反應(yīng)設(shè)備的使用與維護(hù)

1、第五章反應(yīng)設(shè)備的使用與維護(hù)反應(yīng)設(shè)備的使用與維護(hù) 第一節(jié) 反應(yīng)設(shè)備的工作過程及類型v一、反應(yīng)設(shè)備的工作過程及作用一、反應(yīng)設(shè)備的工作過程及作用 v 煉油、化工生產(chǎn)過程中，在反應(yīng)器中進(jìn)行的不僅煉油、化工生產(chǎn)過程中，在反應(yīng)器中進(jìn)行的不僅僅是單純的化學(xué)反應(yīng)過程，同時(shí)還存在著流體流動(dòng)、僅是單純的化學(xué)反應(yīng)過程，同時(shí)還存在著流體流動(dòng)、物料傳熱、傳質(zhì)等物理傳遞過程。化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理、物料傳熱、傳質(zhì)等物理傳遞過程。化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理、步驟和速率是根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的規(guī)律進(jìn)行的。如對步驟和速率是根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的規(guī)律進(jìn)行的。如對于氣一液反應(yīng)，反應(yīng)速度除與溫度和濃度有關(guān)外，于氣一液反應(yīng)，反應(yīng)速度除與溫度和濃度有關(guān)外，還與相界面的

2、大小和相間的擴(kuò)散速度有關(guān)。對于氣還與相界面的大小和相間的擴(kuò)散速度有關(guān)。對于氣一固催化反應(yīng)，不論在什么條件下進(jìn)行，氣相組分一固催化反應(yīng)，不論在什么條件下進(jìn)行，氣相組分都必須先擴(kuò)散到固體催化劑的表面上，再在催化劑都必須先擴(kuò)散到固體催化劑的表面上，再在催化劑表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。由于化學(xué)反應(yīng)時(shí)原料的種類很表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。由于化學(xué)反應(yīng)時(shí)原料的種類很多，反應(yīng)過程也很復(fù)雜，對反應(yīng)產(chǎn)物的要求也各不多，反應(yīng)過程也很復(fù)雜，對反應(yīng)產(chǎn)物的要求也各不相同，因而，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，尺寸大相同，因而，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，尺寸大小不一，操作方式和操作條件也各不相同。如間歇小不一，操作方式和操作條件也各不相同。如

3、間歇式操作的反應(yīng)器，原料是一次性加入的；而連續(xù)式式操作的反應(yīng)器，原料是一次性加入的；而連續(xù)式操作的反應(yīng)器，原料是連續(xù)加入的。不同結(jié)構(gòu)型式操作的反應(yīng)器，原料是連續(xù)加入的。不同結(jié)構(gòu)型式和尺寸的反應(yīng)器及不同的操作條件和方式，必將影和尺寸的反應(yīng)器及不同的操作條件和方式，必將影響流體的流動(dòng)狀態(tài)和物料的傳熱、傳質(zhì)等傳遞過程。響流體的流動(dòng)狀態(tài)和物料的傳熱、傳質(zhì)等傳遞過程。因此反應(yīng)器的工作過程就是以化學(xué)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的因此反應(yīng)器的工作過程就是以化學(xué)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的反應(yīng)過程和以熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞為基反應(yīng)過程和以熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞為基本內(nèi)容的傳遞過程同時(shí)進(jìn)行、相互作用、相互影響本內(nèi)容的傳遞過程同時(shí)

4、進(jìn)行、相互作用、相互影響的復(fù)雜過程。的復(fù)雜過程。v因此反應(yīng)器的工作過程就是以化學(xué)因此反應(yīng)器的工作過程就是以化學(xué)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的反應(yīng)過程和以熱量動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的反應(yīng)過程和以熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞為基本傳遞、質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞為基本內(nèi)容的傳遞過程同時(shí)進(jìn)行、相互作內(nèi)容的傳遞過程同時(shí)進(jìn)行、相互作用、相互影響的復(fù)雜過程。用、相互影響的復(fù)雜過程。v用于完成化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備稱為用于完成化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備稱為反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備( (也稱也稱反應(yīng)器反應(yīng)器) )。v反應(yīng)設(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵性反應(yīng)設(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵性設(shè)備。一般情況下，工業(yè)上的化學(xué)反應(yīng)是不設(shè)備。一般情況下，工業(yè)上的化學(xué)反應(yīng)是不可能

5、全部完成的，也不可能只生成一種產(chǎn)物?？赡苋客瓿傻?，也不可能只生成一種產(chǎn)物。但是，人們總是希望盡可能抑制副反應(yīng)發(fā)生，但是，人們總是希望盡可能抑制副反應(yīng)發(fā)生，努力提高目的產(chǎn)物的收率，充分有效地利用努力提高目的產(chǎn)物的收率，充分有效地利用原料，減輕分離設(shè)備的負(fù)荷，降低生產(chǎn)過程原料，減輕分離設(shè)備的負(fù)荷，降低生產(chǎn)過程的能量消耗。的能量消耗。v一個(gè)好的反應(yīng)設(shè)備不僅能夠滿足這些要一個(gè)好的反應(yīng)設(shè)備不僅能夠滿足這些要求，而且操作控制方便、具有較大的生求，而且操作控制方便、具有較大的生產(chǎn)能力。反應(yīng)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行的過程不僅具產(chǎn)能力。反應(yīng)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行的過程不僅具有化學(xué)反應(yīng)的特征，而且具有傳遞過程有化學(xué)反應(yīng)的特征，而且具有傳

6、遞過程的特征。只有綜合考慮化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、的特征。只有綜合考慮化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、流體的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)等諸多因素，流體的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)等諸多因素，才能做到反應(yīng)設(shè)備的正確選型、合理設(shè)才能做到反應(yīng)設(shè)備的正確選型、合理設(shè)計(jì)、有效使用和最佳控制。本章主計(jì)、有效使用和最佳控制。本章主要介紹反應(yīng)設(shè)備的要介紹反應(yīng)設(shè)備的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及操作等內(nèi)容。及操作等內(nèi)容。二、反應(yīng)設(shè)備的類型二、反應(yīng)設(shè)備的類型 v在煉油、化工生產(chǎn)中，化學(xué)反應(yīng)的種類很多，在煉油、化工生產(chǎn)中，化學(xué)反應(yīng)的種類很多，操作條件差異很大，物料的聚集狀態(tài)也各不操作條件差異很大，物料的聚集狀態(tài)也各不相同，使用反應(yīng)器的種類也是多種多樣。相

7、同，使用反應(yīng)器的種類也是多種多樣。 v 1 1根據(jù)物料的聚集狀態(tài)分類根據(jù)物料的聚集狀態(tài)分類 根據(jù)物料根據(jù)物料的聚集狀態(tài)可把反應(yīng)器分為的聚集狀態(tài)可把反應(yīng)器分為均相和非均相均相和非均相兩兩種。前者又可分為氣相反應(yīng)器和液相反應(yīng)器，種。前者又可分為氣相反應(yīng)器和液相反應(yīng)器，反應(yīng)物料均勻地混合或溶解成為單一的氣相反應(yīng)物料均勻地混合或溶解成為單一的氣相或液相。非均相反應(yīng)器又可分為氣一液、氣或液相。非均相反應(yīng)器又可分為氣一液、氣一固、液一液、液一固以及氣一液一固等五一固、液一液、液一固以及氣一液一固等五種，化工生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣一固和氣一種，化工生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣一固和氣一液兩種，如乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷

8、采用氣液兩種，如乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷采用氣一固相反應(yīng)器，苯烴化制乙苯采用氣一液相一固相反應(yīng)器，苯烴化制乙苯采用氣一液相反應(yīng)器。反應(yīng)器。v反應(yīng)器按聚集狀態(tài)分類，其實(shí)質(zhì)是按宏反應(yīng)器按聚集狀態(tài)分類，其實(shí)質(zhì)是按宏觀動(dòng)力學(xué)特征分類。同樣聚集狀態(tài)的反觀動(dòng)力學(xué)特征分類。同樣聚集狀態(tài)的反應(yīng)有著相同的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，如均相反應(yīng)應(yīng)有著相同的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，如均相反應(yīng)的共同規(guī)律和特征是無相界面，反應(yīng)速的共同規(guī)律和特征是無相界面，反應(yīng)速度只與溫度和濃度等有關(guān)，而非均相反度只與溫度和濃度等有關(guān)，而非均相反應(yīng)的共同規(guī)律和特征是有相界面，反應(yīng)應(yīng)的共同規(guī)律和特征是有相界面，反應(yīng)速度不僅與溫度和濃度有關(guān)，而且還與速度不僅與溫度和濃度

9、有關(guān)，而且還與相界面大小和相間擴(kuò)散速度有關(guān)。故以相界面大小和相間擴(kuò)散速度有關(guān)。故以聚集狀態(tài)分類可以闡明各種相態(tài)反應(yīng)過聚集狀態(tài)分類可以闡明各種相態(tài)反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。2 2根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式分類根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式分類v 根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式的特征，可以分為根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式的特征，可以分為釜式、釜式、管式、塔式、固定床和流化床反應(yīng)器等管式、塔式、固定床和流化床反應(yīng)器等。v釜式、管式反應(yīng)器大多用于均相反應(yīng)過程，釜式、管式反應(yīng)器大多用于均相反應(yīng)過程，塔式、固定床和流化床反應(yīng)器大多用于非均塔式、固定床和流化床反應(yīng)器大多用于非均相反應(yīng)過程。相反應(yīng)過程。 v反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)型式分類，其實(shí)質(zhì)是按

10、傳遞過反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)型式分類，其實(shí)質(zhì)是按傳遞過程的特性分類。同類結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器內(nèi)，物料程的特性分類。同類結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器內(nèi)，物料往往具有相同的流動(dòng)、混合、傳熱和傳質(zhì)等往往具有相同的流動(dòng)、混合、傳熱和傳質(zhì)等特性，可以用同類傳遞過程的統(tǒng)一規(guī)律加以特性，可以用同類傳遞過程的統(tǒng)一規(guī)律加以描述。描述。 v反應(yīng)器的主要作用反應(yīng)器的主要作用是提供反應(yīng)場所，并是提供反應(yīng)場所，并維持一定的反應(yīng)條件，使化學(xué)反應(yīng)過程維持一定的反應(yīng)條件，使化學(xué)反應(yīng)過程按預(yù)定的方向進(jìn)行，得到合格的反應(yīng)產(chǎn)按預(yù)定的方向進(jìn)行，得到合格的反應(yīng)產(chǎn)物。物。v一個(gè)設(shè)計(jì)合理、性能良好的反應(yīng)器，應(yīng)一個(gè)設(shè)計(jì)合理、性能良好的反應(yīng)器，應(yīng)能滿足如下幾方面的要求。能滿足

11、如下幾方面的要求。 v (1)(1)滿足化學(xué)動(dòng)力學(xué)和傳遞過程的要求，滿足化學(xué)動(dòng)力學(xué)和傳遞過程的要求，做到反應(yīng)速度快、選擇性好、轉(zhuǎn)化率高、做到反應(yīng)速度快、選擇性好、轉(zhuǎn)化率高、目的產(chǎn)品多、副產(chǎn)物少。目的產(chǎn)品多、副產(chǎn)物少。 v(2)(2)能及時(shí)有效地輸入或輸出熱量，維能及時(shí)有效地輸入或輸出熱量，維持系統(tǒng)的熱量平衡，使反應(yīng)過程在適宜持系統(tǒng)的熱量平衡，使反應(yīng)過程在適宜的溫度下進(jìn)行。的溫度下進(jìn)行。v(3)(3)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕能力，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕能力，滿足反應(yīng)過程對壓力的要求，保證滿足反應(yīng)過程對壓力的要求，保證設(shè)備經(jīng)久耐用，生產(chǎn)安全可靠設(shè)備經(jīng)久耐用，生產(chǎn)安全可靠. .v(4)(4)制造容

12、易，安裝、檢修方便，操制造容易，安裝、檢修方便，操作調(diào)節(jié)靈活，生產(chǎn)周期長。作調(diào)節(jié)靈活，生產(chǎn)周期長。3 3根據(jù)操作方法分類根據(jù)操作方法分類v操作方法分為間歇式操作方法分為間歇式( (或稱為分批式或稱為分批式) )、半間、半間歇式歇式( (或稱為半連續(xù)式或稱為半連續(xù)式) )和連續(xù)式三種和連續(xù)式三種。 v 間歇式操作間歇式操作是一次加入反應(yīng)物料，在一定的是一次加入反應(yīng)物料，在一定的反應(yīng)條件下，經(jīng)過一定的反應(yīng)時(shí)間，當(dāng)達(dá)到反應(yīng)條件下，經(jīng)過一定的反應(yīng)時(shí)間，當(dāng)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)化率時(shí)，取出全部產(chǎn)物的生產(chǎn)過所要求的轉(zhuǎn)化率時(shí)，取出全部產(chǎn)物的生產(chǎn)過程。其特點(diǎn)是在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物和產(chǎn)物程。其特點(diǎn)是在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物

13、和產(chǎn)物濃度均隨時(shí)間變化，是不穩(wěn)定過程。由于存濃度均隨時(shí)間變化，是不穩(wěn)定過程。由于存在著加料、出料和清洗等非生產(chǎn)時(shí)間，因而在著加料、出料和清洗等非生產(chǎn)時(shí)間，因而設(shè)備利用率不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，只適用于小設(shè)備利用率不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，只適用于小批量、多品種生產(chǎn)，在染料及制藥工業(yè)中廣批量、多品種生產(chǎn)，在染料及制藥工業(yè)中廣泛采用這種操作。泛采用這種操作。 v v半間歇操作半間歇操作是指一些物料分批加入、而另一是指一些物料分批加入、而另一些物料連續(xù)加入的生產(chǎn)過程，或者是一批加些物料連續(xù)加入的生產(chǎn)過程，或者是一批加入物料用蒸餾的方法連續(xù)移走部分產(chǎn)品的生入物料用蒸餾的方法連續(xù)移走部分產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。半間歇操作也是

14、一個(gè)不穩(wěn)定過程。產(chǎn)過程。半間歇操作也是一個(gè)不穩(wěn)定過程。 v連續(xù)操作連續(xù)操作是連續(xù)加入反應(yīng)物和取出產(chǎn)物，反是連續(xù)加入反應(yīng)物和取出產(chǎn)物，反應(yīng)器內(nèi)溫度和濃度均不隨時(shí)間變化而變化，應(yīng)器內(nèi)溫度和濃度均不隨時(shí)間變化而變化，是一個(gè)穩(wěn)定過程。連續(xù)操作設(shè)備利用率高，是一個(gè)穩(wěn)定過程。連續(xù)操作設(shè)備利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于自動(dòng)控制，適用丁大規(guī)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于自動(dòng)控制，適用丁大規(guī)模生產(chǎn)。煉油、化工生產(chǎn)中大多數(shù)采用連續(xù)模生產(chǎn)。煉油、化工生產(chǎn)中大多數(shù)采用連續(xù)操作。操作。4 4根據(jù)溫度條件和傳熱方式分類根據(jù)溫度條件和傳熱方式分類 v根據(jù)溫度條件反應(yīng)器可分為根據(jù)溫度條件反應(yīng)器可分為等溫和非等溫等溫和非等溫兩兩種，根據(jù)傳熱

15、方式又可分為絕熱式、外熱式種，根據(jù)傳熱方式又可分為絕熱式、外熱式和自熱式。和自熱式。由于化學(xué)反應(yīng)對由于化學(xué)反應(yīng)對溫度溫度變化有相當(dāng)變化有相當(dāng)大的敏感性，所以傳熱方式和溫度控制是反大的敏感性，所以傳熱方式和溫度控制是反應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作中的重要問題。應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作中的重要問題。 v 對于等溫反應(yīng)器，只需要考慮濃度變化的影對于等溫反應(yīng)器，只需要考慮濃度變化的影響。但在工業(yè)生產(chǎn)中維持等溫條件是相當(dāng)困響。但在工業(yè)生產(chǎn)中維持等溫條件是相當(dāng)困難的，因此只適用于熱效應(yīng)不大，或能及時(shí)難的，因此只適用于熱效應(yīng)不大，或能及時(shí)輸入或輸出熱量能夠保證等溫條件的反應(yīng)過輸入或輸出熱量能夠保證等溫條件的反應(yīng)過程，其他過程一般采

16、用非等溫式反應(yīng)器，非程，其他過程一般采用非等溫式反應(yīng)器，非等溫式反應(yīng)器因換熱方式不同也有不同的型等溫式反應(yīng)器因換熱方式不同也有不同的型式。式。 v反應(yīng)設(shè)備的類型很多，其構(gòu)造和適用條件也反應(yīng)設(shè)備的類型很多，其構(gòu)造和適用條件也各不相同。一個(gè)反應(yīng)過程在工業(yè)生產(chǎn)中究竟各不相同。一個(gè)反應(yīng)過程在工業(yè)生產(chǎn)中究竟采用哪種類型的反應(yīng)器，并無嚴(yán)格的規(guī)定，采用哪種類型的反應(yīng)器，并無嚴(yán)格的規(guī)定，應(yīng)以滿足工藝要求為主，綜合考慮各種因素，應(yīng)以滿足工藝要求為主，綜合考慮各種因素，以減少能量消耗、增加經(jīng)濟(jì)效益為原則而確以減少能量消耗、增加經(jīng)濟(jì)效益為原則而確定。定。第二節(jié)第二節(jié) 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)v一、釜式反

17、應(yīng)器一、釜式反應(yīng)器v釜式反應(yīng)器又稱槽型反應(yīng)器，它是各類反應(yīng)釜式反應(yīng)器又稱槽型反應(yīng)器，它是各類反應(yīng)器中結(jié)構(gòu)較為簡單且應(yīng)用較廣的一種，主要器中結(jié)構(gòu)較為簡單且應(yīng)用較廣的一種，主要應(yīng)用于液一液均相反應(yīng)過程，在氣一液、液應(yīng)用于液一液均相反應(yīng)過程，在氣一液、液一液非均相反應(yīng)過程中也有應(yīng)用。在化上生一液非均相反應(yīng)過程中也有應(yīng)用。在化上生產(chǎn)中，既適用于間歇操作過程，又可單釜或產(chǎn)中，既適用于間歇操作過程，又可單釜或多釜串聯(lián)用于連續(xù)操作過程，但在間歇生產(chǎn)多釜串聯(lián)用于連續(xù)操作過程，但在間歇生產(chǎn)過程應(yīng)用最多。過程應(yīng)用最多。v釜式反應(yīng)器具有適用的溫度和壓力范圍寬、釜式反應(yīng)器具有適用的溫度和壓力范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性

18、大、連續(xù)操作時(shí)溫度濃適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性大、連續(xù)操作時(shí)溫度濃度容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。但用在度容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。但用在較高轉(zhuǎn)化率工藝要求時(shí)，需要較大容積。通較高轉(zhuǎn)化率工藝要求時(shí)，需要較大容積。通常在操作條件比較緩和的情況下操作，如常常在操作條件比較緩和的情況下操作，如常壓、溫度較低且低于物料沸點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用此類壓、溫度較低且低于物料沸點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用此類反應(yīng)器最為普遍。反應(yīng)器最為普遍。v釜式反應(yīng)器的基本結(jié)釜式反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)見圖構(gòu)見圖5151，主要包，主要包括括反應(yīng)器殼體、攪拌反應(yīng)器殼體、攪拌器、密封裝置和換熱器、密封裝置和換熱裝置等裝置等。釜式反應(yīng)器。釜式反應(yīng)器殼體及攪拌器所用材殼體及

19、攪拌器所用材料一般為碳鋼，根據(jù)料一般為碳鋼，根據(jù)特殊需要，可在與反特殊需要，可在與反應(yīng)物料接觸部分襯有應(yīng)物料接觸部分襯有不銹鋼、鉛、橡膠、不銹鋼、鉛、橡膠、玻璃鋼或搪瓷，個(gè)別玻璃鋼或搪瓷，個(gè)別情況也可襯貴重金屬情況也可襯貴重金屬( (如銀等如銀等) )。根據(jù)反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)要求，殼體也可直接要求，殼體也可直接用銅、不銹鋼制造。用銅、不銹鋼制造。1一電動(dòng)機(jī)；2一變速器；3一密封裝置； 4加料管口；5一殼體；6一夾套； 7攪拌器；8一出料管口v1 1殼體殼體: : 釜式反應(yīng)器殼體部分的結(jié)構(gòu)包釜式反應(yīng)器殼體部分的結(jié)構(gòu)包括筒體、底、蓋括筒體、底、蓋( (也稱封頭也稱封頭) )、手孔或人孔、手孔或人孔、視

20、鏡及各種工藝接管口等。視鏡及各種工藝接管口等。 v釜式反應(yīng)器的筒體為圓筒形。底、蓋常用的釜式反應(yīng)器的筒體為圓筒形。底、蓋常用的形狀有平面、碟形、橢圓形和球形封頭，釜形狀有平面、碟形、橢圓形和球形封頭，釜底也有錐形的。平面封頭結(jié)構(gòu)簡單，容易制底也有錐形的。平面封頭結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，一般在釜體直徑小、常壓或壓力不大條造，一般在釜體直徑小、常壓或壓力不大條件下操作時(shí)采用；碟形和橢圓形封頭應(yīng)用較件下操作時(shí)采用；碟形和橢圓形封頭應(yīng)用較多；球形封頭多用于高壓反應(yīng)器；當(dāng)反應(yīng)后多；球形封頭多用于高壓反應(yīng)器；當(dāng)反應(yīng)后的物料需用分層法使其分離時(shí)可用錐形底。的物料需用分層法使其分離時(shí)可用錐形底。v手孔或人孔手孔或

21、人孔是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件而設(shè)置的。手孔的直徑一般為設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件而設(shè)置的。手孔的直徑一般為O O15150 020 m20 m，它的結(jié)構(gòu)一般是在封頭上接一短管，并蓋，它的結(jié)構(gòu)一般是在封頭上接一短管，并蓋以盲板。當(dāng)釜體直徑較大時(shí)，可以根據(jù)需要開設(shè)人孔，以盲板。當(dāng)釜體直徑較大時(shí)，可以根據(jù)需要開設(shè)人孔，人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種，圓形人孔公稱直徑人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種，圓形人孔公稱直徑一般為一般為400 mm400 mm，橢圓形人孔的最小直徑為，橢圓形人孔的最小直徑為400 400 mmmm300 mm300 mm。 v釜式釜式反

22、應(yīng)器的視鏡反應(yīng)器的視鏡主要是為了觀察設(shè)備內(nèi)部的物料反主要是為了觀察設(shè)備內(nèi)部的物料反應(yīng)情況，有比較寬闊的視察范圍為其結(jié)構(gòu)確定原則。應(yīng)情況，有比較寬闊的視察范圍為其結(jié)構(gòu)確定原則。 v工藝接管口主要用于進(jìn)、出物料及安裝溫度、壓力的工藝接管口主要用于進(jìn)、出物料及安裝溫度、壓力的測定裝置。進(jìn)料管或加料管應(yīng)做成不使料液的液沫濺測定裝置。進(jìn)料管或加料管應(yīng)做成不使料液的液沫濺到釜壁上的形狀，以避免由于料液沿反應(yīng)釜內(nèi)壁向下到釜壁上的形狀，以避免由于料液沿反應(yīng)釜內(nèi)壁向下流動(dòng)而引起釜壁局部腐蝕。流動(dòng)而引起釜壁局部腐蝕。 釜式反應(yīng)器的所有人釜式反應(yīng)器的所有人孔、手孔、視鏡和工藝接管口，除出料管口外，一般孔、手孔、視鏡

23、和工藝接管口，除出料管口外，一般都開在項(xiàng)蓋上。都開在項(xiàng)蓋上。v2攪拌器v攪拌器是釜式反應(yīng)器的重要部件，其作用是加強(qiáng)物料的均勻混合，強(qiáng)化釜內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)過程。常用的攪拌器有槳式、框式、錨式、旋槳式、渦輪式和螺帶式等，如圖52所示。v槳式槳式 彎葉開啟渦輪彎葉開啟渦輪 折葉開啟渦輪折葉開啟渦輪 推進(jìn)式推進(jìn)式v平直葉圓盤平直葉圓盤 框式框式 錨式錨式 渦輪螺帶式渦輪螺帶式 螺桿式螺桿式v以上幾種攪拌器在煉油、化工和高聚物生產(chǎn)過程中以上幾種攪拌器在煉油、化工和高聚物生產(chǎn)過程中應(yīng)用較廣，應(yīng)用較廣，此外還有螺帶式、電磁式、超聲波式等。此外還有螺帶式、電磁式、超聲波式等。在工業(yè)上可根據(jù)物料的性質(zhì)、要求的物料

24、混合程度在工業(yè)上可根據(jù)物料的性質(zhì)、要求的物料混合程度以及考慮能耗等因素選擇適宜的攪拌器。在一般情以及考慮能耗等因素選擇適宜的攪拌器。在一般情況下，對低粘性均相液體混合，可選用任何形式的況下，對低粘性均相液體混合，可選用任何形式的攪拌器；對非均相液體分散混合，選用旋槳式、渦攪拌器；對非均相液體分散混合，選用旋槳式、渦輪式攪拌器為好；在有固體懸浮物存在，固液密度輪式攪拌器為好；在有固體懸浮物存在，固液密度差較大時(shí)，選用渦輪式攪拌器，固液密度差較小時(shí)，差較大時(shí)，選用渦輪式攪拌器，固液密度差較小時(shí)，選用槳式攪拌器；對于物料粘稠性很大的液體混合，選用槳式攪拌器；對于物料粘稠性很大的液體混合，可選用錨式攪

25、拌器。對需要有更大攪拌強(qiáng)度或需使可選用錨式攪拌器。對需要有更大攪拌強(qiáng)度或需使被攪拌液體作上、下翻騰運(yùn)動(dòng)的情況，可根據(jù)需要被攪拌液體作上、下翻騰運(yùn)動(dòng)的情況，可根據(jù)需要在反應(yīng)器內(nèi)再裝設(shè)橫向或豎向擋板及導(dǎo)向筒等。在反應(yīng)器內(nèi)再裝設(shè)橫向或豎向擋板及導(dǎo)向筒等。v3密封裝置密封裝置 靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)動(dòng)的靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，以防止釜攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，以防止釜內(nèi)物料泄漏。內(nèi)物料泄漏。v軸封裝置主要有軸封裝置主要有填料密封和機(jī)械密封填料密封和機(jī)械密封兩種。兩種。其結(jié)構(gòu)與離心泵的密封結(jié)構(gòu)類似。填料箱密其結(jié)構(gòu)與離心泵的密封結(jié)構(gòu)類似。填料箱密封結(jié)構(gòu)簡單，填料裝卸方便，但

26、使用壽命較封結(jié)構(gòu)簡單，填料裝卸方便，但使用壽命較短，難免微量泄漏；機(jī)械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，短，難免微量泄漏；機(jī)械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封效果較好。但密封效果較好。v4 4換熱裝置換熱裝置 換熱裝置是用來加熱或冷卻換熱裝置是用來加熱或冷卻反應(yīng)物料，使之符合工藝要求的溫度條件的反應(yīng)物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)型式主要有夾套式、蛇管式、設(shè)備。其結(jié)構(gòu)型式主要有夾套式、蛇管式、列管式、外部循環(huán)式等，也可用直接火焰或列管式、外部循環(huán)式等，也可用直接火焰或電感加熱，如圖電感加熱，如圖5353所示。所示。(P112)(P112)v各種換熱裝置的選擇主要決定傳熱表面是否各種換熱裝置的選擇主要決定傳熱

27、表面是否易被污染而需要清洗、所需傳熱面積的大小、易被污染而需要清洗、所需傳熱面積的大小、傳熱介質(zhì)的泄漏可能造成的后果以及傳熱介傳熱介質(zhì)的泄漏可能造成的后果以及傳熱介質(zhì)的溫度和壓力等因素。一般在需要較大傳質(zhì)的溫度和壓力等因素。一般在需要較大傳熱面積時(shí)常采用蛇管或列管式換熱裝置；反熱面積時(shí)常采用蛇管或列管式換熱裝置；反應(yīng)在沸騰下進(jìn)行時(shí)，采用釜外回流冷凝器取應(yīng)在沸騰下進(jìn)行時(shí)，采用釜外回流冷凝器取走熱量；在需要傳熱面積不大、傳熱介質(zhì)壓走熱量；在需要傳熱面積不大、傳熱介質(zhì)壓力又較低的情況下，常采用簡單的夾套式換力又較低的情況下，常采用簡單的夾套式換熱器。熱器。二、管式反應(yīng)器二、管式反應(yīng)器v管式反應(yīng)器主要

28、用于氣相、液相、氣一液相管式反應(yīng)器主要用于氣相、液相、氣一液相連續(xù)反應(yīng)過程，由單根連續(xù)反應(yīng)過程，由單根( (直管或盤管直管或盤管) )連續(xù)或連續(xù)或多根平行排列的管子組成，一般設(shè)有套管或多根平行排列的管子組成，一般設(shè)有套管或殼管式換熱裝置。殼管式換熱裝置。v操作時(shí)，物料自一端連續(xù)加入，在管中連續(xù)操作時(shí)，物料自一端連續(xù)加入，在管中連續(xù)反應(yīng)，從另一端連續(xù)流出，便達(dá)到了要求的反應(yīng)，從另一端連續(xù)流出，便達(dá)到了要求的轉(zhuǎn)化率。由于管式反應(yīng)器能承受較高的壓力，轉(zhuǎn)化率。由于管式反應(yīng)器能承受較高的壓力，故用于加壓反應(yīng)尤為合適，例如油脂或脂肪故用于加壓反應(yīng)尤為合適，例如油脂或脂肪酸加氫生產(chǎn)高碳醇、裂解反應(yīng)用的管式爐

29、便酸加氫生產(chǎn)高碳醇、裂解反應(yīng)用的管式爐便是管式反應(yīng)器。是管式反應(yīng)器。v此種反應(yīng)器具有容積小、比表面大、返混少、此種反應(yīng)器具有容積小、比表面大、返混少、反應(yīng)混合物連續(xù)性變化、易于控制等優(yōu)點(diǎn)；反應(yīng)混合物連續(xù)性變化、易于控制等優(yōu)點(diǎn)；但若反應(yīng)速度較慢時(shí)，則有所需管子長、壓但若反應(yīng)速度較慢時(shí)，則有所需管子長、壓降較大等不足。隨著化工生產(chǎn)越來越趨于大降較大等不足。隨著化工生產(chǎn)越來越趨于大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化，連續(xù)操作的管式反型化、連續(xù)化、自動(dòng)化，連續(xù)操作的管式反應(yīng)器在生產(chǎn)中使用越來越多，某些傳統(tǒng)上一應(yīng)器在生產(chǎn)中使用越來越多，某些傳統(tǒng)上一直使用間歇攪拌釜的高分子聚合反應(yīng)，目前直使用間歇攪拌釜的高分子聚合反應(yīng)

30、，目前也開始改用連續(xù)操作的管式反應(yīng)器。也開始改用連續(xù)操作的管式反應(yīng)器。 v管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器相比在結(jié)構(gòu)上管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器相比在結(jié)構(gòu)上差異差異較大較大，主要有直管式、盤管式、多管式等。，主要有直管式、盤管式、多管式等。v單管單管( (直管或盤管直管或盤管) )式是最簡單的一種反應(yīng)器，式是最簡單的一種反應(yīng)器，因其傳熱面積較小，一般僅適用于熱效應(yīng)較因其傳熱面積較小，一般僅適用于熱效應(yīng)較小的反應(yīng)過程。小的反應(yīng)過程。多管式反應(yīng)器多管式反應(yīng)器的傳熱面積較的傳熱面積較大，可適用于熱效應(yīng)較大的均相反應(yīng)過程。大，可適用于熱效應(yīng)較大的均相反應(yīng)過程。多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)還可充填固體顆粒，多管式反應(yīng)器的反

31、應(yīng)管內(nèi)還可充填固體顆粒，以提高流體湍動(dòng)或促進(jìn)非均一流體相的良好以提高流體湍動(dòng)或促進(jìn)非均一流體相的良好接觸，并可用來儲(chǔ)存熱量以更好地控制反應(yīng)接觸，并可用來儲(chǔ)存熱量以更好地控制反應(yīng)器溫度，亦可適用于氣一固、液一固非均相器溫度，亦可適用于氣一固、液一固非均相催化反應(yīng)過程。催化反應(yīng)過程。三、鼓泡塔反應(yīng)器三、鼓泡塔反應(yīng)器v氣體以鼓泡形式通過氣體以鼓泡形式通過液層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的液層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的塔式反應(yīng)器，稱為鼓塔式反應(yīng)器，稱為鼓泡塔反應(yīng)器。它廣泛泡塔反應(yīng)器。它廣泛用于氣一液相反應(yīng)過用于氣一液相反應(yīng)過程。程。v鼓泡塔反應(yīng)器基本結(jié)鼓泡塔反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)是內(nèi)盛液體的空心構(gòu)是內(nèi)盛液體的空心圓筒，底部裝有氣體圓筒，

32、底部裝有氣體分布器，殼外裝有夾分布器，殼外裝有夾套或其他型式換熱器套或其他型式換熱器或設(shè)有擴(kuò)大段、液滴或設(shè)有擴(kuò)大段、液滴捕集器等，如圖捕集器等，如圖5555所示。所示。1分布格板；2一夾套；3一氣體分布器；4一塔體；5一擋板；6塔外換熱器；7液體捕集器；8一擴(kuò)大段v反應(yīng)氣體通過分布器上的小孑反應(yīng)氣體通過分布器上的小孑L L鼓泡而入，液體間歇鼓泡而入，液體間歇或連續(xù)加入，連續(xù)加入的液體可以和氣體并流或逆或連續(xù)加入，連續(xù)加入的液體可以和氣體并流或逆流，流，般采用并流形式較多。氣體在塔內(nèi)為分散相，般采用并流形式較多。氣體在塔內(nèi)為分散相，液體為連續(xù)相，液體返混程度較大。為了提高氣體液體為連續(xù)相，液體返

33、混程度較大。為了提高氣體分散程度和減少液體軸向循環(huán)，可以在塔內(nèi)安置水分散程度和減少液體軸向循環(huán)，可以在塔內(nèi)安置水平多孔隔板。當(dāng)吸收或反應(yīng)過程熱效應(yīng)不大時(shí)，可平多孔隔板。當(dāng)吸收或反應(yīng)過程熱效應(yīng)不大時(shí)，可采用夾套換熱裝置，熱效應(yīng)較大時(shí)，可在塔內(nèi)增設(shè)采用夾套換熱裝置，熱效應(yīng)較大時(shí)，可在塔內(nèi)增設(shè)換熱蛇管或采用塔外換熱裝置。也可以利用反應(yīng)液換熱蛇管或采用塔外換熱裝置。也可以利用反應(yīng)液蒸發(fā)的方法帶走熱量。蒸發(fā)的方法帶走熱量。v簡單鼓泡塔具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)大簡單鼓泡塔具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)大型化、適宜于加壓操作、在采取防腐措施型化、適宜于加壓操作、在采取防腐措施( (如襯橡膠、如襯橡

34、膠、瓷磚、搪瓷等瓷磚、搪瓷等) )后可以處理腐蝕性介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。后可以處理腐蝕性介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。但在但在簡單鼓泡塔內(nèi)不能處理密度不均一的液體，如懸濁簡單鼓泡塔內(nèi)不能處理密度不均一的液體，如懸濁液等。液等。v為了增加氣、液相接觸面積和減少返混可為了增加氣、液相接觸面積和減少返混可在塔內(nèi)的液體層中放置填料，這種塔稱為在塔內(nèi)的液體層中放置填料，這種塔稱為填填料鼓泡塔料鼓泡塔。v它與一般填料塔不同，一般填料塔中的填料它與一般填料塔不同，一般填料塔中的填料不浸泡在液體中，只是在填料表面形成液層，不浸泡在液體中，只是在填料表面形成液層，填料之間的空隙中是氣體。而填料鼓泡塔中填料之間的空隙中是氣體。而填料鼓泡塔中

35、的填料是浸沒在液體中，填料間的空隙全是的填料是浸沒在液體中，填料間的空隙全是鼓泡液體。鼓泡液體。這種塔的大部分反應(yīng)空間被惰性這種塔的大部分反應(yīng)空間被惰性填料所占據(jù)，因而液體在反應(yīng)器中的平均停填料所占據(jù)，因而液體在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間很短，雖有利于傳質(zhì)過程，但傳質(zhì)效留時(shí)間很短，雖有利于傳質(zhì)過程，但傳質(zhì)效率較低，故不如中間設(shè)有隔板的多段鼓泡塔率較低，故不如中間設(shè)有隔板的多段鼓泡塔效果好。效果好。v結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鼓泡塔是氣體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鼓泡塔是氣體升液式鼓泡塔升液式鼓泡塔，如圖，如圖5656所示。所示。這種鼓泡塔與簡單空床鼓泡塔這種鼓泡塔與簡單空床鼓泡塔的結(jié)構(gòu)不同之處在于它的塔體的結(jié)構(gòu)不同之處在

36、于它的塔體內(nèi)裝有一根或幾根氣升管，它內(nèi)裝有一根或幾根氣升管，它依靠氣體分布器將氣體輸送到依靠氣體分布器將氣體輸送到氣升管的底部，在氣升管中形氣升管的底部，在氣升管中形成氣、液混合物，此混合物的成氣、液混合物，此混合物的密度小于氣升管外的液體的密密度小于氣升管外的液體的密度，因此引起氣、液混合物向度，因此引起氣、液混合物向上流動(dòng)，氣升管外的液體向下上流動(dòng)，氣升管外的液體向下流動(dòng)，從而使液體在反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)，從而使液體在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)。因?yàn)闅馍艿牟僮飨駳庋h(huán)。因?yàn)闅馍艿牟僮飨駳怏w升液器，故有氣體升液式鼓體升液器，故有氣體升液式鼓泡塔之稱。在這種鼓泡塔中氣泡塔之稱。在這種鼓泡塔中氣流的攪動(dòng)比簡單鼓泡

37、塔激烈得流的攪動(dòng)比簡單鼓泡塔激烈得多，因此，多，因此，它可以處理不均一它可以處理不均一的液體；的液體；如果如果氣升管做成夾套氣升管做成夾套式，內(nèi)通熱載體或冷載體，即式，內(nèi)通熱載體或冷載體，即具有換熱作用。具有換熱作用。圖56氣體升液式鼓泡塔1一筒體；2一氣升管；3氣體分布器四、固定床反應(yīng)器四、固定床反應(yīng)器v凡是流體通過不動(dòng)的固體物料形成的床層而凡是流體通過不動(dòng)的固體物料形成的床層而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備都稱為進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器。該反應(yīng)器尤其適合于氣一固相催化反應(yīng)過程。該反應(yīng)器尤其適合于氣一固相催化反應(yīng)過程。 v固定床催化反應(yīng)器的特點(diǎn)固定床催化反應(yīng)器的特點(diǎn)是除床層極薄和

38、氣是除床層極薄和氣體流速很低的特殊情況外，床層內(nèi)氣體的流體流速很低的特殊情況外，床層內(nèi)氣體的流動(dòng)均可視為理想平推流動(dòng)，因而化學(xué)反應(yīng)速動(dòng)均可視為理想平推流動(dòng)，因而化學(xué)反應(yīng)速度較快，為完成同樣生產(chǎn)任務(wù)所需要的催化度較快，為完成同樣生產(chǎn)任務(wù)所需要的催化劑用量和反應(yīng)器體積較小。流體通過床層的劑用量和反應(yīng)器體積較小。流體通過床層的停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適當(dāng)停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，因而有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和調(diào)節(jié)，因而有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。固定床內(nèi)的催化劑不易磨損，可以選擇性。固定床內(nèi)的催化劑不易磨損，可以較長時(shí)間連續(xù)使用。適宜于在高溫高壓條件較長時(shí)間連續(xù)

39、使用。適宜于在高溫高壓條件下操作。下操作。 v但是，由于固體催化劑在床層中靜止不動(dòng)，而且催但是，由于固體催化劑在床層中靜止不動(dòng)，而且催化劑載體往往導(dǎo)熱性能不良，氣體流速又受壓降限化劑載體往往導(dǎo)熱性能不良，氣體流速又受壓降限制不能太大，因此固定床傳熱性能較差，溫度控制制不能太大，因此固定床傳熱性能較差，溫度控制較困難。較困難。尤其是對于放熱反應(yīng)尤其是對于放熱反應(yīng)，在換熱式反應(yīng)器的，在換熱式反應(yīng)器的入口處反應(yīng)物濃度較高時(shí)，則反應(yīng)速度較快，放出入口處反應(yīng)物濃度較高時(shí)，則反應(yīng)速度較快，放出的反應(yīng)熱量往往來不及移走，因而使反應(yīng)物料溫度的反應(yīng)熱量往往來不及移走，因而使反應(yīng)物料溫度升高，促使反應(yīng)以更快的速度

40、進(jìn)行，從而放出更多升高，促使反應(yīng)以更快的速度進(jìn)行，從而放出更多的熱量，導(dǎo)致反應(yīng)物料的溫度繼續(xù)升高以致超過工的熱量，導(dǎo)致反應(yīng)物料的溫度繼續(xù)升高以致超過工藝允許的最高溫度，甚至?xí)タ刂疲档土朔磻?yīng)藝允許的最高溫度，甚至?xí)タ刂?，降低了反?yīng)的選擇性、催化劑的活性和壽命。同時(shí)設(shè)備的強(qiáng)度的選擇性、催化劑的活性和壽命。同時(shí)設(shè)備的強(qiáng)度等性能也受到了嚴(yán)重的危害。此外，等性能也受到了嚴(yán)重的危害。此外，固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器不能使用細(xì)粒催化劑不能使用細(xì)粒催化劑，否則流體阻力增大，影響正，否則流體阻力增大，影響正常操作。常操作。v隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種型式的固隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種型式的固定床

41、反應(yīng)器，以適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱定床反應(yīng)器，以適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱方式，主要分為方式，主要分為絕熱式和換熱式絕熱式和換熱式兩大類。兩大類。v( (一一) )絕熱式固定床反應(yīng)器絕熱式固定床反應(yīng)器 v在反應(yīng)過程中不與外界進(jìn)行熱量交換的反應(yīng)在反應(yīng)過程中不與外界進(jìn)行熱量交換的反應(yīng)器稱為絕熱式反應(yīng)器，又分為單段絕熱式和器稱為絕熱式反應(yīng)器，又分為單段絕熱式和多段絕熱式。多段絕熱式。 v在工業(yè)上選擇在工業(yè)上選擇固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)考慮時(shí)，應(yīng)考慮以下條件以下條件：v保證徑向、軸向溫度分布均勻，并使反保證徑向、軸向溫度分布均勻，并使反應(yīng)維持在最適宜的溫度范圍；催化劑裝應(yīng)維持在最適宜的溫度范圍；催

42、化劑裝量充足，并能充分發(fā)揮作用；氣體物料量充足，并能充分發(fā)揮作用；氣體物料通過催化劑床層的阻力要小，并可加大通過催化劑床層的阻力要小，并可加大空間速度以強(qiáng)化生產(chǎn)，滿足工藝要求，空間速度以強(qiáng)化生產(chǎn)，滿足工藝要求，提高產(chǎn)品收率等。此外還要考慮設(shè)備結(jié)提高產(chǎn)品收率等。此外還要考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠等因素。構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠等因素。五、流化床反應(yīng)器五、流化床反應(yīng)器v流體原料以一定的流動(dòng)速度使催化劑顆粒呈流體原料以一定的流動(dòng)速度使催化劑顆粒呈懸浮湍動(dòng)，并在催化劑作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)懸浮湍動(dòng)，并在催化劑作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，稱為流化床反應(yīng)器。它是氣固相催的設(shè)備，稱為流化床反應(yīng)器。它是

43、氣固相催化反應(yīng)常用的一種反應(yīng)器。化反應(yīng)常用的一種反應(yīng)器。 v ( (一一) )流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)流化床反應(yīng)器的特點(diǎn) : : 在流化床反在流化床反應(yīng)器中，床層上的固體催化劑顆粒在氣流的應(yīng)器中，床層上的固體催化劑顆粒在氣流的作用下劇烈攪動(dòng)，上下沉浮，能像流體一樣作用下劇烈攪動(dòng)，上下沉浮，能像流體一樣運(yùn)動(dòng)。它與固定床反應(yīng)器相比有如下特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。它與固定床反應(yīng)器相比有如下特點(diǎn): :v(1)(1)由于流化床所用固體顆粒比固定床由于流化床所用固體顆粒比固定床小得多小得多，因而具有較大的比表面積，使得流化床單位因而具有較大的比表面積，使得流化床單位體積內(nèi)氣固相間接觸面積很大，并且降低了體積內(nèi)氣固相間接觸面積很

44、大，并且降低了內(nèi)擴(kuò)散阻力，增加了內(nèi)表面的利用率，從而內(nèi)擴(kuò)散阻力，增加了內(nèi)表面的利用率，從而提高了相界面的傳質(zhì)、傳熱速度。又由于床提高了相界面的傳質(zhì)、傳熱速度。又由于床層內(nèi)氣流與顆粒劇烈攪動(dòng)混合，使床層溫度層內(nèi)氣流與顆粒劇烈攪動(dòng)混合，使床層溫度分布均勻，避免了局部過熱或局部反應(yīng)不完分布均勻，避免了局部過熱或局部反應(yīng)不完全的現(xiàn)象，這對于某些強(qiáng)放熱反應(yīng)過程是十全的現(xiàn)象，這對于某些強(qiáng)放熱反應(yīng)過程是十分重要的。分重要的。 v(2)(2)由于流化床內(nèi)固體顆粒不斷沖刷換熱由于流化床內(nèi)固體顆粒不斷沖刷換熱器表面的激烈運(yùn)動(dòng)，促使壁面氣膜變薄，器表面的激烈運(yùn)動(dòng)，促使壁面氣膜變薄，使床面不斷更新，從而提高了床層對壁

45、使床面不斷更新，從而提高了床層對壁面的給熱系數(shù)，因此所需換熱器的傳熱面的給熱系數(shù)，因此所需換熱器的傳熱面積較小。面積較小。 v(3)(3)由于流化床中的固體顆粒有類似于流由于流化床中的固體顆粒有類似于流體的流動(dòng)性，因此從床層中取出顆?；蝮w的流動(dòng)性，因此從床層中取出顆?；蛳虼矊又屑尤胄碌念w粒都很方便，可使向床層中加入新的顆粒都很方便，可使反應(yīng)過程和再生過程實(shí)現(xiàn)連續(xù)化及自動(dòng)反應(yīng)過程和再生過程實(shí)現(xiàn)連續(xù)化及自動(dòng)控制。控制。v(4)(4)流化床內(nèi)氣流和固體顆粒沿設(shè)備軸向流化床內(nèi)氣流和固體顆粒沿設(shè)備軸向混合混合( (返混返混) )很嚴(yán)重，使已反應(yīng)的物質(zhì)返很嚴(yán)重，使已反應(yīng)的物質(zhì)返回，稀釋了參加反應(yīng)的物質(zhì)，致

46、使反應(yīng)回，稀釋了參加反應(yīng)的物質(zhì)，致使反應(yīng)速度降低。又由于氣體部分成為大氣泡速度降低。又由于氣體部分成為大氣泡通過床層使氣固接觸不良，催化劑的利通過床層使氣固接觸不良，催化劑的利用率降低，氣體在床層內(nèi)的停留時(shí)間分用率降低，氣體在床層內(nèi)的停留時(shí)間分布不均勻，因而增加了副反應(yīng)，導(dǎo)致反布不均勻，因而增加了副反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率下降和選擇性變差。應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率下降和選擇性變差。v(5)(5)由于固體顆粒間劇烈碰撞，造成催化劑磨由于固體顆粒間劇烈碰撞，造成催化劑磨損破碎，增加了催化劑的損失和防塵的困難。損破碎，增加了催化劑的損失和防塵的困難。同時(shí)，由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容同時(shí)，由于固體顆粒的

47、磨蝕作用，管子和容器的磨損也很嚴(yán)重。器的磨損也很嚴(yán)重。 v由此可見由此可見，對于熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱反，對于熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱反應(yīng)，要求有均勻的催化劑溫度并需要精確控應(yīng)，要求有均勻的催化劑溫度并需要精確控制溫度的化學(xué)反應(yīng)；催化劑使用壽命短，操制溫度的化學(xué)反應(yīng)；催化劑使用壽命短，操作較短時(shí)間就要更新或活化的反應(yīng)；某些可作較短時(shí)間就要更新或活化的反應(yīng)；某些可以在高濃度下比較安全操作的氧化反應(yīng)等，以在高濃度下比較安全操作的氧化反應(yīng)等，都比較適用流化床反應(yīng)器，對于要求高轉(zhuǎn)化都比較適用流化床反應(yīng)器，對于要求高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)、要求催化劑床層溫度分布的反應(yīng)，率的反應(yīng)、要求催化劑床層溫度分布的反應(yīng)，一般不

48、適于使用流化床反應(yīng)器。一般不適于使用流化床反應(yīng)器。( (二二) )流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)v流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式很多，一般有流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式很多，一般有以下幾種類型。以下幾種類型。 v1 1按照固體顆粒是否循環(huán)分類按照固體顆粒是否循環(huán)分類 v 流化床可分為單器或稱非循環(huán)操作的流化床可分為單器或稱非循環(huán)操作的流化床及雙器或稱循環(huán)操作的流化床。流化床及雙器或稱循環(huán)操作的流化床。v單器流化床在工業(yè)單器流化床在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，上應(yīng)用最為廣泛，如乙烯氧氯化流化如乙烯氧氯化流化床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)見圖見圖5 5一一1111，這類反，這類反應(yīng)器多用于催化劑應(yīng)器多用于催化劑

49、使用壽命較長的氣使用壽命較長的氣固相催化反應(yīng)過程。固相催化反應(yīng)過程。v雙器流化床多用于催化雙器流化床多用于催化劑使用壽命較短且容易劑使用壽命較短且容易再生的氣固相催化反應(yīng)再生的氣固相催化反應(yīng)過程過程，如石油煉制工業(yè)，如石油煉制工業(yè)中的催化裂化裝置，其中的催化裂化裝置，其結(jié)構(gòu)型式參見圖結(jié)構(gòu)型式參見圖512512。催化劑在反應(yīng)器和再生催化劑在反應(yīng)器和再生器之間的循環(huán)，是靠控器之間的循環(huán)，是靠控制兩器的密度差形成壓制兩器的密度差形成壓差實(shí)現(xiàn)的差實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閮善鏖g。因?yàn)閮善鏖g實(shí)現(xiàn)了催化劑的定量定實(shí)現(xiàn)了催化劑的定量定向流動(dòng)，所以同時(shí)完成向流動(dòng)，所以同時(shí)完成了催化反應(yīng)和再生燒焦了催化反應(yīng)和再生燒焦的連續(xù)操

50、作過程。的連續(xù)操作過程。2 2按照床層的外形分類按照床層的外形分類v流化床可分為圓筒形和圓錐形流化床。流化床可分為圓筒形和圓錐形流化床。以上皆為圓筒形流化床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)以上皆為圓筒形流化床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，設(shè)備容積利用率高，簡單，制造容易，設(shè)備容積利用率高，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面都積累了較豐富的經(jīng)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面都積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，獲得了廣泛應(yīng)用。驗(yàn)，獲得了廣泛應(yīng)用。v圓錐圓錐形流形流化床化床的結(jié)的結(jié)構(gòu)型構(gòu)型式參式參見圖見圖513513。3 3按照床層中是否置有內(nèi)部構(gòu)件分類按照床層中是否置有內(nèi)部構(gòu)件分類v流化床可分為流化床可分為自由床和限制床自由床和限制床。床層中設(shè)置。床層中設(shè)置內(nèi)部

51、構(gòu)件的稱為限制床，反之稱為自由床。內(nèi)部構(gòu)件的稱為限制床，反之稱為自由床。設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件的目的在于增進(jìn)氣固接觸，減設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件的目的在于增進(jìn)氣固接觸，減少氣體返混，改善氣體停留時(shí)間分布，提高少氣體返混，改善氣體停留時(shí)間分布，提高床層的穩(wěn)定性，從而使高床層和高流速操作床層的穩(wěn)定性，從而使高床層和高流速操作成為可能。這些條件對于反應(yīng)速度慢、級(jí)數(shù)成為可能。這些條件對于反應(yīng)速度慢、級(jí)數(shù)高和副反應(yīng)嚴(yán)重的氣高和副反應(yīng)嚴(yán)重的氣固相催化反應(yīng)來說都是固相催化反應(yīng)來說都是很重要的，因此許多流化床催化反應(yīng)器都采很重要的，因此許多流化床催化反應(yīng)器都采用限制床，即采用擋網(wǎng)、擋板等作為內(nèi)部構(gòu)用限制床，即采用擋網(wǎng)、擋板等作為內(nèi)

52、部構(gòu)件。件。 4 4按照反應(yīng)器內(nèi)層數(shù)的多少分類按照反應(yīng)器內(nèi)層數(shù)的多少分類v流化床可分為單層和多層流化床可分為單層和多層流化床。對氣固相催化反流化床。對氣固相催化反應(yīng)主要是應(yīng)用單層流化床。應(yīng)主要是應(yīng)用單層流化床。但在單層流化床中，氣固但在單層流化床中，氣固相間不能進(jìn)行逆相操作，相間不能進(jìn)行逆相操作，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較低，氣固反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較低，氣固接觸時(shí)間短，而且滿足不接觸時(shí)間短，而且滿足不了某些過程需要了某些過程需要在不同的在不同的階段控制不同反應(yīng)溫度階段控制不同反應(yīng)溫度的的要求，這時(shí)可采用多層式要求，這時(shí)可采用多層式流化床。用于石灰石焙燒流化床。用于石灰石焙燒的多層式流化床的結(jié)構(gòu)的多層式流化床的結(jié)

53、構(gòu)見圖見圖514514。v在多層式流化床中，在多層式流化床中，氣流由下往上通過氣流由下往上通過各段床層，流態(tài)化各段床層，流態(tài)化的固體顆粒則沿著的固體顆粒則沿著溢流管從上往下溢流管從上往下依依次次“流過流過”各層分各層分布板，其布板，其流型有如流型有如板式精餾塔板式精餾塔，只是，只是“流動(dòng)流動(dòng)”的是流態(tài)的是流態(tài)化的固體，而不是化的固體，而不是液體。液體。v生產(chǎn)丙烯腈生產(chǎn)丙烯腈的流化床反的流化床反應(yīng)器是有代應(yīng)器是有代表性的單器表性的單器流化床反應(yīng)流化床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)器，其結(jié)構(gòu)見圖見圖515515。第三節(jié)第三節(jié) 反應(yīng)設(shè)備的使用與維護(hù)反應(yīng)設(shè)備的使用與維護(hù)v一、釜式反應(yīng)一、釜式反應(yīng)器的運(yùn)行與操器的運(yùn)行與

54、操作作, ,圖圖51 651 6為為生產(chǎn)高密度低生產(chǎn)高密度低壓聚乙烯的攪壓聚乙烯的攪拌釜聚合系統(tǒng)，拌釜聚合系統(tǒng)，這是目前典型這是目前典型的、在工業(yè)上的、在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛的聚合系統(tǒng)。的聚合系統(tǒng)。(一一)開車開車v1.通入氮?dú)鈱酆舷到y(tǒng)進(jìn)行通入氮?dú)鈱酆舷到y(tǒng)進(jìn)行試漏試漏、氮?dú)狻⒌獨(dú)庵脫Q。置換。v2.檢查轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的潤滑情況，投運(yùn)冷卻水、蒸汽、檢查轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的潤滑情況，投運(yùn)冷卻水、蒸汽、熱水、氮?dú)?、工廠風(fēng)、儀表風(fēng)、潤滑油、密封油熱水、氮?dú)狻⒐S風(fēng)、儀表風(fēng)、潤滑油、密封油等系統(tǒng)，投運(yùn)儀表、電氣、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，向聚等系統(tǒng)，投運(yùn)儀表、電氣、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，向聚合釜中加入溶劑或液態(tài)聚合單體，當(dāng)釜內(nèi)

55、液體淹合釜中加入溶劑或液態(tài)聚合單體，當(dāng)釜內(nèi)液體淹沒最低一層攪拌葉后啟動(dòng)聚合釜攪拌器，繼續(xù)向沒最低一層攪拌葉后啟動(dòng)聚合釜攪拌器，繼續(xù)向釜內(nèi)加入溶劑或單體，直到達(dá)正常料位為止。釜內(nèi)加入溶劑或單體，直到達(dá)正常料位為止。v3.升溫升溫使釜溫達(dá)到正常值，在升溫的過程中，當(dāng)使釜溫達(dá)到正常值，在升溫的過程中，當(dāng)溫度達(dá)到某一規(guī)定值時(shí)，向釜內(nèi)加催化劑、單體、溫度達(dá)到某一規(guī)定值時(shí)，向釜內(nèi)加催化劑、單體、溶劑、分子量調(diào)節(jié)劑等，同時(shí)控制聚合溫度、壓溶劑、分子量調(diào)節(jié)劑等，同時(shí)控制聚合溫度、壓力、聚合釜料位等工藝指示，使之達(dá)正常值。力、聚合釜料位等工藝指示，使之達(dá)正常值。( (二二) )聚合系統(tǒng)的操作聚合系統(tǒng)的操作v1

56、1溫度控制溫度控制v控制好聚合溫度對于聚合系統(tǒng)操作是最關(guān)鍵的，控制控制好聚合溫度對于聚合系統(tǒng)操作是最關(guān)鍵的，控制聚合溫度一般有如下三種方法。聚合溫度一般有如下三種方法。 v(1)(1)通過夾套冷卻水換熱。通過夾套冷卻水換熱。 v(2)(2)如圖如圖516516所示，由循環(huán)風(fēng)機(jī)所示，由循環(huán)風(fēng)機(jī)C C、氣相換熱器、氣相換熱器E E。、。、聚合釜組成氣相外循環(huán)系統(tǒng)，通過氣相換熱器聚合釜組成氣相外循環(huán)系統(tǒng)，通過氣相換熱器E E。能夠。能夠調(diào)節(jié)循環(huán)氣體的溫度，并使其中的易冷凝氣相冷凝，調(diào)節(jié)循環(huán)氣體的溫度，并使其中的易冷凝氣相冷凝，冷凝液流回聚合釜，從而達(dá)到控制聚合溫度的目的。冷凝液流回聚合釜，從而達(dá)到控

57、制聚合溫度的目的。這種取熱方法稱為氣相外循環(huán)取熱。這種取熱方法稱為氣相外循環(huán)取熱。 v(3)(3)如圖如圖516516所示，由漿液循環(huán)泵所示，由漿液循環(huán)泵P P、漿液換熱器、漿液換熱器E E：和聚合釜組成漿液外循環(huán)系統(tǒng)，通過漿液換熱器和聚合釜組成漿液外循環(huán)系統(tǒng)，通過漿液換熱器E E：能：能夠調(diào)節(jié)循環(huán)漿液的溫度，從而達(dá)到控制聚合溫度的目夠調(diào)節(jié)循環(huán)漿液的溫度，從而達(dá)到控制聚合溫度的目的，這種取熱方法稱為裝液外循環(huán)取熱。的，這種取熱方法稱為裝液外循環(huán)取熱。 v究竟采用哪種取熱方式，主要決定于聚合釜的容積以究竟采用哪種取熱方式，主要決定于聚合釜的容積以及聚合單體、溶劑、聚合漿液的性質(zhì)。大型聚合釜往及聚

58、合單體、溶劑、聚合漿液的性質(zhì)。大型聚合釜往往同時(shí)采用兩種以上的取熱方法。往同時(shí)采用兩種以上的取熱方法。2 2壓力控制壓力控制 v在在聚合溫度恒定聚合溫度恒定的情況下，聚合單體為的情況下，聚合單體為氣相時(shí)聚合釜的壓力主要通過催化劑的氣相時(shí)聚合釜的壓力主要通過催化劑的加料量和聚合單體的加料量加料量和聚合單體的加料量來控制，聚來控制，聚合單體為液相時(shí)聚合釜壓力主要決定單合單體為液相時(shí)聚合釜壓力主要決定單體的蒸氣分壓，也就是聚合溫度。聚合體的蒸氣分壓，也就是聚合溫度。聚合釜?dú)庀嘀?，不凝的惰性氣體的含量過高釜?dú)庀嘀?，不凝的惰性氣體的含量過高是造成聚合釜壓力超高的原因之一，此是造成聚合釜壓力超高的原因之一

59、，此時(shí)需放火炬，以降低聚合釜的壓力。時(shí)需放火炬，以降低聚合釜的壓力。3 3料位控制料位控制v聚合釜料位應(yīng)該嚴(yán)格控制，一般控制在聚合釜料位應(yīng)該嚴(yán)格控制，一般控制在7070左右，連續(xù)聚合時(shí)通過聚合漿液的左右，連續(xù)聚合時(shí)通過聚合漿液的出料速率來控制，聚合釜必須有自動(dòng)料出料速率來控制，聚合釜必須有自動(dòng)料位控制系統(tǒng)，以確保料位準(zhǔn)確控制。位控制系統(tǒng)，以確保料位準(zhǔn)確控制。料料位控制過低，聚合產(chǎn)率低，料位控制過位控制過低，聚合產(chǎn)率低，料位控制過高甚至滿釜，就會(huì)造成聚合漿液進(jìn)入換高甚至滿釜，就會(huì)造成聚合漿液進(jìn)入換熱器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備中造成事故。熱器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備中造成事故。4 4漿液濃度控制漿液濃度控制v控制聚合漿液

60、濃度也非常重要。漿液過濃，造成控制聚合漿液濃度也非常重要。漿液過濃，造成攪拌器電動(dòng)機(jī)電流過高，引起超負(fù)載跳閘、停轉(zhuǎn)。攪拌器電動(dòng)機(jī)電流過高，引起超負(fù)載跳閘、停轉(zhuǎn)。這就會(huì)造成釜內(nèi)聚合物結(jié)塊，甚至引發(fā)飛溫、爆這就會(huì)造成釜內(nèi)聚合物結(jié)塊，甚至引發(fā)飛溫、爆聚事故，停止攪拌是造成爆聚事故的主要原因之聚事故，停止攪拌是造成爆聚事故的主要原因之一。控制漿液濃度主要是通過控制溶劑的加入量一。控制漿液濃度主要是通過控制溶劑的加入量和聚合產(chǎn)率來實(shí)現(xiàn)的。聚合產(chǎn)率的高低在聚合溫和聚合產(chǎn)率來實(shí)現(xiàn)的。聚合產(chǎn)率的高低在聚合溫度和單體加入量不變的情況下，主要通過催化劑度和單體加入量不變的情況下，主要通過催化劑加入量來調(diào)節(jié)。在發(fā)生