《化工容器及设备》第9单元反应设备[兼容模式]

第单应备第9单元反应设备第九章反应设备第一节概述第二节搅拌反应器的罐体第三节搅拌装置第节搅拌装置第四节搅拌反应器的传动装置第五节搅拌反应器的轴封第五节搅拌反应器的轴封第一节概述一、反应设备应用及分类二、常见反应设备的特点三搅拌反应器总体结构三、搅拌反应器总体结构第一节概述（续）一一、、反应设备应用及分类反应设备应用及分类在工业生产过程中，为化学反应提供反应空间和反应条件的装置。反应设备反应设备（反应器）（反应器）1.应用1.应用物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应和制备催化剂等生产过程是染料油应间和反应条件的装反应和制备催化剂等生产过程，是染料、油漆、农业、生物、化学及石油化学工业生产中的重要设备之一中的重要设备之一。例如：石油工业异种原油的混合调整和精制汽油例如：石油工业——异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等填加物。化工生产——制造苯乙烯、乙烯高压聚乙烯聚丙烯合成橡胶苯胺染料油漆颜烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料、油漆颜料以及氨的合成等工艺过程。第一节概述（续）化学反应器化学反应器:实现一个或几个化学反应，2.分类2.分类并使反应物转变为反应产物的设备。生物反应器:的设备为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到细胞生长代谢和进行境以达到细胞生长代谢和进行反应的设备。第节述续第一节概述（续）排气前处理后处理化学反应原料产品前处理后处理化学反应原料产品排污循环化工生产的典型流程第一节概述（续）化学反应器的分类气相均相气相液相按物料相态气—液相液—液相非均相液液相气—固相液—固相液固相气—液—固相间歇操作按操作方式间歇操作连续操作半连续操作半连续操作第一节第一节概述概述（（续续））按流动状态活塞流型全混流型按流动状态全混流型绝热式按传热情况等温式非等温非绝热式搅拌釜式管式按结构特征管式固定床流化床按结构特征流化床移动床塔式塔式滴流床第一节第一节概述概述（（续续））原料培养典型的生物过程摇瓶培养计算机控制种子发酵罐产品种子发酵罐灭菌废液处理培养基制灭菌提纯培养基配制离提纯原料分离第一节概述（续）第一节概述（续）生物反应器的分类按生物催化剂酶催化反应器按生物催化剂细胞催化反应器（发酵罐）间隙操作按操作方式间隙操作连续操作半连续操作半连续操作按输入能量搅拌浆叶式按输入能量搅拌浆叶式气体喷射式（气升式）第一节概述（续）活塞流按流动状态活塞流全混流机械搅拌式按结构特征机械搅拌式气升式流化床固定床第一节概述（续）二、常见反应设备的特点1．固定床反应器定义：定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。应用：应用：主要用于气固相催化反应基本形式轴向绝热式径向绝热式基本形式径向绝热式列管式第一节概述（续）轴向绝热式径向绝热式列管式盖1—平顶盖2—筒体端部筒体端部3—筒体4上触媒框4—上触媒框5—下触媒框6—中心网筒7升气管7—升气管8—换热器9—半球形封头氨合成塔第一节概述（续）固定床反应器优点优点：固定床反应器优点优点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等大型化和连续化生产等；是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。固定床反应器缺点缺点:固定床反应器缺点缺点:床层温度分布不均匀；床层导热性较差；床层导热性较差；对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热但这会减少有效空间时移走反应热，但这会减少有效空间。第一节概述（续）2．流化床反应器（沸腾床反应器）（沸腾床反应器）定义定义流体（气体或液体）以较高流速通过床层定义定义::流体（气体或液体）以较高流速通过床层，带动床内固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应具有类似流体流动的主体流中进行反应，具有类似流体流动的一些特性的装置。应用应用::应用广泛，催化或非催化的气—固、液—固应用广泛催化或非催化的气固液固和气—液—固反应。第一节概述（续）原原原理原理::固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，可作上下左右剧烈运动和翻动，好象是液体沸腾一样，剧烈动和翻动好象是液体沸腾样故流化床反应器又称沸腾床反应器。结构结构壳体气体分布装置换热装置气固分结构结构::壳体、气体分布装置、换热装置、气—固分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成等组成。1—旋风分离器2—筒体扩大段3催化剂入口3—催化剂入口4—筒体5—冷却介质出口6—换热器6换热器7—冷却介质进口8—气体分布板9—催化剂出口9催化剂出口10—反应气入口流化床反应器第一节概述（续）传热面积大、传热系数高、传热效果好。优点:流态化较好的流化床，床内各点温度相差一般不超过5℃，可以防止局部过热。优点差般不超过5℃，可以防止局部过热。进料、出料、废渣排放用气流输送，易于实现自动化生产易于实现自动化生产。物料返混大粒子磨损严重；缺点:物料返混大，粒子磨损严重；要有回收和集尘装置；缺点:内构件复杂；操作要求高等。操作要求高等。第一节概述（续）3管式反应器3．管式反应器管式反应器是将混合好的气相及液相反应物从管管式反应器是将混合好的气相及液相反应物从管道一端进入，连续流动、连续反应，昀后从管道另端排出另一端排出。1—进气管内径Φ102mm’外径长1进气管2—上法兰外径Φ143mm，长1109mm，反应温度为3—下法兰4—温度计度为750～850℃，压力为2.1～管的下部4温度计5—管子触媒支承3.5MPa，管的下部摧化剂支撑架6内装有催化剂气体6—触媒支承7—下猪尾巴装有催化剂。气体由进气总管1进入管式反应器在催管管式反应器，在催化剂存在条件下，石脑油转化为H和用于石脑油分解转化的管式石脑油转化为H2和CO，供合成氨用。解转化的管式反应器第一节概述（续）管式反应器结构特点:结构简单，制造方便。混合好的气相或液相反应物从管道端进入连续混合好的气相或液相反应物从管道一端进入，连续流动，连续反应，从管道另一端排出。不同的反应，管径和管长根据需要设计管径和管长可根据需要设计。管外壁可以进行换热，传热面积大。管外壁可以进行换热传热面积大反应物在管内流动快，停留时间短，经一定的控制手段管式反应器有一定的温度梯度和浓度梯度手段，管式反应器有一定的温度梯度和浓度梯度。管式反应器可连续或间歇操作，反应物不返混，可在高温、高压下操作。第一节概述（续）4.机械搅拌式反应器主要特征是搅拌它可以使参加反应的物料混合均匀，使气体在液相中很好地分散，使固体粒子在液相中均匀地悬浮，使液很好地分散，使固体粒子在液相中均匀地悬浮，使液—液相保持悬浮或乳化，强化相间传热和传质。在三大合成材料（塑料、合成橡胶和合成纤维，它们是用人工方法，由低分子化合物合成的高分子化合物，又叫高聚物）的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90％。其他如染料、医药、农药、油漆等等行业，搅拌反应器的使用亦很广泛。应用应用第一节概述（续）使用特点使用特点可用于均相和多相（如液—液、气—液、液—固）反应可间歇或连续操作反应，可间歇或连续操作；连续操作时，几个釜串联起来，通用性很大，停留时间可以得到有效地控制；灵活性大根据生产需要可生产不同规格不同灵活性大,根据生产需要，可生产不同规格、不同品种产品，生产时间可长可短；可在常压加压真空下操作可控范围大可在常压、加压、真空下操作，可控范围大；反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设计十分成熟。第一节概述（续）5.其它反应器回转筒式反应器（灭菌）应器（灭菌）喷嘴式反应器（干燥）鼓泡塔式反应器第一节概述（续）三、搅拌反应器总体结构1.基本结构1.基本结构筒体夹管夹管内盘管换热元件搅拌容器机械内构件搅拌器械搅拌安全仪表附件搅拌机搅拌器搅拌轴反应器搅拌机密封装置器传动装置结构组成第一节概述（续）2.按结构分类2.按结构分类立式容器中心搅拌反应器偏心搅拌反应器机械式搅拌倾斜搅拌反应器机械式搅拌反应器结构分类卧式容器搅拌反应器分类1搅拌器1—搅拌器；2—筒体；3夹套3—夹套；4—搅拌轴；5压出管5—压出管；6—支座；7人孔7—人孔；8—油封：9传动装置9—传动装置；搅拌反应器典型结构1—电动机；2减速机11—夹套；12—载热介质出口；2—减速机；3—机架；4—人孔；12载热介质出口；13—挡板；14—螺旋导流板；4人孔；5—密封装置；6—进料口；15—轴向流搅拌器；16—径向流搅拌器；17气体分布器7—上封头；8—筒体：9联轴器17—气体分布器；18—下封头；19—出料口；9—联轴器；10—搅拌轴；19出料口；20—载热介质进口；21—气体进口通气式搅拌反应器典型结构第一节概述（续）工艺计算+机械强度计算。搅拌反应器的计算：主要内容有反应器所需容积、传热面积及构成形式搅拌器的形式和功工艺计算：面积及构成形式、搅拌器的形式和功率、转速、管口方位布置等。确定的艺要求和基本参数是机械确定的工艺要求和基本参数是机械设计、维护、检修的依据。机械强度计算度计算①确定反应器的结构形式和尺寸①确定反应器的结构形式和尺寸。②简体、夹套、封头、搅拌铀等构件的强度计算。③选用搅拌装置、轴封装置和传动装置。第二节搅拌反应器的罐体第二节搅拌反应器的罐体一、罐体尺寸确定二传热结构二、传热结构三、筒体和夹套壁厚确定四、顶盖和工艺接管第二节搅拌反应器的罐体（续）罐体的作用：罐体的作用：提供空间+连接附件例如在操作温度和操作压例如：调节反应热用的夹套、蛇管力下，为物料反应、搅拌过程提供的空间，蛇管；搅拌装置连接底座；人孔手孔和各种接一般属圆筒形容器，包括顶盖、简体和罐底，人孔、手孔和各种接管等。顶简底并通过支座安装在基础或平台上。在确定罐体结构的时候要综合考虑，使设备满足工艺要求经济合理以实现全面结构优化艺要求、经济合理，以实现全面结构优化。第二节搅拌反应器的罐体（续）一、罐体尺寸确定决于工艺设计所要求的容积。1．筒体的高径比在已知操作容积之后首先在已知操作容积之后，首先要选择简体适宜的高径比。搅拌器的功率与搅拌器直径搅拌器的功率与搅拌器直径的五次方成正比，搅拌器直径随容器直径的增大而增大，所以反应器简体的直径不宜罐体几何尺寸示意太大。第二节搅拌反应器的罐体（续）几种搅拌设备筒体的高径比几种搅拌设备筒体的高径比种类罐内物料类型高径比种类罐内物料类型高径比液相液液相一般搅拌罐液-固相、液－液相1～1.3气液相1～2气－液相1～2聚合釜悬浮液、乳化液2.08～3.85聚合浮液、乳化液发酵罐类发酵液1.7～2.5第二节搅拌反应器的罐体（续）2．搅拌罐的装料量选择了简体的高径比之后还应考虑物料在容选择了简体的高径比之后，还应考虑物料在容器内充装的比例即装料系数装料系数η。通常可取0.6～0.85；如果物料产生泡沫或呈沸腾状态，取06～07；如果物料产生泡沫或呈沸腾状态，取0.60.7；如果物料在反应中比较平稳，可取0.8～0.85。3．初步计算筒体的直径直立式搅拌容器:工艺给定的有效容积直立式搅拌容器:——筒体和下封头两部分容积之和卧式搅拌容器卧式搅拌容器:——筒体和左右两封头容积之和第二节搅拌反应器的罐体（续）知道了筒体的高径比和装料系数之后，还不能直接算出筒体的直径和高度因为当筒体的直径不知算出筒体的直径和高度，因为当筒体的直径不知道时，封头的容积也未知，罐体容积就不能昀后确定为了便于计算可先忽略封头的容积近似估定。为了便于计算，可先忽略封头的容积，近似估算罐体容积为：或罐体直径为：第二节搅拌反应器的罐体（续）根据估算出罐体直径结果圆整为标准直径，再带人下式计算出筒体高度即下式计算出筒体高度，即筒体高度第二节搅拌反应器的罐体（续）计算出来的筒体高度值圆整然后核算计算出来的筒体高度H值圆整，然后核算高径比H/Di，看是否在规定的范围内，如果高径i看是否在规定的范围内如果差值较大，则需要重新进行尺寸调整，直至满足为止满足为止。第二节搅拌反应器的罐体（续）二、传热结构换热装置换热装置可以传递化学反应所需的热量或带走反应生成的热量