化学反应器

LOGO化学反应器概述化工生产的典型流程前处理后处理化学反应原料产品排气排污循环化工过程：一个特定的化工产品,从原料到产品的生产过程。概述◆反应设备在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和反应条件的装置.◆反应设备的应用*通过对参加反应的介质的充分搅拌，使物料混合均匀；*使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化。对反应器的要求1反应器要有足够的体积2反应器要有适宜的结构4反应器要有足够的机械强度和耐腐蚀能力3反应器要有足够的传热面积5反应器要易操作、易制造、易安装、易维修一、化学反应器的分类按物料的聚集状态1按反应器的结构2按操作方式3分类分类化学反应器:生物反应器: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反应的设备。实现一个或几个化学反应，并使反应物转变为反应产物的设备。均相反应器：气相（石油气裂解）、互溶液相（醋酸和乙醇的酯化反应）非均相反应器：气液相（乙烯和苯反应生成乙苯）气固相、液固相液液相、固固相气液固三相按物料的聚集状态间歇操作反应器反应器按操作方式连续操作反应器按反应器的结构釜式反应器管式反应器塔式反应器固定床反应器流化床反应器釜式反应器12釜式反应器釜式反应器应用在三大合成材料（塑料、合成橡胶和合成纤维）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、油漆等行业，搅拌反应器的使用亦很广泛。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—液相保持悬浮或乳化，强化相间传热和传质。釜式反应器基本结构：①釜体②换热装置③搅拌装置釜式反应器釜式反应器基本结构：①釜体②换热装置③搅拌装置釜体：由壳体和上、下封头组成，其高与直径之比一般在1~3之间。在加压操作时，上、下封头多为半球形或椭圆形；而在常压操作时，上、下封头可做为平盖，为了放料方便，下底也可做成锥形。釜式反应器釜式反应器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。罐体的作用：提供空间+连接附件例如：u调节反应热用的夹套、蛇管；u搅拌装置连接底座；u人孔、手孔和各种接管等。n在操作温度和操作压力下，为物料反应、搅拌过程提供的空间，n一般属圆筒形容器，包括顶盖、简体和罐底，并通过支座安装在基础或平台上。釜式反应器搅拌装置在搅拌反应器中，为增快反应速度、强化传热效果以及加强混合作用，常装有搅拌装置。——提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。——搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。由搅拌器及搅拌轴组成。又称搅拌桨和搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。功能原理搅拌装置釜式反应器布鲁马金式齿片式锚式框式螺带式螺杆式桨式弯叶开启涡轮釜式反应器搅拌装置折叶开启涡轮推进式弯叶圆盘涡轮平直叶圆盘涡轮搅拌器的选用选用时除满足工艺要求外，还应考虑功耗低、操作费用省，以及制造、维护和检修方便等因素。一个理想的选型方案必须同时满足工艺、安全与经济等方面的要求。搅拌器选型依据u搅拌目的u物料粘度u搅拌容器容积的大小流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。搅拌装置a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速；b.搅拌介质的物性；c.搅拌器的工作环境；d.搅拌器在槽内的安装位置和方式。——流体循环流动的途径。流型影响搅拌器功能的因素流型与搅拌的关系影响流型的因素搅拌装置搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型径向流轴向流切向流消除方法—加挡板→削弱切向流，增强轴向流和径向流上述三种流型通常同时存在轴向流与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制说明◆挡板搅拌附件目的——消除打漩和提高混合效果。挡板的安装釜式反应器换热装置换热装置1．夹套结构换热装置2.蛇管结构当反应釜所需传热面积较大，而夹套传热不能满足要求时，可增加蛇管传热。蛇管螺旋式盘管竖式蛇管换热装置螺旋式盘管换热装置对称布置的几组竖式蛇管：传热挡板作用竖式蛇管换热装置优点：蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好，同时还能起到导流筒的作用。缺点：蛇管不宜太长，一是因为凝液积聚会降低传热效果，二是因为要从很长的蛇管中排出蒸汽中夹带的惰性气体也是很困难的，检修较麻烦。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(2)电动机电动机的安装一般有如图所示的几种型式，选用时可根据所选的减速机和机架对电动机安装位置的安排确定。电动机的安装型式（a）B3型（d）V1型（e）V15型釜式反应器反应器的组合操作反应器的组合操作反应器的组合操作单个反应器串联操作（反应器大小、类型、操作条件可各不相同）提高反应深度。单个反应器并联操作（一般为相同的操作条件、相同的结构尺寸）增大处理能力。釜式反应器特点优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。釜式反应器釜式反应器应用釜式反应器主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也有应用，操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用；但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器的应用最为普遍。管式反应器43管式反应器管式反应器类型管式反应器管式反应器管式反应器管式反应器管式反应器特点1.结构简单，制造方便。2.不同的反应，管径和管长可根据需要设计。3.管外壁可以进行换热，传热面积大。4.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。5.管式反应可连续或间歇操作，反应物不返混，可在高温、高压下操作。管式反应器适用场合塔式反应器1.塔体：2.气体分布器：使气体分布均匀，强化传热、传质。是气液相鼓泡塔的关键设备之一。型式：多孔板/喷嘴/多孔管等3、换热装置：夹套式：热效应不大时。蛇管式：热效应较大时。外循环换热式：热效应较大时。4、水平多孔隔板：提高气体分散度，减少液体纵向循环。鼓泡塔反应器结构示意图1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板；6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段塔式反应器固定床反应器54固定床反应器定义:凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器.固定床反应器的结构和特点一、固定床反应器的分类根据传热方式固定床反应器绝热式固定床反应器换热式固定床反应器单段绝热式多段绝热式对外换热式自身换热式径向反应器轴向反应器反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床层与外界没有热量交换。气体从上而下通过催化剂床层。结构简单，床层横截面温度均匀。单位体积内催化剂量大，即生产能力大。但只适用于热效应不大的反应。57绝热式固定床反应器原料气产物催化剂单段绝热式固定床反应器多段绝热式固定床反应器热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内。多段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向反应器。62（1）轴向反应器它的结构简单，在器内下部装有栅板，催化剂均匀堆置于床内，床内没有换热装置，物料进口处有保证气流均匀分布的气体分布器，预热到一定温度的反应气体自上而下通过床层进行反应。绝热式固定床反应器物料气产物催化剂绝热式固定床反应器(2)径向反应器催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动。径向反应器的优点是流体流过的距离较短，流道截面积较大，床层阻力降较小。径向反应器轴向反应器与径向反应器(a)(b)列管式固定床反应器热效应较大，不宜采用绝热式反应器，可采用换热式固定床反应器。此设备如同列管式换热器，又称为列管式固定床反应器。换热式固定床反应器蒸汽原料调节阀催化剂补充水产物通常是在管内放催化剂，管间走热载体。（1）对外换热式反应器（列管式）换热式固定床反应器(d)反应器由多根反应管并联构成，管径一般为25~30㎜，管数可达万根以上。管内装催化剂，传热介质流经管间进行加热或冷却。列管式反应器换热式反应器对外换热式固定床反应器蒸汽原料调节阀催化剂补充水产物①管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。②催化剂粒径：应小于管径的1/8倍，通常固定床用的粒径约为2～6mm，不小于1.5mm。列管式反应器优点：换热式反应器①传热较好，管内温度较易控制；②返混小、选择性较高；③只要增加管数，便可有把握地进行放大；适用原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。TCTfTfT0逆流并流T0反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。（2）自身换热式反应器（自热式反应器）换热式反应器4.自热式反应器采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用于高压反应体系。但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反应时常用电加热。73传热介质介质的选用根据反应的温度范围决定，其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走大量的热，常用的传热介质有：1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注意水质处理，脱除水中溶解的氧。2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低，无腐蚀，无相变，温度范围200~350℃743.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成，在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但高温下渗透性强，有较强的氧化性。754.烟道气：对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热载体。优点:①固定床中催化剂不易磨损；②可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。③由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大生产中尤为重要。固定床反应器的特点缺点:固定床反应器的特点催化剂颗粒较大，有效系数较低；催化剂床层的传热系数较小，容易产生局部过热；催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活的催化剂。固定床反应器的重要工业应用流化床反应器利用气体或液体自下而上通过固体颗粒床层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应或液固相反应的反应器。流化床反应器流化床中的两相运动液态化：固体粒子像流体一样进行流动的现象。固体具有液体的性质液面、静压、连通器、粘度（一）流态化的形成散式流化聚式流化（二）散式流化和聚式流化（二）散式流化和聚式流化1）腾涌或节涌空穴在上升过程中会合并增大，如果床层直径较小而浓相区的高度较高，则空穴可能大至与床层直径相等的程度。此时空穴将床层分节，整段颗粒如活塞般的向上移动，部分颗粒在空穴四周落下（a），或者在整个截面上均匀洒落（b）。这种现象称为腾涌或节涌。流化床在操作时一旦发生腾涌，较多的颗粒被抛起和跌落造成设备震动，甚至将床内构件冲坏，流体动力损失也较大，一般应尽量予以避免。图3-37腾涌现象2）沟流在大直径床层中，由于颗粒堆积不匀或气体初始分布不良，可在床内局部地方形成沟流。此时，大量气体经过局部地区的通道上升，而床层的其余部分仍处于固定床状态而未被流化（死床）。显然，当发生沟流现象时，气体不能与全部颗粒良好接触，将使工艺过程严重恶化。（三）流化床反应器的结构流化床反应器1-加料口2-气固分离装置3-壳体4-换热器5-内部构件6-卸料口7-气体分布装置1—旋风分离器2—筒体扩大段3—催化剂入口4—筒体5—冷却介质出口6—换热器7—冷却介质进口8—气体分布板9—催化剂出口10—反应气入口图8-6流化床反应器（四）流化床反应器的床型流化床反应器流化床反应器流化床反应器LOGO