反應(yīng)器（化工設(shè)備操作維護(hù)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(diǎn)1、化學(xué)反應(yīng)器：用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，稱為化學(xué)反器，簡(jiǎn)稱反應(yīng)器。反應(yīng)器作用：通過(guò)參加反應(yīng)的介質(zhì)的充分?jǐn)嚢枋刮锪匣旌暇鶆驈?qiáng)化傳質(zhì)與傳熱。

驗(yàn)驗(yàn)室用：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程伴有傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)物的流動(dòng)過(guò)程。物理與化學(xué)過(guò)程相互滲透影響，反應(yīng)過(guò)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(dòng)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(jì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)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(qiáng)度計(jì)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(dòng)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(dòng)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(hù)檢修。平面形：適用于常壓或壓力不高時(shí)；碟形：應(yīng)用較廣。球形：適用于高壓場(chǎng)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(chǎng)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(jìn)、出物料及安裝溫度、壓力的測(cè)定裝置。2023/10/24

將運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)傳給攪拌軸的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱為攪拌器的傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置包括電機(jī)、減速器、聯(lián)軸節(jié)和攪拌軸。此裝置使攪拌器獲得動(dòng)能以強(qiáng)化液體流動(dòng)。

2、傳動(dòng)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(dòng)裝置相連。同時(shí)還要保證軸能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。于是就產(chǎn)生了軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，簡(jiǎn)稱軸封，以防止釜內(nèi)物料泄漏。軸封主要有填料密封和機(jī)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(jī)械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封效果甚佳。b.機(jī)械密封2023/10/244、換熱裝置

換熱裝置是用來(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(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、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。2023/10/24c.列管式對(duì)于大型反應(yīng)釜，需高速傳熱時(shí)，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(chǎng)合，檢修、除垢較容易進(jìn)行。可分為垂直管束、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(guò)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(jìn)行或蒸發(fā)量大的場(chǎng)合，使反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)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(jī)組成，可以強(qiáng)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(jìn)化學(xué)反應(yīng)和加速物理變化過(guò)程，如促進(jìn)溶解、吸收、吸附、萃取、傳熱等過(guò)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(guò)長(zhǎng)，當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大時(shí)采用兩個(gè)或多個(gè)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(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(jìn)式攪拌器

推進(jìn)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(gè)葉片。攪拌器速度較快，100～600r／min。推進(jìn)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(jiān)固，攪動(dòng)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(shí)，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(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。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(dòng)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(zhǎng)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(qiáng)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(lái)進(jìn)行。按物料粘度選型對(duì)于低粘度液體，應(yīng)選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌器，如推進(jìn)式、渦輪式；對(duì)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(jìn)式、渦輪式、槳式。（2）非均相液-液分散過(guò)程,考慮剪切作用，渦輪式、推進(jìn)式、槳式。2023/10/24§2-2釜式反應(yīng)器的日常運(yùn)行與操作一、運(yùn)行1、開(kāi)車氮?dú)庵脫Q，投運(yùn)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(jìn)料，停攪拌，氮?dú)庵脫Q。2023/10/24二、反應(yīng)器的操作與維護(hù)表釜式反應(yīng)器常見(jiàn)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(méi)壓緊，填料使用過(guò)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(dòng)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(jiàn)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(dòng)皮帶打滑皮帶損壞電機(jī)故障調(diào)整皮帶更換皮帶修理或更換電機(jī)搪瓷攪拌器脫落被介質(zhì)腐蝕更換搪瓷軸或修補(bǔ)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(hù)要點(diǎn):A、運(yùn)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(wú)異常振動(dòng)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(zhǎng)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(guò)焊接的方法固定。外管上對(duì)稱地安裝一對(duì)不銹鋼制成的Ω型溫差補(bǔ)償器，以消除開(kāi)停車時(shí)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(jī)架上的安裝方法允許其有足夠的伸縮量，不設(shè)熱補(bǔ)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(jī)架：用橋梁鋼焊接成整體，具有高強(qiáng)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(jiàn)故障與處理方法

表管式反應(yīng)器常見(jiàn)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(dòng)引起緊固件松動(dòng)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(dòng)部位④更換密封環(huán)套管泄露①套管進(jìn)出口因管徑變化引起汽蝕，②套管進(jìn)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(jìn)出接管結(jié)構(gòu)③選用合適的套管材料2023/10/24常見(jiàn)故障與處理方法表管式反應(yīng)器常見(jiàn)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(guò)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(duì)密封面過(guò)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(dòng)作實(shí)驗(yàn)④更換閥門2023/10/24

§1-3管式反應(yīng)器的維護(hù)要點(diǎn)

（1）振幅較大時(shí)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(dòng)，若有松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)緊固。但接頭箱緊固螺栓的緊固只能在停車后才能進(jìn)行。（2）要經(jīng)常檢查鋼結(jié)構(gòu)地腳螺栓是否有松動(dòng)，焊縫部分是否有裂紋等。（3）開(kāi)停車時(shí)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）返混小，生產(chǎn)能力大；（2）氣體停留時(shí)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(diǎn)：（1）傳熱差，（2）催化劑顆粒不能太小，（3）操作過(guò)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：?jiǎn)味问胶投喽问剑?/p>

(1)單段式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大，適用于反應(yīng)熱不大的場(chǎng)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(duì)外換熱式

a.傳熱面積大，有利于強(qiáng)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(hù)（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(wèn)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(gè)階段：固定床階段：u0＜umf時(shí)，固體粒子不動(dòng)，床層壓降隨u增大而增大。流化床階段：umf≤u0≤ut時(shí),固體粒子懸浮湍動(dòng),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(shí),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(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)：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(dòng)性，實(shí)現(xiàn)催化劑的催化—再生過(guò)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(diǎn)：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(chǎng)合1.熱效應(yīng)很大的吸熱或放熱過(guò)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(shí)間就需要更換的反應(yīng)；4.有爆炸危險(xiǎn)的反應(yīng)。2023/10/24三、流化床中常見(jiàn)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(kuò)大段（用以使顆粒沉降）、錐底。擴(kuò)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(shí)支承固體顆粒。以下為常見(jiàn)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(kāi)口式分布器2023/10/24

3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)

種類：填充