(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)釜的特點是制造工

2、藝簡單、造價費用較低，維護檢修方便，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)無機酸、有機酸、有機溶劑等介質(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，其蒸汽壓力一般不超過0.6MPa。當(dāng)反應(yīng)器的直徑大或者加熱蒸汽壓力較高時，夾套必須采取加強措施。分支撐短管加強的“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，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、插入D形管等傳熱。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。對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 對于大型反應(yīng)釜，需高速

5、傳熱時，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，可以通過泵將反應(yīng)器內(nèi)的料液抽出，經(jīng)過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，對換熱后的水出口溫度有一定限制，一般不宜超過60，在不宜清洗的場合不宜超過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)過程采用一般冷卻方法難以達到，必須采用特殊的制冷裝置進行人工制冷。

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，即被冷卻對象的熱量是通過中間介質(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，稱為載冷劑。常用的載冷劑有三類，即水、鹽水及有機物載冷劑。高溫?zé)嵩吹倪x擇 一般的低壓飽和水蒸汽加熱時最高只能達到150-160，需要更高溫度時則需考慮高溫?zé)嵩吹倪x擇問題?；S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一至數(shù)MPa，來源有高壓蒸汽鍋爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽透平。缺點:需高壓管道輸送蒸汽，費用高，且遠距離輸送時

7、熱損失大。高壓汽水混合物個別設(shè)備需高溫加熱時，較經(jīng)濟可行?？捎糜跍囟葹?00-250的加熱要求。有機載熱體1、利用某些有機物常壓沸點高、熔點低、熱穩(wěn)定性好等特點可提供高溫的熱源。它的突出優(yōu)點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，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、強制循環(huán)加熱法、夾套浴熱法。3、當(dāng)加熱溫度超過250時，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)與強制循環(huán)。電加熱：是一種操作方便、熱效率高、便于實現(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。缺點是熱效率低，給熱系數(shù)小，溫度不易控制?？捎糜?00以上的高溫加熱。釜式反應(yīng)器的特點: 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)時間等 溫度的檢測與控制是保證產(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)的檢測與控制液體膨脹式溫度計 酒精式 水銀式 熱電偶測量溫度計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儀表、變送器或傳感器送來的信號，經(jīng)測量電路和顯示裝置，對被測變量予以指示、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。第三節(jié) 傳動裝置和軸封一、傳動裝置 齒輪減速機渦輪減速機 一般包括電動機、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸二、軸封 機械攪拌反應(yīng)器軸封主要有兩種軸的密封裝置填料密封機械密封 避免介質(zhì)通過轉(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)計約占攪拌器總數(shù)的7580。幾種常用攪拌器簡介 釜式反應(yīng)器的攪拌器攪拌目的使物料混和均勻,強化傳熱和傳質(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；強化傳熱等攪拌液體的流動模型 液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動的途徑稱作液體的“流動

10、模型”，簡稱“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 在化學(xué)工業(yè)中常用的攪拌裝置是機械攪拌裝置，典型的機械攪拌裝置包括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、支架、擋板和導(dǎo)流筒等。攪拌器是實現(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)軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。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，槳葉不宜過長，當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大

11、時采用兩個或多個槳葉。 槳式攪拌器適用于流動性大、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。渦輪攪拌器速度較大，300600rmin。渦輪攪拌器的主要優(yōu)點是當(dāng)能量消耗不大時，攪拌效率較高，攪拌產(chǎn)生很強的徑向流。因此它適用于乳濁液、懸浮液等。推進式攪拌器 推進式攪拌器，攪拌時能使物料在反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)流動，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，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。 推進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。 框式攪拌器直徑較大，一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的2/39/10，5070rmin?？蚴綌嚢杵髋c釜壁間隙較小，有利于傳熱過程的進行，快速旋轉(zhuǎn)時，攪拌器葉片所帶動的液體把靜止層從反應(yīng)釜壁上帶下來；慢速旋轉(zhuǎn)時，有刮板的攪拌器能產(chǎn)生良好的熱傳導(dǎo)。這類攪拌器常用于傳熱、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。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50r/min，產(chǎn)生以上下循環(huán)流為主的流動，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，且對于低速攪拌高粘度液體的錨式和框式攪拌器安裝擋板無意義。2、導(dǎo)流筒：目的是控制流型（加強軸向流）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