(完整版)反應(yīng)釜課件

1、第十八章 反應(yīng)釜 釜式反應(yīng)器，攪拌反應(yīng)器 第一節(jié) 反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)圖 反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu), 主要由釜體、攪拌裝置、軸封和換熱裝置四大部分組成。 反應(yīng)釜是生產(chǎn)中廣泛采用的反應(yīng)器。 適用于液相均相反應(yīng)、氣液反應(yīng)、液液反應(yīng)、液固反應(yīng)、氣液固三相反應(yīng)。 釜式反應(yīng)器多設(shè)有攪拌裝置及傳熱裝置。既可以用于間歇（分批）也可以用于連續(xù)操作過(guò)程，既可以用單釜亦可用多釜連續(xù)操作。釜式反應(yīng)器的殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)包括筒體、底、蓋（或稱(chēng)封頭）、手孔或人孔、視鏡及各種工藝接管口等。殼體的材質(zhì) 殼體的材質(zhì)主要為鋼制反應(yīng)釜、鑄鐵反應(yīng)釜及搪玻璃反應(yīng)釜。 最常見(jiàn)的鋼制反應(yīng)釜的材料為Q235A（或容器鋼）。鋼制反應(yīng)釜的特點(diǎn)是制造工

2、藝簡(jiǎn)單、造價(jià)費(fèi)用較低，維護(hù)檢修方便，使用范圍廣泛，因此，化工生產(chǎn)普遍采用。由于材料Q235A不耐酸性介質(zhì)腐蝕，常用的還有不銹鋼材料制的反應(yīng)釜，可以耐一般酸性介質(zhì)。經(jīng)過(guò)鏡面拋光的不銹鋼制反應(yīng)釜還特別適用于高粘度體系聚合反應(yīng)。 鑄鐵反應(yīng)釜在氯化、磺化、硝化、縮合、硫酸增濃等反應(yīng)過(guò)程中使用較多。 搪玻璃反應(yīng)釜性能如下： 耐腐蝕性能耐大多數(shù)無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑等介質(zhì)腐蝕。搪玻璃設(shè)備不宜用于下列介質(zhì)的儲(chǔ)存和反應(yīng)：任何濃度和溫度的氫氟酸；PH12且溫度大于100的堿性介質(zhì)；溫度大于180、濃度大于30%的磷酸；酸堿交替的反應(yīng)過(guò)程；含氟離子的其他介質(zhì)。 耐熱性：允許在- 30+240范圍內(nèi)使 耐沖擊性，

3、耐沖擊性較小。 第二節(jié)釜體及傳熱裝置一、釜體的尺寸釜體的尺寸主要是確定它的容積、長(zhǎng)徑比和壁厚。1、反應(yīng)釜的容積 - 裝料系數(shù) 一般取0.60.8二、傳熱裝置 傳熱裝置是用來(lái)加熱或冷卻反應(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)形式主要有夾套式、蛇管式、列管式、外部循環(huán)式等，也可用直接火焰或電感加熱。 傳熱裝置是用來(lái)加熱或冷卻反應(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、列管式、外部循環(huán)式等，也可用直接火焰或電感加熱。傳熱裝置攪拌釜的各種換熱形式 夾套式 夾套是套在反應(yīng)器筒體外面能形成密封空間的容器，既簡(jiǎn)單又方便。夾套的高度取決于傳熱面積，而傳熱面積由工藝要求

4、確定。夾套高度一般應(yīng)高于料液的高度，應(yīng)比釜內(nèi)液面高出50100mm左右，以保證傳熱。夾套內(nèi)通蒸汽時(shí)，其蒸汽壓力一般不超過(guò)0.6MPa。當(dāng)反應(yīng)器的直徑大或者加熱蒸汽壓力較高時(shí)，夾套必須采取加強(qiáng)措施。分支撐短管加強(qiáng)的“蜂窩夾套”，沖壓式蜂窩夾套，角鋼焊在釜的外壁上夾套。 蛇管式當(dāng)工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能滿足要求時(shí)，或者是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時(shí)，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等傳熱。蛇管浸沒(méi)在物料中，熱量損失少，且由于蛇管內(nèi)傳熱介質(zhì)流速高，它的給熱系數(shù)比夾套大很多。對(duì)于含有固體顆粒的物料及粘稠的物料,容易引起物料堆積和掛料,影響傳熱效果.列管式 對(duì)于大型反應(yīng)釜，需高速

5、傳熱時(shí)，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器。 外部循環(huán)式 當(dāng)反應(yīng)器的夾套和蛇管傳熱面積仍不能滿足工藝要求，或由于工藝的特殊要求無(wú)法在反應(yīng)器內(nèi)安裝蛇管而夾套的傳熱面積又不能滿足工藝要求時(shí)，可以通過(guò)泵將反應(yīng)器內(nèi)的料液抽出，經(jīng)過(guò)外部換熱器換熱后再循環(huán)回反應(yīng)器內(nèi)。冷、熱源的選擇低溫冷源的選擇冷卻用水 ：水的冷卻效果好，最為常用。隨水的硬度不同，對(duì)換熱后的水出口溫度有一定限制，一般不宜超過(guò)60，在不宜清洗的場(chǎng)合不宜超過(guò)50，以免水垢的迅速生成?？諝猓涸谌狈λY源的地方可采用空氣冷卻，其主要缺點(diǎn)是給熱系數(shù)低，需要的傳熱面積大。低溫冷卻劑 有些化工生產(chǎn)過(guò)程采用一般冷卻方法難以達(dá)到，必須采用特殊的制冷裝置進(jìn)行人工制冷。

6、一般多采用直接冷卻方式，即利用制冷劑的蒸發(fā)直接冷卻冷間內(nèi)的空氣，或直接冷卻被冷卻物體。制冷劑一般有液氨、液氮等。成本較高。有些情況下則采用間接冷卻方式，即被冷卻對(duì)象的熱量是通過(guò)中間介質(zhì)傳送給在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的制冷劑。中間介質(zhì)起傳送和分配冷量的媒介作用，稱(chēng)為載冷劑。常用的載冷劑有三類(lèi)，即水、鹽水及有機(jī)物載冷劑。高溫?zé)嵩吹倪x擇 一般的低壓飽和水蒸汽加熱時(shí)最高只能達(dá)到150-160，需要更高溫度時(shí)則需考慮高溫?zé)嵩吹倪x擇問(wèn)題。化工廠常用的高溫?zé)嵩从幸韵聨追N：壓力高的飽和水蒸汽壓力可達(dá)一至數(shù)MPa，來(lái)源有高壓蒸汽鍋爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽透平。缺點(diǎn):需高壓管道輸送蒸汽，費(fèi)用高，且遠(yuǎn)距離輸送時(shí)

7、熱損失大。高壓汽水混合物個(gè)別設(shè)備需高溫加熱時(shí)，較經(jīng)濟(jì)可行。可用于溫度為200-250的加熱要求。有機(jī)載熱體1、利用某些有機(jī)物常壓沸點(diǎn)高、熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)可提供高溫的熱源。它的突出優(yōu)點(diǎn)是能在較低的壓力下得到較高的加熱溫度。2、當(dāng)加熱溫度在250時(shí)，可采用液體聯(lián)苯混合物加熱，可有三種加熱方案：自然循環(huán)加熱法、強(qiáng)制循環(huán)加熱法、夾套浴熱法。3、當(dāng)加熱溫度超過(guò)250時(shí)，可采用聯(lián)苯混合物的蒸汽加熱，根據(jù)其冷凝液回流方法的不同，也可分為自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)。電加熱：是一種操作方便、熱效率高、便于實(shí)現(xiàn)自控和遙控的一種高溫加熱方法。有電阻加熱、感應(yīng)電流加熱、短路電流加熱三種類(lèi)型。煙道氣加熱：用煤氣、天然氣

8、、石油加工廢氣或燃料油等燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庾鳠嵩醇訜嵩O(shè)備，可用于300以上的高溫加熱。缺點(diǎn)是熱效率低，給熱系數(shù)小，溫度不易控制。可用于300以上的高溫加熱。釜式反應(yīng)器的特點(diǎn): 攪拌釜式反應(yīng)器主要適用常壓或低壓、以液相為主的反應(yīng)。 釜式反應(yīng)器操作參數(shù)：如溫度、濃度、反應(yīng)時(shí)間等 溫度的檢測(cè)與控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、確保安全生產(chǎn)的重要手段。釜式反應(yīng)器操作參數(shù)的檢測(cè)與控制液體膨脹式溫度計(jì) 酒精式 水銀式 熱電偶測(cè)量溫度計(jì)各種帶有變送器的熱電阻常用溫度顯示儀表顯示儀表直接接受檢測(cè)儀表、變送器或傳感器送來(lái)的信號(hào)，經(jīng)測(cè)量電路和顯示裝置，對(duì)被測(cè)變量予以指示、記錄，以字、符、數(shù)、圖象顯示。顯示儀表可分

9、為模擬式、數(shù)字式和圖象式三大類(lèi)。第三節(jié) 傳動(dòng)裝置和軸封一、傳動(dòng)裝置 齒輪減速機(jī)渦輪減速機(jī) 一般包括電動(dòng)機(jī)、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸二、軸封 機(jī)械攪拌反應(yīng)器軸封主要有兩種軸的密封裝置填料密封機(jī)械密封 避免介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。目的：第四節(jié) 攪拌裝置 槳式、推進(jìn)式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌器總數(shù)的7580。幾種常用攪拌器簡(jiǎn)介 釜式反應(yīng)器的攪拌器攪拌目的使物料混和均勻,強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)。包括均相液體混合；液-液分散；氣-液分散；固-液分散；結(jié)晶；固體溶解；強(qiáng)化傳熱等攪拌液體的流動(dòng)模型 液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)的途徑稱(chēng)作液體的“流動(dòng)

10、模型”，簡(jiǎn)稱(chēng)“流型”。 (a)軸向流 (b)徑向流 (c)切線流 （d）打漩現(xiàn)象 常用攪拌器的型式、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 在化學(xué)工業(yè)中常用的攪拌裝置是機(jī)械攪拌裝置，典型的機(jī)械攪拌裝置包括1、攪拌器：包括旋轉(zhuǎn)的軸和裝在軸上的葉輪；2、輔助部件和附件：包括密封裝置、減速箱、攪拌電機(jī)、支架、擋板和導(dǎo)流筒等。攪拌器是實(shí)現(xiàn)攪拌操作的主要部件，其主要的組成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能施加給液體，并促使液體運(yùn)動(dòng)。槳式攪拌器 由槳葉、鍵、軸環(huán)、豎軸所組成。槳葉一般用扁鋼或不銹鋼或有色金屬制造。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速較低，一般為2080rmin。槳式攪拌器直徑取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di的1/32/3，槳葉不宜過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大

11、時(shí)采用兩個(gè)或多個(gè)槳葉。 槳式攪拌器適用于流動(dòng)性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器分為圓盤(pán)渦輪攪拌器和開(kāi)啟渦輪攪拌器；按照葉輪又可分為平直葉和彎曲葉。渦輪攪拌器速度較大，300600rmin。渦輪攪拌器的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)能量消耗不大時(shí)，攪拌效率較高，攪拌產(chǎn)生很強(qiáng)的徑向流。因此它適用于乳濁液、懸浮液等。推進(jìn)式攪拌器 推進(jìn)式攪拌器，攪拌時(shí)能使物料在反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，所起作用以容積循環(huán)為主，剪切作用較小，上下翻騰效果良好。當(dāng)需要有更大的流速時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。 推進(jìn)式攪拌器直徑約取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di的1/41/3，300600r

12、min，攪拌器的材料常用鑄鐵和鑄鋼?？蚴胶湾^式攪拌器 框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形，其結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固，攪動(dòng)物料量大。如果這類(lèi)攪拌器底部形狀和反應(yīng)釜下封頭形狀相似時(shí)，通常稱(chēng)為錨式攪拌器。 框式攪拌器直徑較大，一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的2/39/10，5070rmin。框式攪拌器與釜壁間隙較小，有利于傳熱過(guò)程的進(jìn)行，快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，攪拌器葉片所帶動(dòng)的液體把靜止層從反應(yīng)釜壁上帶下來(lái)；慢速旋轉(zhuǎn)時(shí)，有刮板的攪拌器能產(chǎn)生良好的熱傳導(dǎo)。這類(lèi)攪拌器常用于傳熱、晶析操作和高粘度液體、高濃度淤漿和沉降性淤漿的攪拌。螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器 螺帶式攪拌器，常用扁鋼按螺旋形繞成，直徑較大，常做成幾條緊貼釜內(nèi)壁，與釜壁的間隙很小，所以攪拌時(shí)能不斷地將粘于釜壁的沉積物刮下來(lái)。螺帶的高度通常取罐底至液面的高度。螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器的轉(zhuǎn)速都較低，通常不超過(guò)50r/min，產(chǎn)生以上下循環(huán)流為主的流動(dòng)，主要用于高粘度液體的攪拌。各種 攪拌槳的形式 攪拌附件 攪拌附件通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善流動(dòng)狀態(tài)而增設(shè)的零件，如擋板、導(dǎo)流筒等。1、擋板：目的是為了消除切線流和“打漩”。一般為2-4塊，且對(duì)于低速攪拌高粘度液體的錨式和框式攪拌器安裝擋板無(wú)意義。2、導(dǎo)流筒：目的是控制流型（加強(qiáng)軸向流）及提高混合效果。不同型式的攪拌器的導(dǎo)流筒安置方位不同。 攪拌器的選型根據(jù)物料性質(zhì)、攪拌目的及各種攪拌器的性能特征來(lái)