操作，，一般不不作为调调节参数数。如果果条件允允许，可可以通过过改变氢氢气循环环压缩机机压力或或改变进进料量来来调节。。原则上上氢油比比低于设设计值的的l／2时，必必须停止止进料，，加热炉炉熄火。。(2)空空速。单单位时间间内通过过单位催催化剂床床层的反反应物料料量称空空速。有有体积空空速和质质量空速速之分。。降降低低空速，，原料反反应时间间延长，，深度加加大，转转化率提提高。但但空速过过低，则则二次反反应加剧剧，副产产物增加加，反应应物纯度度下降；；空速增增加，处处理能力力增大，，但空速速的增加加是受到到设备设设计负荷荷和相应应温度等等限制的的。空速一般般不作为为调节手手段，由由原料特特性及处处理量大大小、催催化剂的的性质来来决定。。通常要要求最小小实际空空速不得得低于设设计值的的1／2。空速速的大小小就是油油品在催催化剂上上停留时时间的长长短，直直接影响响反应和和转化率率、生焦焦等，可可用进料料量来调调节。在在操作过过程中，，需要进进行提温温提空速速时，应应“先提提空速后后提温””，而降降空速降降温的情情况则““先降温温后降空空速”。。如果违违背这个个原则，，就会造造成剧烈烈的加氢氢裂化反反应，使使氢纯度度下降，，增加催催化剂表表面的积积炭。在在不正常常的情况况下，应应尽量避避免空速速大幅度度下降，，防止引引起反应应温度超超高。(二)催催化剂的的再生固定床催催化剂，，经过一一个周期期的运行行，随着着催化剂剂表面结结炭的积积累，催催化剂活活性下降降，无法法继续运运行，因因而需要要进行再再生或重重新活化化，才能能继续运运行。固固定床催催化剂的的再生操操作，一一般都是是间歇式式的，即即停止物物料后才才能进行行再生。。再生的的方式有有器内再再生和器器外再生生两种。。1．器内内再生器内再生生即是反反应物料料停止进进反应器器后，催催化剂保保留在反反应器内内，而将将再生介介质通过过反应器器，进行行再生操操作。这这种再生生方式，，避免了了催化剂剂的装卸卸，缩短短了再生生时间，，是一种种广泛使使用的方方式。(1)再再生前的的预处理理。遵循循“先降降温后降降量”的的原则，，严格按按照工艺艺要求的的降温速速度进行行。温度度降到规规定要求求，并且且停止进进料后，，就可以以用惰性性气体，，一般是是工业氮氮气，对对系统进进行吹扫扫，将反反应系统统的烃类类气体和和氢气吹吹扫干净净。经化化验，反反应器出出口的气气体内烃烃类和氢氢气的含含量小于于1％即即可。有有特殊要要求的催催化剂，，应在反反应系统统充上氮氮气，以以保护催催化剂。。(2)再再生的进进行。催催化剂表表面的结结炭，一一般用氧氧气燃烧烧来消除除。为了了控制烧烧炭的速速度，以以免在燃燃烧过程程中产生生的热量量烧毁催催化剂，，常配以以一定量量的氮气气，以调调节进料料气体的的氧浓度度。催化化剂再生生过程中中，应注注意控制制升温速速度，即即床层最最高温度度与反应应器入口口温度之之差。升升温速度度也不能能过快，，如发现现温升超超过70℃，应应立即调调整再生生稀释气气体控制制温升。。一般催催化剂床床层最高高温度不不能超过过500℃，否否则对催催化剂有有损坏。。(3)再再生的结结束。随随着烧焦焦的进行行，催化化剂积炭炭在减少少，这时时增加空空气中的的氧含量量，床层层没有明明显的温温升，说说明烧焦焦过程基基本结束束。逐步步增加空空气量，，如控制制床层温温度不大大于500℃，，空气氧氧的体积积分数可可提到10％，，在最大大空气量量下，保保持4h，无无明显温温升，即即烧焦再再生过程程结束。。在降温温过程中中，小心心观察床床层内各各点温度度，如有有任何燃燃烧迹象象，应立立即减少少空量或或停止送送入空气气，并增增加蒸汽汽量，控控制燃烧烧。一般般降温速速度不能能过快，，以25～30℃／h为宜。。2．器外外再生器外再生生即反应应物料停停进后，，经过降降温、吹吹扫等正正常处理理后，将将催化剂剂移出反反应器外外进行的的再生过过程。这这种方式式的优点点是可以以较好地地保护反反应器，，不至于于在器内内再生时时由于超超温或燃燃烧的酸酸性气体体对器壁壁产生腐腐蚀。另另外催化化剂移出出器外，，可以采采用条件件比较苛苛刻的再再生手段段，以达达到最理理想的再再生效果果，甚至至可以送送催化剂剂工厂或或专门的的催化剂剂再生装装置，能能较好地地保证再再生质量量，有一一定的优优越性。。在卸催化化剂操作作时，尽尽量缩短短卸剂时时间，防防止未经经再生的的催化剂剂接触空空气后发发生二次次燃烧。。卸出的的催化剂剂要求有有专门的的容器(桶)，，并配备备氮封，，严禁空空气进人人。在整整个运输输过程都都要求氮氮气保保护。卸卸出催化化剂的反反应器，，要根据据专门的的要求，，进行专专门的清清洗，以以保护催催化剂。。1．简述反应设备的类别。2．简