第五章_反應(yīng)設(shè)備的使用與維護(hù)

1、第五章第五章 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第二節(jié) 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)第三節(jié) 反應(yīng)設(shè)備的使用及維護(hù)第一節(jié)第一節(jié) 反應(yīng)設(shè)備的工作過程及類型反應(yīng)設(shè)備的工作過程及類型定義：用于完成化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備稱為反應(yīng)設(shè)備（也稱反應(yīng)器）。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 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、物料傳熱、傳質(zhì)等物理傳遞過程 。 反應(yīng)器的工作過程就是以化學(xué)動力學(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、相互影響的復(fù)雜過程。一個(gè)設(shè)計(jì)合理、性能良好

2、的反應(yīng)器，應(yīng)能滿足如下幾方面的要求：滿足化學(xué)動力學(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、目的產(chǎn)品多、副產(chǎn)物少。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)過程在適宜的溫度下進(jìn)行。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，保證設(shè)備經(jīng)久耐用，生產(chǎn)安全可靠。1. 制造容易，安裝、檢修方便，操作調(diào)節(jié)靈活，生產(chǎn)周期長。二、反應(yīng)設(shè)備的類型二、反應(yīng)設(shè)備的類型第二節(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)一、釜式反應(yīng)器（槽式反應(yīng)器）優(yōu)點(diǎn)：適用的溫度和壓力范圍寬、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。缺點(diǎn)：用在較高轉(zhuǎn)化率工藝要求時(shí)，需要較大容

3、積。 適用范圍：通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)用此類反應(yīng)器最為普遍?；窘Y(jié)構(gòu)：殼體攪拌器密封裝置換熱裝置1、殼體結(jié)構(gòu)包括：筒體、底、蓋（封頭）、人孔或手孔、視鏡及各種工藝接管口等。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。手孔或人孔是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝拆卸設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件而設(shè)置的。釜式反應(yīng)器的視鏡主要是為了觀察設(shè)備內(nèi)部的物料反應(yīng)情況。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。2、攪拌器攪拌器是釜式反應(yīng)器最重要部件，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。常用攪拌器有槳式、框式、錨式、旋槳式、渦輪式和

4、螺帶式等。槳式、框式和錨式攪拌器均屬于低速攪拌器，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的特點(diǎn)。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 槳式攪拌器由鋼條制成，一端為平軛形，是攪拌器中結(jié)構(gòu)最簡單的一種。因槳葉水平裝設(shè)，故可造成水平液流，一般僅適用于不需要?jiǎng)×一旌系倪^程。 框式攪拌器在水平槳之外增設(shè)垂直槳葉，形成一個(gè)框，可較好地?cái)嚢枰后w。 錨式攪拌器由鑄鐵制成，形狀如錨，轉(zhuǎn)動時(shí)幾乎觸及釜體的內(nèi)壁，可及時(shí)刮除壁面沉積物，有利于傳熱。此種攪拌器適用于粘稠物料的攪拌。 旋槳式攪拌器用23片推進(jìn)式槳葉裝于轉(zhuǎn)

5、軸上而成。具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、可在較小的功率下得到高速旋轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但攪拌較高粘度液體時(shí)，攪拌效率不高。 渦輪攪拌器由一個(gè)或數(shù)個(gè)裝置在直軸上的渦輪所構(gòu)成。最適用于大的連續(xù)攪拌操作，除稠厚的漿糊物料外，幾乎可應(yīng)用于任何情況。缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高。3、密封裝置 靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)運(yùn)的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，以防止釜內(nèi)物料泄漏。 軸封裝置主要有填料密封和機(jī)械密封兩種。 填料密封的結(jié)構(gòu)大體上如圖所示，它是由襯套、填料箱體、填料環(huán)、壓蓋、壓緊螺栓等組成。 機(jī)械密封是一種功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封，被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。與填料密封相比，機(jī)械密封的泄漏率大約為填料密封

6、的百分之一。機(jī)械密封在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除了裝在軸上的浮動環(huán)由于磨損需作軸向移動補(bǔ)償外，安裝在浮動環(huán)上的輔助密封則隨浮動環(huán)沿軸表面作微小的軸向移動，故軸或軸套被磨損是微不足道的。因而可免去軸或軸套的維修。由于機(jī)械密封有很多優(yōu)點(diǎn)，因此，在攪拌設(shè)備上已被大量采用。雙端面機(jī)械密封的具體結(jié)構(gòu) 機(jī)械密封的原理是：當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)置在垂直于轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)密封面（其中一個(gè)安裝在軸上隨軸轉(zhuǎn)動，另一個(gè)安裝在靜止的機(jī)殼上），通過彈簧力的作用，始終使它們保持接觸，并作相對運(yùn)動，使泄漏不致發(fā)生。機(jī)械密封常因軸的尺寸和使用壓力增加而使結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。在機(jī)械密封中，由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)密封環(huán)須作相對運(yùn)動，因而產(chǎn)生磨損和熱，為了使密封得到潤滑和冷卻必

7、須使冷卻潤滑液在密封腔中不斷循環(huán)。4、換熱裝置 換熱裝置是用來加熱和冷卻反應(yīng)物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。 各種換熱裝置的選擇主要決定傳熱表面是否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質(zhì)的溫度和壓力等因素。二、管式反應(yīng)器 管式反應(yīng)器主要用于氣相、液相、氣-液相連續(xù)反應(yīng)過程，由單根（直管或盤管）連續(xù)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。優(yōu)點(diǎn)：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；缺點(diǎn)：反應(yīng)速度較慢時(shí)，則所需管子長，壓降較大。單管式反應(yīng)器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)較大的均相反應(yīng)過

8、程。多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)還可填固體顆粒，以提高流體湍動或促進(jìn)非均一流體相的良好接觸，并可用來儲存熱量以更好地控制反應(yīng)器的溫度。適用于氣-固、液-固非均相催化反應(yīng)過程。單管式反應(yīng)器單管式反應(yīng)器三、鼓泡塔反應(yīng)器 氣體以鼓泡形式通過液層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的塔式反應(yīng)器，稱為鼓泡塔反應(yīng)器。它廣泛用于氣-液相反應(yīng)過程。 鼓泡塔反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)是內(nèi)盛液體的空心圓筒，底部裝有氣體分布器，殼外裝有夾套或其他型式換熱器或設(shè)有擴(kuò)大段、液滴捕集器等。水平多孔隔板：提高氣體分散程度和減少液體軸向循環(huán)。夾套換熱裝置：當(dāng)吸收或反應(yīng)過程熱效應(yīng)不大時(shí)，可采用此裝置。換熱蛇管或塔外換熱裝置：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大時(shí)可采用此裝置。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)

9、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（如襯橡膠、瓷磚、搪瓷等）后可以處理腐蝕性介質(zhì)。缺點(diǎn)：在簡單鼓泡塔內(nèi)不能處理密度不均一的液體。 填料鼓泡塔：為增加氣、液相接觸面積和減少返混，在塔內(nèi)的液體層中放置填料。 該塔與一般的填料塔不同，其填料是浸沒在液體中，填料間的空隙全是鼓泡液體。 該塔中液體在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間很短，因此雖有利于傳質(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效果好。四、固定床反應(yīng)器 凡是流體通過不動的固體形成的床層而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器。該反應(yīng)器尤其適用于氣-固相催化反應(yīng)過程。優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)速度較快，為完成同樣生產(chǎn)任務(wù)所需要

10、的催化劑用量和反應(yīng)器體積較小。有利于提高化學(xué)反應(yīng)的較化率和選擇性。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。 適宜在高溫高壓條件下操作。缺點(diǎn)：固定床會傳熱性較差，溫度控制較困難。 固定床反應(yīng)器不能使用細(xì)粒催化劑，否則流體阻力增大，影響正常操作。 隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種型式的固定隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種型式的固定床反應(yīng)器，以適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱方式，主床反應(yīng)器，以適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱方式，主要分為絕熱式和換熱式兩大類。要分為絕熱式和換熱式兩大類。（一）絕熱式固定床反應(yīng)器1、單段絕熱式反應(yīng)器 一般為一高徑比不大的圓筒體，除在圓筒體下部裝有柵板外，內(nèi)部無其他構(gòu)件，柵板上部

11、均勻堆置催化劑。反應(yīng)氣體經(jīng)預(yù)熱到適當(dāng)溫度后，從圓筒體上部通入，經(jīng)過氣體預(yù)分布裝置，均勻通過催化劑層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由下部引出。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，反應(yīng)器體積利用率較高；缺點(diǎn)：整個(gè)反應(yīng)過程沒有換熱或僅僅依靠床壁散熱，當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大，而反應(yīng)速度較慢時(shí)，則不能僅設(shè)置一層催化劑，因此僅適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較小、反應(yīng)溫度允許波動范圍較寬、單程轉(zhuǎn)化率較低的反應(yīng)過程；2、多段絕熱式反應(yīng)器多段絕熱式反應(yīng)器又分為中間換熱式和冷激式。中間換熱式是在段間裝有換熱器，其作用是上一段的反應(yīng)氣冷卻，換熱設(shè)備可放在反應(yīng)器外，也可放在反應(yīng)器內(nèi)。冷激式是用冷激氣直接與反應(yīng)器內(nèi)的氣體混合，以降低反應(yīng)溫度。根據(jù)冷激氣體的不

12、同，又可分為原料氣冷激式反應(yīng)器和非原料氣冷激式反應(yīng)器。（二）換熱式固定床反應(yīng)器 當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大時(shí)，為了維護(hù)適宜的溫度條件，必須利用換熱介質(zhì)來移走或供給熱量。按換熱介質(zhì)不同，可分為對外換熱式反應(yīng)器和自身換熱式反應(yīng)器。1、對外換熱式反應(yīng)器 以各種熱載體為換熱介質(zhì)的換熱式反應(yīng)器稱為對外換熱式（或外換熱式）反應(yīng)器。 在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是換熱較好的列管式固定床反應(yīng)器。通常在管內(nèi)充填催化劑，管間通熱載體，氣體原料自上而下通過催化劑床去進(jìn)行反應(yīng)，而反應(yīng)熱由床層通過管壁與管外的熱載體進(jìn)行熱交換。這種反應(yīng)器既適用于放熱反應(yīng)，也適用于吸熱反應(yīng)。 特點(diǎn)：換熱效果較好，催化劑層的溫度較易控制，特別適用于以中間產(chǎn)

13、物為目的的強(qiáng)放熱復(fù)雜反應(yīng)過程。又因反應(yīng)器內(nèi)物料流動近似于理想平推流，有可能將副反應(yīng)限制在較低程度。但這種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且不宜在高壓條件下操作。2、自身換熱式反應(yīng)器 在反應(yīng)器內(nèi)，換熱介質(zhì)為原料氣，并通過管壁與反應(yīng)物料進(jìn)行換熱以維持反應(yīng)溫度的反應(yīng)器。只適用于熱效應(yīng)不大的放熱反應(yīng)以及高壓條件的反應(yīng)過程。優(yōu)點(diǎn)是既能做到熱量自給，又不需要另設(shè)高壓換熱設(shè)備。選擇固定床反應(yīng)器的原則：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，并可加大空間速度以強(qiáng)化生產(chǎn)，滿足工藝要求，提高產(chǎn)品收率。 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠

14、。五、流化床反應(yīng)器 流體原料以一定的流動速度使催化劑顆粒呈懸浮湍動，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。它是氣固相催化反應(yīng)常用的一種反應(yīng)器。特點(diǎn)：由于流化床所用固體顆粒比固定床小得多，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。 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，促使壁面氣膜變薄，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積較小。由于流化床中的固體顆粒有類似于流體的流動性，因此從床層中取出顆粒或向床層中加入新的顆粒都很方便，可使反應(yīng)過

15、程和再生過程實(shí)現(xiàn)連續(xù)化及自動化。流化床內(nèi)氣流和固體顆粒沿設(shè)備軸向混合（返混）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)，致使反應(yīng)速度降低。又由于氣體部分成為大氣泡通過床層接觸不良，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。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。同時(shí)，由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損也很嚴(yán)重。適用范圍熱效應(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)；某些可以在高濃度下比較安全操作的

16、氧化反應(yīng)。不適用范圍：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)（二）流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)（二）流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)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)一、釜式反應(yīng)器的運(yùn)行與操作（一）開車通往氮?dú)鈱酆舷到y(tǒng)進(jìn)行試漏、氮?dú)庵脫Q；檢查轉(zhuǎn)動設(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)液體淹沒最低一層攪拌葉后啟動釜攪拌器；繼續(xù)加入溶劑或單體，直到達(dá)正常料位為止；開始升溫，當(dāng)溫度達(dá)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；控制聚合溫度、壓力、聚合釜料位等工藝指示，

17、使之達(dá)到正常值。（二）聚合系統(tǒng)的操作1、溫度控制（關(guān)鍵操作）控制聚合溫度的三種方法：控制聚合溫度的三種方法：通過夾套冷卻水換熱；通過夾套冷卻水換熱；氣相外循環(huán)取熱；氣相外循環(huán)取熱；裝液外循環(huán)取熱。裝液外循環(huán)取熱。2、壓力控制聚合單體為氣相時(shí)：聚合釜壓力通過催化劑的加料量和聚合單體的加料量來控制； 聚合單體為液相時(shí)，聚合釜壓力主要取決于單體的蒸汽分壓(即聚合溫度）。3、料位控制 連續(xù)聚合時(shí)通過聚合漿液的出料速率來控制。料位一般控制在70%左右，料位控制過低，聚合產(chǎn)率低，料位控制過高，會造成聚合漿液進(jìn)入換熱器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備中造成事故。4、漿液濃度控制 主要通過控制溶劑的加入量和聚合產(chǎn)率來實(shí)現(xiàn)。 聚合

18、產(chǎn)率的高低在聚合溫度的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)生聚合溫度失控時(shí)，應(yīng)立即停進(jìn)催化劑、聚合單體，增加溶劑進(jìn)料量，加大循環(huán)冷卻水量，緊急放火矩泄壓，向后系統(tǒng)排聚合漿液，并適時(shí)加入阻聚劑。發(fā)生停攪拌事故時(shí)應(yīng)立即加入阻聚劑，并采取其他相應(yīng)的措施。（三）停車停進(jìn)催化劑、單體，溶劑繼續(xù)加入，維持聚合系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行一會兒；在聚合反應(yīng)停止后，停進(jìn)所有物料，卸料，停攪拌器和其他運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備； 用氮?dú)庵脫Q，置換合格后待檢修。二、固定床反應(yīng)器的運(yùn)行與操作(以加氫裂化反應(yīng)器為例）（一）正常操作及控制1、反應(yīng)溫度調(diào)控2、反應(yīng)壓力調(diào)控3、其它因素（氫油比，空速等）1、反應(yīng)溫度調(diào)控催化劑床層溫度是

19、反應(yīng)部分最重要的工藝參數(shù)。提高反應(yīng)溫度的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：加快反應(yīng)速度 ，加深原料的裂解程度，增加生成油中低沸點(diǎn)組成含量，增高氣體產(chǎn)率。缺點(diǎn)：加快催化劑表面積炭結(jié)焦速度，影響使用壽命。 通常在催化劑活性允許的條件下，采用盡可能低的反應(yīng)溫度。調(diào)控反應(yīng)溫度應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：控制反應(yīng)器入口溫度。 以加熱爐式換熱器提供熱源的反應(yīng)，要嚴(yán)格控制反應(yīng)器入口物流的溫度，即控制加熱爐出口溫度或換熱器終溫，這 裝置重要的工藝指標(biāo)?？刂品磻?yīng)床層間的急冷氫量。 正常操作中，用調(diào)節(jié)急冷氫量來降低床層溫度。原料組成的變化會引起溫度的變化。 原料組成發(fā)生變化，在加氫條件下，反應(yīng)熱也會變化，從而會引起床層溫度的變化 。注意反應(yīng)器初期與末期溫度的調(diào)控。 通常在開工初期，催化劑的活性較高，反應(yīng)溫度可低一些；隨著開工時(shí)間的延續(xù)，催化劑的活性有所下降，可在允許范圍內(nèi)適應(yīng)提高反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度的限制。 不同反應(yīng)過程，對溫度的限制不一樣。2、反應(yīng)壓力調(diào)控 加氫裂化是氫氣存在下的高壓反應(yīng)。反應(yīng)壓力主要是氫氣的分壓。提高氫分壓，可以促使加氫反應(yīng)的進(jìn)行，烯烴和芳烴的加氫反應(yīng)加快，脫硫、脫氮率提高，對膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的脫除有好處。 壓力的選擇除了考慮