反應(yīng)器（化工設(shè)備操作維護課件）

2023/10/24第六章反應(yīng)器

第一節(jié)概述

2023/10/24§1-1反應(yīng)器的作用與特點1、化學(xué)反應(yīng)器：用于進行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，稱為化學(xué)反器，簡稱反應(yīng)器。反應(yīng)器作用：通過參加反應(yīng)的介質(zhì)的充分?jǐn)嚢枋刮锪匣旌暇鶆驈娀瘋髻|(zhì)與傳熱。

驗驗室用：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，玻璃；生產(chǎn)用：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，鋼制；2、特點：反應(yīng)過程伴有傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)物的流動過程。物理與化學(xué)過程相互滲透影響，反應(yīng)過程復(fù)雜化?！?-2反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型：

操作方式釜式反應(yīng)器

材料

操作壓力

絕熱管式

管式反應(yīng)器

換熱管式2023/10/24§1-2反應(yīng)器的類型按結(jié)構(gòu)劃分：（a）管式反應(yīng)器；（b）釜式反應(yīng)器；（c）板式塔；（d）填料塔；（e）鼓泡塔；（f）噴霧塔；（g）固定床反應(yīng)器；（h）流化床反應(yīng)器；（i）移動床反應(yīng)器；（j）滴流床反應(yīng)器2023/10/242023/10/24

§1-3反應(yīng)器的設(shè)計反應(yīng)器設(shè)計內(nèi)容：A、確定反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)與尺寸B、筒體、夾套、封頭、攪拌軸強度計算C、根據(jù)工藝條件選用攪拌裝置D、根據(jù)工藝條件選用軸封裝置E、根據(jù)工藝條件選用傳動裝置2023/10/24第六章反應(yīng)器

第二節(jié)釜式反應(yīng)器

2023/10/24§2-1反應(yīng)釜基本結(jié)構(gòu)（一）基本結(jié)構(gòu)：

殼體

密封裝置

換熱裝置

傳動裝置2023/10/241、攪拌釜式反應(yīng)器的殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)：一般為碳鋼材料，筒體皆為圓筒型。釜式反應(yīng)器殼體部分的結(jié)構(gòu)包括筒體、底、蓋（或稱封頭）、手孔或人孔、視鏡、安全裝置及各種工藝接管口等。2023/10/24殼體結(jié)構(gòu)封頭：反應(yīng)釜的頂蓋，為了滿足拆卸方便以及維護檢修。平面形：適用于常壓或壓力不高時；碟形：應(yīng)用較廣。球形：適用于高壓場合；橢圓形：應(yīng)用較廣。錐形：適用于反應(yīng)后物料需要分層處理的場合。手孔、人孔：為了檢查內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件。人孔的直徑為400毫米（圓形的）或300×400毫米（橢圓形的），大部分人孔是圓形的。視鏡：觀察設(shè)備內(nèi)部物料的反應(yīng)情況，也作液面指示用。工藝接管：用于進、出物料及安裝溫度、壓力的測定裝置。2023/10/24

將運動由電動機傳給攪拌軸的整個機構(gòu)稱為攪拌器的傳動裝置。傳動裝置包括電機、減速器、聯(lián)軸節(jié)和攪拌軸。此裝置使攪拌器獲得動能以強化液體流動。

2、傳動裝置2023/10/24

3、密封裝置

在裝有攪拌器的反應(yīng)釜中，攪拌軸要從釜蓋穿出，以便和傳動裝置相連。同時還要保證軸能夠轉(zhuǎn)動。于是就產(chǎn)生了軸的轉(zhuǎn)動和反應(yīng)設(shè)備的密閉的矛盾。靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)動的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，簡稱軸封，以防止釜內(nèi)物料泄漏。軸封主要有填料密封和機械密封兩種。2023/10/24包括箱體、填料、襯套(或油環(huán))、壓蓋和壓緊螺栓等零件組成。

填料裝卸方便，但使用壽命較短，難免微量泄漏。

a.填料密封2023/10/24機械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封效果甚佳。b.機械密封2023/10/244、換熱裝置

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，也可用回流冷凝式、直接火焰或電感加熱。2023/10/24a.釜式反應(yīng)器夾套結(jié)構(gòu)2023/10/24b.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，或者是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時，可采用蛇管、插入套管、等傳熱。蛇管浸沒在物料中，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。2023/10/24c.列管式對于大型反應(yīng)釜，需高速傳熱時，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器。適用于反應(yīng)物料容易在傳熱壁上結(jié)垢的場合，檢修、除垢較容易進行?？煞譃榇怪惫苁?、指型管和D型管。2023/10/24d.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，經(jīng)過外部換熱器換熱后再循環(huán)回反應(yīng)器內(nèi)。

2023/10/24e.回流冷凝式

反應(yīng)在沸騰下進行或蒸發(fā)量大的場合，使反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過外部的冷凝器加以冷凝。2023/10/24f.電感加熱式

利用交流電路所引起的磁通量變化在被加熱體中感應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗變?yōu)闊崮堋?/p>

2023/10/245、反應(yīng)釜攪拌裝置反應(yīng)釜攪拌裝置：由攪拌軸和攪拌電機組成，可以強化反應(yīng)的傳質(zhì)與傳熱。攪拌的目的是：①使互溶的兩種或兩種以上液體混合均勻；②形成乳濁液或懸浮液；③促進化學(xué)反應(yīng)和加速物理變化過程，如促進溶解、吸收、吸附、萃取、傳熱等過程。也能刮除沉積在器壁上的附著物，提高傳熱效率。2023/10/24

(1)攪拌器類型

常用的攪拌器有槳式、框式、錨式、旋漿式、渦輪式和螺帶式等。

2023/10/242023/10/24a.槳式攪拌器

由槳葉、豎軸組成。槳葉一般用扁鋼或不銹鋼制造，有平直型葉和折葉式。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速較低，一般為20～80r／min。槳式攪拌器直徑取反應(yīng)釜內(nèi)徑的0.35～0.8倍，槳葉不宜過長，當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大時采用兩個或多個槳葉。槳式攪拌器主要攪拌產(chǎn)生切向流。適用于粘度小的液體物料。2023/10/24b.渦輪式攪拌器

渦輪式攪拌器分為圓盤渦輪攪拌器和開啟渦輪攪拌器；按照葉輪又可分為平直葉和彎曲葉。渦輪攪拌器速度較慢，3～10r／min。渦輪式攪拌器直徑取反應(yīng)釜內(nèi)徑的0.25～0.5倍。適用于乳濁液、懸浮液等大量液體連續(xù)操作。2023/10/24c.推進式攪拌器

推進式攪拌器（旋槳式），攪拌器的材料常用鑄鐵和鑄鋼。一般為三個葉片。攪拌器速度較快，100～600r／min。推進式攪拌器直徑約取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di的0.2～0.5倍。上下翻騰效果良好。2023/10/24d.框式和錨式攪拌器

框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形，其結(jié)構(gòu)比較堅固，攪動物料量大。如果這類攪拌器底部形狀和反應(yīng)釜下封頭形狀相似時，通常稱為錨式攪拌器?？蚴綌嚢杵魉俣炔豢欤?0～70r／min框式攪拌器直徑較大，一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的0.9～0.98倍.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。2023/10/24

e.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，所以攪拌時能不斷地將粘于釜壁的沉積物刮下來。螺帶的高度通常取罐底至液面的高度。主要用于高粘度液體的攪拌。2023/10/24(2)攪拌附件---擋板和導(dǎo)流筒攪拌附件:通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善流動狀態(tài)而增設(shè)的零件，如擋板、導(dǎo)流筒等。1、擋板：固定在反應(yīng)器內(nèi)壁上的長條形板，目的是為了消除切線流。。2、導(dǎo)流筒：目的是控制流型（加強軸向流）及提高混合效果。一般在旋槳式和渦輪式上安置。2023/10/24(3)攪拌器的選型

主要根據(jù)物料性質(zhì)、攪拌目的及各種攪拌器的性能特征來進行。按物料粘度選型對于低粘度液體，應(yīng)選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌器，如推進式、渦輪式；對于高粘度液體，就選用大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式、框式和槳式。按攪拌目的選型（1）低粘度均相液體混合，主要考慮循環(huán)流量，推進式、渦輪式、槳式。（2）非均相液-液分散過程,考慮剪切作用，渦輪式、推進式、槳式。2023/10/24§2-2釜式反應(yīng)器的日常運行與操作一、運行1、開車氮氣置換，投運儀表，加料并攪拌，升溫反應(yīng)。2、系統(tǒng)操作溫度控制，夾套換熱。壓力控制，料位控制3、停車停進料，停攪拌，氮氣置換。2023/10/24二、反應(yīng)器的操作與維護表釜式反應(yīng)器常見故障與處理方法故障產(chǎn)生原因處理方法軸封泄漏填料密封：攪拌軸在填料處磨損或腐蝕油環(huán)放置不當(dāng)或油路堵塞壓蓋沒壓緊，填料使用過久修理或更換新軸調(diào)整油環(huán)或清堵壓緊壓蓋或更換填料釜內(nèi)發(fā)生異常響聲攪拌器碰釜內(nèi)壁或附件攪拌器松動攪拌軸彎曲及軸承損壞停車檢查修理停車修理、緊固修理或換軸，更換軸承2023/10/24表釜式反應(yīng)器常見故障與處理方法故障產(chǎn)生原因處理方法攪拌軸轉(zhuǎn)數(shù)降低或停止轉(zhuǎn)動皮帶打滑皮帶損壞電機故障調(diào)整皮帶更換皮帶修理或更換電機搪瓷攪拌器脫落被介質(zhì)腐蝕更換搪瓷軸或修補出料不暢出料管堵塞壓料管損壞清理出料管修理或更換配管2023/10/24釜式反應(yīng)器的維護要點:A、運行中嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程B、按工藝指標(biāo)控制溫度C、避免溫差應(yīng)力與內(nèi)壓力疊加D、嚴(yán)格控制配料比E、注意有無異常振動2023/10/24

第六章反應(yīng)器

第三節(jié)管式反應(yīng)器2023/10/24§3-1結(jié)構(gòu)及工作原理在化工生產(chǎn)中，常常把反應(yīng)器長度遠(yuǎn)大于其直徑即高徑比較大（50-100）的一類反應(yīng)器稱為管式反應(yīng)器。一般用于氣相、氣液相、氣固相2023/10/24管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

1.直管：內(nèi)外管通過焊接的方法固定。外管上對稱地安裝一對不銹鋼制成的Ω型溫差補償器，以消除開停車時內(nèi)外管線膨脹系數(shù)不同而附加在焊縫上的拉應(yīng)力。

2.密封環(huán)：為透鏡墊，耐高溫高壓，密封持久可靠，高壓管道用。2023/10/24

3.彎管：彎管在機架上的安裝方法允許其有足夠的伸縮量，不設(shè)熱補償器。

4.管件:

緊固件：螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈；材料或規(guī)格都有一定的要求。

5.機架：用橋梁鋼焊接成整體，具有高強度，韌性好和良好的抗疲勞性能，一般采用鎮(zhèn)靜鋼。2023/10/24§1-2常見故障與處理方法

表管式反應(yīng)器常見故障與處理方法故障產(chǎn)生原因處理方法密封泄露①安裝密封面受力不均②振動引起緊固件松動③熱脹冷縮局部不均勻④密封環(huán)材料不符合要求①按規(guī)范要求重新安裝②把緊禁錮螺栓③檢查、修正活動部位④更換密封環(huán)套管泄露①套管進出口因管徑變化引起汽蝕，②套管進出接管結(jié)構(gòu)不合理③套管材料較差①停車局部修理②蓋造套管進出接管結(jié)構(gòu)③選用合適的套管材料2023/10/24常見故障與處理方法表管式反應(yīng)器常見故障與處理方法故障產(chǎn)生原因處理方法放出閥泄露①闊桿彎曲度超過規(guī)定值②閥芯、閥座密封面受傷③裝配不當(dāng)，使油缸行程不足；閥桿與油缸鎖緊螺母不緊；密封面光潔度差；裝配前清洗不夠④閥體與閥桿相對密封面過大，密封比壓減小停車修理①更換閥桿②閥座密封面研磨③解體檢查重裝，并做動作實驗④更換閥門2023/10/24

§1-3管式反應(yīng)器的維護要點

（1）振幅較大時要檢查反應(yīng)器入口、出口配管接頭箱緊固螺栓及本體抱箍是否有松動，若有松動，應(yīng)及時緊固。但接頭箱緊固螺栓的緊固只能在停車后才能進行。（2）要經(jīng)常檢查鋼結(jié)構(gòu)地腳螺栓是否有松動，焊縫部分是否有裂紋等。（3）開停車時要檢查管子伸縮是否受到約束，位移是否正常。2023/10/24第六章反應(yīng)器

第四節(jié)其他類型反應(yīng)器

2023/10/24§4-1固定床反應(yīng)器§4-2流化床反應(yīng)器第四節(jié)其他類型反應(yīng)器2023/10/24

§4-1固定床反應(yīng)器

一、固定床反應(yīng)器特點優(yōu)點：（1）返混小，生產(chǎn)能力大；（2）氣體停留時間可以調(diào)節(jié)，提高轉(zhuǎn)化率；（3）催化劑不易磨損；（4）適宜于高溫、高壓條件下操作；缺點：（1）傳熱差，（2）催化劑顆粒不能太小，（3）操作過程中催化劑不能更換2023/10/24

二、基本形式

1.絕熱式：依靠本身反應(yīng)放出的熱量使反應(yīng)氣體溫度升高。分為：單段式和多段式；

(1)單段式：結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，適用于反應(yīng)熱不大的場合。如CO的變換；2023/10/24(2)多段式（二、三、四）

分為間接換熱式和冷激式；

原料氣冷激

冷激式非原料氣冷激（水或水蒸汽）2023/10/24

2.對外換熱式

a.傳熱面積大，有利于強放熱反應(yīng)；

b.易控制床層溫度；

c.反應(yīng)速率快；

d.結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2023/10/24

3.自熱式：

采用催化劑上部為絕熱層，下部為催化劑裝在冷管間而連續(xù)換熱的催化層。2023/10/24三、固定床反應(yīng)器操作與維護（1）溫度調(diào)節(jié)A、控制反應(yīng)器入口溫度B、控制反應(yīng)床層間的冷卻介質(zhì)量C、原料組成變化D、反應(yīng)器初期與末期溫度變化E、反應(yīng)溫度限制（2）催化劑器內(nèi)再生操作遵循現(xiàn)將問候降量2023/10/24§4-2流化床反應(yīng)器一、流體床層經(jīng)歷三個階段：固定床階段：u0＜umf時，固體粒子不動，床層壓降隨u增大而增大。流化床階段：umf≤u0≤ut時,固體粒子懸浮湍動,床層分為濃相段和稀相段，u增大而床層壓降不變。輸送床階段：u0＞ut時,粒子被氣流帶走,床層上界面消失,u增大而壓降有所下降2023/10/24二、流化床反應(yīng)器的特點1.優(yōu)點：①催化劑顆粒小，提高了催化劑的利用率；②全床溫度、濃度均勻一致；③流化床內(nèi)的顆粒具有了流動性，實現(xiàn)催化劑的催化—再生過程連續(xù)化；④流體與顆粒之間傳熱、傳質(zhì)速率高；⑤流態(tài)化技術(shù)操作彈性大。2.缺點：①催化劑返混大，②催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，造成催化劑的破碎，增加了催化劑的損失和除塵的困難；③由于固體顆粒的磨蝕作用，管道和容器的磨損嚴(yán)重。2023/10/24三、適用場合1.熱效應(yīng)很大的吸熱或放熱過程；2.要求有均一的催化劑溫度和需要精確控制溫度的反應(yīng)；3.催化劑壽命比較短，操作較短時間就需要更換的反應(yīng)；4.有爆炸危險的反應(yīng)。2023/10/24三、流化床中常見的異?，F(xiàn)象

1.大氣泡：床層不均勻；

2.騰涌：氣泡崩裂，顆粒散落而下；3.溝流：貫穿溝流、局部溝流。2023/10/24

四、流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

1.主體：

按床層中的介質(zhì)密度分為濃相段和稀相段，擴大段（用以使顆粒沉降）、錐底。擴大段稀相段濃相段錐底2.氣體分布裝置包括氣體預(yù)分布器和氣體分布板。其作用是使氣體均勻分布，以形成良好的初始流化條件，同時支承固體顆粒。以下為常見氣體分布板形式：2023/10/24錐型側(cè)縫分布板帽式分布器直孔泡帽分布板開口式分布器2023/10/24

3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)

種類：填充