壳体的材质主要为钢制反应釜

作者:365体育官网发布日期:2020-06-28 22:57

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  第十八章 反应釜 釜式反应器,搅拌反应器 第一节 反应釜的总体结构 反应釜的结构, 主 要由釜体、搅拌装置、 轴封和换热装置四大 部分组成。 反应釜结构图 釜式反应器多设有搅拌装置 及传热装置。既可以用于间歇 (分批)也可以用于连续操作过 程,既可以用单釜亦可用多釜连 续操作。 反应釜是生产中广泛采用 的反应器。 适用于液相均相反应、气 液反应、液液反应、液固反应、 气液固三相反应。 釜式反应器的壳体结构 壳体结构包括筒 体、底、盖(或 称封头)、手孔 或人孔、视镜及 各种工艺接管口 等。 壳体的材质 ? ? 壳体的材质主要为钢制反应釜、铸铁反应釜 及搪玻璃反应釜。 最常见的钢制反应釜的材料为Q235A(或 容器钢)。钢制反应釜的特点是制造工艺简单、 造价费用较低,维护检修方便,使用范围广泛, 因此,化工生产普遍采用。由于材料Q235A 不耐酸性介质腐蚀,常用的还有不锈钢材料制 的反应釜,可以耐一般酸性介质。经过镜面抛 光的不锈钢制反应釜还特别适用于高粘度体系 聚合反应。 铸铁反应釜在氯化、磺化、硝化、缩合、 硫酸增浓等反应过程中使用较多。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 搪玻璃反应釜性能如下: ① 耐腐蚀性 能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质 腐蚀。搪玻璃设备不宜用于下列介质的储存和 反应:任何浓度和温度的氢氟酸;PH>12且温 度 大于100℃的碱性介质;温度大于180℃、浓度 大 于30%的磷酸;酸碱交替的反应过程;含氟离 子 的其他介质。 ② 耐热性:允许在- 30~+240℃范围内使 ③ 耐冲击性,耐冲击性较小。 第二节釜体及传热装置 一、釜体的尺寸 釜体的尺寸主要是确定它的容积、长径比和壁厚。 1、反应釜的容积 V0 ? V ?? ? -- 装料系数 ? 一般取0.6~0.8 二、传热装置 ? 传热装置是用来加热或冷却反应 物料,使之符合工艺要求的温度条件 的设备。其结构形式主要有夹套式、 蛇管式、列管式、外部循环式等,也 可用直接火焰或电感加热。 传热装置 传热装置是用来加热或冷却反应物料, 使之符合工艺要求的温度条件的设备。 其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列 管式、外部循环式等,也可用直接火焰 或电感加热。 搅拌釜的各种换热形式 夹套式 夹套是套在反应器筒体外面能形成密 封空间的容器,既简单又方便。夹套的高 度取决于传热面积,而传热面积由工艺要 求确定。夹套高度一般应高于料液的高度, 应比釜内液面高出50-100mm左右,以保 证传热。 夹套内通蒸汽时,其蒸汽压力一般不超过0.6MPa。 当反应器的直径大或者加热蒸汽压力较高时,夹套必 须采取加强措施。分支撑短管加强的“蜂窝夹套”, 冲压式蜂窝夹套,角钢焊在釜的外壁上夹套。 蛇管式 当工艺需要的传热面积大, 单靠夹套传热不能满足要求 时,或者是反应器内壁衬有 橡胶、瓷砖等非金属材料时, 可采用蛇管、插入套管、插 入D形管等传热。蛇管浸没在 物料中,热量损失少,且由 于蛇管内传热介质流速高, 它的给热系数比夹套大很多。 对于含有固体颗粒的物料及 粘稠的物料,容易引起物料堆 积和挂料,影响传热效果. 列管式 对于大型反应釜,需高速传热时, 可在釜内安装列管式换热器。 外部循环式 当反应器的夹套和蛇管 传热面积仍不能满足工艺 要求,或由于工艺的特殊 要求无法在反应器内安装 蛇管而夹套的传热面积又 不能满足工艺要求时,可 以通过泵将反应器内的料 液抽出,经过外部换热器 换热后再循环回反应器内。 冷、热源的选择 低温冷源的选择 冷却用水 :水的冷却效果好,最为常用。 随水的硬度不同,对换热后的水出口温度 有一定限制,一般不宜超过60℃,在不宜 清洗的场合不宜超过50℃,以免水垢的迅 速生成。 空气:在缺乏水资源的地方可采用空气冷 却,其主要缺点是给热系数低,需要的传 热面积大。 低温冷却剂 有些化工生产过程采用一般冷却方法难以达到, 必须采用特殊的制冷装置进行人工制冷。 一般多采用直接冷却方式,即利用制冷剂的蒸 发直接冷却冷间内的空气,或直接冷却被冷却 物体。制冷剂一般有液氨、液氮等。成本较高。 有些情况下则采用间接冷却方式,即被冷却对 象的热量是通过中间介质传送给在蒸发器中蒸 发的制冷剂。中间介质起传送和分配冷量的媒 介作用,称为载冷剂。常用的载冷剂有三类, 即水、盐水及有机物载冷剂。 高温热源的选择 一般的低压饱和水蒸汽加热时最高只能达到150160℃,需要更高温度时则需考虑高温热源的选择 问题。化工厂常用的高温热源有以下几种: ?压力高的饱和水蒸汽 压力可达一至数MPa,来源有高压蒸汽锅炉、利用 反应热的废热锅炉或热电站的蒸汽透平。 缺点:需高压管道输送蒸汽,费用高,且远距离输 送时热损失大。 ?高压汽水混合物 个别设备需高温加热时,较经济可行。可用于温 度为200-250℃的加热要求。 ?有机载热体 1、利用某些有机物常压沸点高、熔点低、热稳 定性好等特点可提供高温的热源。它的突出优点 是能在较低的压力下得到较高的加热温度。 2、当加热温度在250℃时,可采用液体联苯混合 物加热,可有三种加热方案:自然循环加热法、 强制循环加热法、夹套浴热法。 3、当加热温度超过250℃时,可采用联苯混合物 的蒸汽加热,根据其冷凝液回流方法的不同,也 可分为自然循环与强制循环。 ?电加热:是一种操作方便、热效率高、便 于实现自控和遥控的一种高温加热方法。有 电阻加热、感应电流加热、短路电流加热三 种类型。 ?烟道气加热:用煤气、天然气、石油加工 废气或燃料油等燃烧时产生的高温烟道气作 热源加热设备,可用于300℃以上的高温加 热。缺点是热效率低,给热系数小,温度不 易控制。可用于300℃以上的高温加热。 釜式反应器操作参数的检测与控制 釜式反应器的特点: 搅拌釜式反应器主要适用常压或低压、以液相 为主的反应。 釜式反应器操作参数:如温度、浓度、反应时 间等 温度的检测与控制是保证产品质量、降低成本、 确保安全生产的重要手段。 液体膨胀式温度计 酒精式 水银式 热电偶测量温度计 各种带有变送器的热电阻 常用温度显示仪表 ?显示仪表直接接受检测仪表、变送器或 传感器送来的信号,经测量电路和显示 装置,对被测变量予以指示、记录,以 字、符、数、图象显示。 ?显示仪表可分为模拟式、数字式和图象 式三大类。 第三节 传动装置和轴封 一、传动装置 一般包括电动机、减速装置、联 轴节及搅拌轴 齿轮减速机 涡轮减速机 二、轴封 机械搅拌反 应器轴封主要 有两种 机械密封 填料密封 轴的密封装置 目的: 避免介质通过转轴从搅拌容器内 泄漏或外部杂质渗入搅拌容器内。 第四节 搅拌装置 几种常用搅拌器简介 桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在 搅拌反应设备中应用最为广泛,据统计约占 搅拌器总数的75~80%。 釜式反应器的搅拌器 搅拌目的 使物料混和均匀,强化传热和传质。 包括均相液体混合;液-液分散;气-液分散;固-液分散; 结晶;固体溶解;强化传热等 搅拌液体的流动模型 液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流 动模型”,简称“流型”。 (a)轴向流 (b)径向流 (c)切线流 (d)打漩现象 常用搅拌器的型式、结构和特点 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装 置,典型的机械搅拌装置包括 1、搅拌器:包括旋转的轴和装在轴上的叶轮; 2、辅助部件和附件:包括密封装置、减速箱、 搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件,其主要 的组成部分是叶轮,它随旋转轴运动将机械 能施加给液体,并促使液体运动。 桨式搅拌器 由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一 般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌 器的转速较低,一般为20~80r/min。桨式搅 拌器直径取反应釜内径Di的1/3~2/3,桨叶不 宜过长,当反应釜直径很大时采用两个或多个 桨叶。 桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液 体物料,也适用于纤维状和结晶状的溶解液, 物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和 开启涡轮搅拌器;按照叶轮又可分为 平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较 大,300~600r/min。涡轮搅拌器的 主要优点是当能量消耗不大时,搅拌 效率较高,搅拌产生很强的径向流。 因此它适用于乳浊液、悬浮液等。 推进式搅拌器 推进式搅拌器,搅拌时能使物料在反 应釜内循环流动,所起作用以容积循环为 主,剪切作用较小,上下翻腾效果良好。 当需要有更大的流速时,反应釜内设有导 流筒。 推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di 的1/4~1/3,300~600r/min,搅拌器的 材料常用铸铁和铸钢。 框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形, 其结构比较坚固,搅动物料量大。如果这类 搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时, 通常称为锚式搅拌器。 框式搅拌器直径较大,一般取反应器内 径的2/3~9/10,50~70r/min。框式搅拌器 与釜壁间隙较小,有利于传热过程的进行, 快速旋转时,搅拌器叶片所带动的液体把静 止层从反应釜壁上带下来;慢速旋转时,有 刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类搅 拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、 高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。 螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器,常用扁钢按螺旋形绕成, 直径较大,常做成几条紧贴釜内壁,与釜壁 的间隙很小,所以搅拌时能不断地将粘于釜 壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底 至液面的高度。螺带式搅拌器和螺杆式搅拌 器的转速都较低,通常不超过50r/min,产生 以上下循环流为主的流动,主要用于高粘度 液体的搅拌。 各种 搅拌桨的形式 搅拌附件 搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流 动状态而增设的零件,如挡板、导流筒等。 1、挡板:目的是为了消除切线流和“打漩”。 一般为2-4块,且对于低速搅拌高粘度液体的 锚式和框式搅拌器安装挡板无意义。 2、导流筒:目的是控制流型(加强轴向流) 及提高混合效果。不同型式的搅拌器的导 流筒安置方位不同。 搅拌器的选型 根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。 按物料粘度选型 对于低粘度液体,应选用小直径、高转速搅拌器,如推进 式、涡轮式;对于高粘度液体,就选用大直径、低转速搅 拌器,如锚式、框式和桨式。 按搅拌目的选型 (1)对低粘度均相液体混合,主要考虑循环流量,各种 搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列:推进式、涡轮式、 桨式。 (2)对于非均相液-液分散过程,首先考虑剪切作用,同 时要求有较大的循环流量,各种搅拌器的剪切作用按从大 到小的顺序排列:涡轮式、推进式、桨式。


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