天骥搅拌式反应釜:反应器(反应釜)的结构和工作原理

浏览次数: 发布日期:2019-11-11 23:55

反应器

 

搅拌式反应釜列管式冷凝器专业生产厂家无锡天骥化工设备2019年11月12日讯 反应器是一种实现反应过程的设备,用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌(机械搅拌、气流搅拌等)装置。在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时,可在反应器壁处设置夹套,或在器内设置换热面,也可通过外循环进行换热。

按操作方式分

1、间歇釜式反应器或称间歇釜

 

操作灵活,易于适应不同操作条件和产品品种,适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是:需有装料和卸料等辅助操作,产品质量也不易稳定。但有些反应过程,如一些发酵反应和聚合反应,实现连续生产尚有困难,至今还采用间歇釜。

 

间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器,待反应达到一定要求后,一次卸出物料。连续操作反应器系连续加入原料,连续排出反应产物。当操作达到定态时,反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器,介于上述两者之间,通常是将一种反应物一次加入,然后连续加入另一种反应物。反应达到一定要求后,停止操作并卸出物料。

 

间歇反应器的优点是设备简单,同一设备可用于生产多种产品,尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种的生产。另外,间歇反应器中不存在物料的返混,对大多数反应有利。缺点是需要装卸料、清洗等辅助工序,产品质量不易稳定。

2、连续釜式反应器,或称连续釜

 

可避免间歇釜的缺点,但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合,釜内物料流型可视作全混流,反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合,釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响,并可分釜控制反应条件。

 

大规模生产应尽可能采用连续反应器。连续反应器的优点是产品质量稳定,易于操作控制。其缺点是连续反应器中都存在程度不同的返混,这对大多数反应皆为不利因素,应通过反应器合理选型和结构设计加以抑制。

按结构分

 

管式反应器
 

 

由长径比较大的空管或填充管构成,可用于实现气相反应和液相反应。

 

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

性能特点:

1、由于反应物的分子在反应器内停留时间相等,所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化,只随管长变化。

2、管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大,特别适用于热效应较大的反应。

3、由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快,所以它的生产能力高。

4、管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。

5、和釜式反应器相比较,其返混较小,在流速较低的情况下,其管内流体流型接近与理想流体。

6、管式反应器既适用于液相反应,又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。

此外,管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是,反应速率很低时所需管道过长,工业上不易实现。

 

1水平管式反应器

 

由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰,可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰,承受压力可达10000-20000kPa。

 

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2立管式反应器

 

立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。

 

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3盘管式反应器

 

将管式反应器做成盘管的形式,设备紧凑,节省空间。但检修和清刷管道比较困难。

 

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4U形管式反应器

 

U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传热与传质过程。U形管的直径大,物料停留时间增长,可应用于反应速率较慢的反应。

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5多管并联管式反应器

 

多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应,例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯,气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨。

 

釜式反应器
 

 

由长径比较小的圆筒形容器构成,常装有机械搅拌或气流搅拌装置,可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。

 

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性能特点:

釜式反应器具有适用的温度和压力范围宽、适应性强、操作弹性大、连续操作时温度浓度容易控制、产品质量均一等特点。但用在较高转化率工艺要求时,需要较大容积。通常在操作条件比较缓和的情况下操作,如常压、温度较低且低于物料沸点时,应用此类反应器最为普遍。

 

1间歇釜

 

间歇釜式反应器,或称间歇釜。操作灵活,易于适应不同操作条件和产品品种,适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是:需有装料和卸料等辅助操作,产品质量也不易稳定。但有些反应过程,如一些发酵反应和聚合反应,实现连续生产尚有困难,至今还采用间歇釜。

 

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2连续釜

 

连续釜式反应器,或称连续釜

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3釜式搅拌反应器

 

釜式搅拌反应器有立式容器中心搅拌、偏心搅拌、倾斜搅拌,卧式容器搅拌等类型。其中以立式容器中心搅拌反应器是最典型的一种。

 

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4多级串联反应釜

 

 

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塔式反应器
 

 

用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。

 

1鼓泡塔反应器

 

鼓泡塔反应器广泛应用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。例如,各种有机化合物的氧化反应、各种石蜡和芳烃的氯化反应、各种生物化学反应、污水处理曝气氧化和氨水碳化生成固体碳酸氢铵等反应,都采用这种鼓泡塔反应器。

 

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2填料塔反应器

 

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

 

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3板式塔反应器

 

板式塔反应器的液体是连续相而气体是分散相,借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应。板式塔反应器适用于快速及中速反应。采用多板可以将轴向返混降低至最小程度,并且它可以在很小的液体流速下进行操作,从而能在单塔中直接获得极高的液相转化率。同时,板式塔反应器的气液传质系数较大,可以在板上安置冷却或加热元件,以适应维持所需温度的要求。但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。

 

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4喷淋塔反应器

 

喷淋塔反应器结构较为简单,液体以细小液滴的方式分散于气体中,气体为连续相,液体为分散相,具有相接触面积大和气相压降小等优点。适用于瞬间、界面和快速反应,也适用于生成固体的反应。喷淋塔反应器具有持液量小和液侧传质系数过小,气相和液相返混较为严重的缺点。

 

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固定床反应器
 

 

又称填充床反应器,装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状,粒径2~15mm左右,堆积成一定高度(或厚度)的床层。床层静止不动,流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应,如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时,床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器,气、液相并流向下通过床层,呈气液固相接触。

 

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1轴向绝热式固定床反应器

 

流体沿轴向自上而下流经床层,床层同外界无热交换。

 

 

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2绝热式固定床反应器

 

 

它的结构简单,催化剂均匀堆置于床内,床内没有换热装置,预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。

 

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3径向绝热式固定床反应器

 

 

流体沿径向流过床层,可采用离心流动或向心流动,床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比,流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。

 

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4列管式固定床反应器

 

 

由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂,载热体流经管间或管内进行加热或冷却,管径通常在25~50mm之间,管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外,尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器,称为多级固定床反应器。例如:当反应热效应大或需分段控制温度时,可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度,以便在接近于最佳温度条件下操作。

 

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5多段绝热式固定床反应器

 

 

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流化床反应器
 

 

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时,又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉(见煤气化炉);但现代流化反应技术的开拓,是以40年代石油催化裂化为代表的。目前,流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。

 

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优点是:

1、可以实现固体物料的连续输入和输出;

2、流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能,床层内部温度均匀,而且易于控制,特别适用于强放热反应;

3、便于进行催化剂的连续再生和循环操作,适于催化剂失活速率高的过程的进行,石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。

 

1流化床反应器的床型

 

 

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气——固系统流化床的大气泡和腾涌

 

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移动床反应器
 

 

由固体颗粒参与的反应器,与固定床反应器相似,不同之处固体颗粒自反应器顶部连续加入,自上而下移动,由底部卸出。适用于催化剂需连续进行再生的催化反应过程和固相加工反应。

 

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鲁奇炉

 

钢铁工业和城市煤气工业发展之初,移动床反应器就曾被用于煤的气化。1934年研制成功的移动床加压气化器(鲁奇炉),至今仍是规模最大的煤气化装置,其单台日生产能力已达到1Mm以上。石油催化裂化发展初期,曾采用移动床反应器,但现已被流化床反应器和提升管反应器所取代。目前,应用移动床反应器的重要化工生产过程有连续重整、二甲苯异构化等催化反应过程和连续法离子交换水处理过程。

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三塔式移动床工艺流程图

 

移动床反应工艺流程

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