反应器（化工设备操作维护课件）

2023/10/24第六章反应器

第一节概述

2023/10/24§1-1反应器的作用与特点1、化学反应器：用于进行化学反应的设备，称为化学反器，简称反应器。反应器作用：通过参加反应的介质的充分搅拌使物料混合均匀强化传质与传热。

验验室用：结构简单，体积小，玻璃；生产用：结构复杂，体积大，钢制；2、特点：反应过程伴有传热、传质和反应物的流动过程。物理与化学过程相互渗透影响，反应过程复杂化。§1-2反应器的类型反应器的类型：

操作方式釜式反应器

材料

操作压力

绝热管式

管式反应器

换热管式2023/10/24§1-2反应器的类型按结构划分：（a）管式反应器；（b）釜式反应器；（c）板式塔；（d）填料塔；（e）鼓泡塔；（f）喷雾塔；（g）固定床反应器；（h）流化床反应器；（i）移动床反应器；（j）滴流床反应器2023/10/242023/10/24

§1-3反应器的设计反应器设计内容：A、确定反应釜结构与尺寸B、筒体、夹套、封头、搅拌轴强度计算C、根据工艺条件选用搅拌装置D、根据工艺条件选用轴封装置E、根据工艺条件选用传动装置2023/10/24第六章反应器

第二节釜式反应器

2023/10/24§2-1反应釜基本结构（一）基本结构：

壳体

密封装置

换热装置

传动装置2023/10/241、搅拌釜式反应器的壳体结构壳体结构：一般为碳钢材料，筒体皆为圆筒型。釜式反应器壳体部分的结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜、安全装置及各种工艺接管口等。2023/10/24壳体结构封头：反应釜的顶盖，为了满足拆卸方便以及维护检修。平面形：适用于常压或压力不高时；碟形：应用较广。球形：适用于高压场合；椭圆形：应用较广。锥形：适用于反应后物料需要分层处理的场合。手孔、人孔：为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。人孔的直径为400毫米（圆形的）或300×400毫米（椭圆形的），大部分人孔是圆形的。视镜：观察设备内部物料的反应情况，也作液面指示用。工艺接管：用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。2023/10/24

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。传动装置包括电机、减速器、联轴节和搅拌轴。此装置使搅拌器获得动能以强化液体流动。

2、传动装置2023/10/24

3、密封装置

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。同时还要保证轴能够转动。于是就产生了轴的转动和反应设备的密闭的矛盾。静止的搅拌釜封头和转动的搅拌轴之间设有搅拌轴密封装置，简称轴封，以防止釜内物料泄漏。轴封主要有填料密封和机械密封两种。2023/10/24包括箱体、填料、衬套(或油环)、压盖和压紧螺栓等零件组成。

填料装卸方便，但使用寿命较短，难免微量泄漏。

a.填料密封2023/10/24机械密封结构较复杂，但密封效果甚佳。b.机械密封2023/10/244、换热装置

换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺要求的温度条件的设备。其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等，也可用回流冷凝式、直接火焰或电感加热。2023/10/24a.釜式反应器夹套结构2023/10/24b.蛇管式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、瓷砖等非金属材料时，可采用蛇管、插入套管、等传热。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多。2023/10/24c.列管式对于大型反应釜，需高速传热时，可在釜内安装列管式换热器。适用于反应物料容易在传热壁上结垢的场合，检修、除垢较容易进行。可分为垂直管束、指型管和D型管。2023/10/24d.外部循环式

当反应器的夹套和蛇管传热面积仍不能满足工艺要求，经过外部换热器换热后再循环回反应器内。

2023/10/24e.回流冷凝式

反应在沸腾下进行或蒸发量大的场合，使反应器内产生的蒸汽通过外部的冷凝器加以冷凝。2023/10/24f.电感加热式

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损耗变为热能。

2023/10/245、反应釜搅拌装置反应釜搅拌装置：由搅拌轴和搅拌电机组成，可以强化反应的传质与传热。搅拌的目的是：①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀；②形成乳浊液或悬浮液；③促进化学反应和加速物理变化过程，如促进溶解、吸收、吸附、萃取、传热等过程。也能刮除沉积在器壁上的附着物，提高传热效率。2023/10/24

(1)搅拌器类型

常用的搅拌器有桨式、框式、锚式、旋浆式、涡轮式和螺带式等。

2023/10/242023/10/24a.桨式搅拌器

由桨叶、竖轴组成。桨叶一般用扁钢或不锈钢制造，有平直型叶和折叶式。桨式搅拌器的转速较低，一般为20～80r／min。桨式搅拌器直径取反应釜内径的0.35～0.8倍，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或多个桨叶。桨式搅拌器主要搅拌产生切向流。适用于粘度小的液体物料。2023/10/24b.涡轮式搅拌器

涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较慢，3～10r／min。涡轮式搅拌器直径取反应釜内径的0.25～0.5倍。适用于乳浊液、悬浮液等大量液体连续操作。2023/10/24c.推进式搅拌器

推进式搅拌器（旋桨式），搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。一般为三个叶片。搅拌器速度较快，100～600r／min。推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di的0.2～0.5倍。上下翻腾效果良好。2023/10/24d.框式和锚式搅拌器

框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器速度不快，50～70r／min框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的0.9～0.98倍.常用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。2023/10/24

e.螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器

螺带式搅拌器:常用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。主要用于高粘度液体的搅拌。2023/10/24(2)搅拌附件---挡板和导流筒搅拌附件:通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如挡板、导流筒等。1、挡板：固定在反应器内壁上的长条形板，目的是为了消除切线流。。2、导流筒：目的是控制流型（加强轴向流）及提高混合效果。一般在旋桨式和涡轮式上安置。2023/10/24(3)搅拌器的选型

主要根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。按物料粘度选型对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式；对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。按搅拌目的选型（1）低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，推进式、涡轮式、桨式。（2）非均相液-液分散过程,考虑剪切作用，涡轮式、推进式、桨式。2023/10/24§2-2釜式反应器的日常运行与操作一、运行1、开车氮气置换，投运仪表，加料并搅拌，升温反应。2、系统操作温度控制，夹套换热。压力控制，料位控制3、停车停进料，停搅拌，氮气置换。2023/10/24二、反应器的操作与维护表釜式反应器常见故障与处理方法故障产生原因处理方法轴封泄漏填料密封：搅拌轴在填料处磨损或腐蚀油环放置不当或油路堵塞压盖没压紧，填料使用过久修理或更换新轴调整油环或清堵压紧压盖或更换填料釜内发生异常响声搅拌器碰釜内壁或附件搅拌器松动搅拌轴弯曲及轴承损坏停车检查修理停车修理、紧固修理或换轴，更换轴承2023/10/24表釜式反应器常见故障与处理方法故障产生原因处理方法搅拌轴转数降低或停止转动皮带打滑皮带损坏电机故障调整皮带更换皮带修理或更换电机搪瓷搅拌器脱落被介质腐蚀更换搪瓷轴或修补出料不畅出料管堵塞压料管损坏清理出料管修理或更换配管2023/10/24釜式反应器的维护要点:A、运行中严格执行操作规程B、按工艺指标控制温度C、避免温差应力与内压力叠加D、严格控制配料比E、注意有无异常振动2023/10/24

第六章反应器

第三节管式反应器2023/10/24§3-1结构及工作原理在化工生产中，常常把反应器长度远大于其直径即高径比较大（50-100）的一类反应器称为管式反应器。一般用于气相、气液相、气固相2023/10/24管式反应器结构

1.直管：内外管通过焊接的方法固定。外管上对称地安装一对不锈钢制成的Ω型温差补偿器，以消除开停车时内外管线膨胀系数不同而附加在焊缝上的拉应力。

2.密封环：为透镜垫，耐高温高压，密封持久可靠，高压管道用。2023/10/24

3.弯管：弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩量，不设热补偿器。

4.管件:

紧固件：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈；材料或规格都有一定的要求。

5.机架：用桥梁钢焊接成整体，具有高强度，韧性好和良好的抗疲劳性能，一般采用镇静钢。2023/10/24§1-2常见故障与处理方法

表管式反应器常见故障与处理方法故障产生原因处理方法密封泄露①安装密封面受力不均②振动引起紧固件松动③热胀冷缩局部不均匀④密封环材料不符合要求①按规范要求重新安装②把紧禁锢螺栓③检查、修正活动部位④更换密封环套管泄露①套管进出口因管径变化引起汽蚀，②套管进出接管结构不合理③套管材料较差①停车局部修理②盖造套管进出接管结构③选用合适的套管材料2023/10/24常见故障与处理方法表管式反应器常见故障与处理方法故障产生原因处理方法放出阀泄露①阔杆弯曲度超过规定值②阀芯、阀座密封面受伤③装配不当，使油缸行程不足；阀杆与油缸锁紧螺母不紧；密封面光洁度差；装配前清洗不够④阀体与阀杆相对密封面过大，密封比压减小停车修理①更换阀杆②阀座密封面研磨③解体检查重装，并做动作实验④更换阀门2023/10/24

§1-3管式反应器的维护要点

（1）振幅较大时要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及本体抱箍是否有松动，若有松动，应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的紧固只能在停车后才能进行。（2）要经常检查钢结构地脚螺栓是否有松动，焊缝部分是否有裂纹等。（3）开停车时要检查管子伸缩是否受到约束，位移是否正常。2023/10/24第六章反应器

第四节其他类型反应器

2023/10/24§4-1固定床反应器§4-2流化床反应器第四节其他类型反应器2023/10/24

§4-1固定床反应器

一、固定床反应器特点优点：（1）返混小，生产能力大；（2）气体停留时间可以调节，提高转化率；（3）催化剂不易磨损；（4）适宜于高温、高压条件下操作；缺点：（1）传热差，（2）催化剂颗粒不能太小，（3）操作过程中催化剂不能更换2023/10/24

二、基本形式

1.绝热式：依靠本身反应放出的热量使反应气体温度升高。分为：单段式和多段式；

(1)单段式：结构简单，生产能力大，适用于反应热不大的场合。如CO的变换；2023/10/24(2)多段式（二、三、四）

分为间接换热式和冷激式；

原料气冷激

冷激式非原料气冷激（水或水蒸汽）2023/10/24

2.对外换热式

a.传热面积大，有利于强放热反应；

b.易控制床层温度；

c.反应速率快；

d.结构复杂。2023/10/24

3.自热式：

采用催化剂上部为绝热层，下部为催化剂装在冷管间而连续换热的催化层。2023/10/24三、固定床反应器操作与维护（1）温度调节A、控制反应器入口温度B、控制反应床层间的冷却介质量C、原料组成变化D、反应器初期与末期温度变化E、反应温度限制（2）催化剂器内再生操作遵循现将问候降量2023/10/24§4-2流化床反应器一、流体床层经历三个阶段：固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。流化床阶段：umf≤u0≤ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。输送床阶段：u0＞ut时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降有所下降2023/10/24二、流化床反应器的特点1.优点：①催化剂颗粒小，提高了催化剂的利用率；②全床温度、浓度均匀一致；③流化床内的颗粒具有了流动性，实现催化剂的催化—再生过程连续化；④流体与颗粒之间传热、传质速率高；⑤流态化技术操作弹性大。2.缺点：①催化剂返混大，②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的破碎，增加了催化剂的损失和除尘的困难；③由于固体颗粒的磨蚀作用，管道和容器的磨损严重。2023/10/24三、适用场合1.热效应很大的吸热或放热过程；2.要求有均一的催化剂温度和需要精确控制温度的反应；3.催化剂寿命比较短，操作较短时间就需要更换的反应；4.有爆炸危险的反应。2023/10/24三、流化床中常见的异常现象

1.大气泡：床层不均匀；

2.腾涌：气泡崩裂，颗粒散落而下；3.沟流：贯穿沟流、局部沟流。2023/10/24

四、流化床反应器的结构

1.主体：

按床层中的介质密度分为浓相段和稀相段，扩大段（用以使颗粒沉降）、锥底。扩大段稀相段浓相段锥底2.气体分布装置包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板形式：2023/10/24锥型侧缝分布板帽式分布器直孔泡帽分布板开口式分布器2023/10/24

3.内部结构

种类：填充