反应设备.doc

第七章反应设备
第一节  反应设备的应用及类型
一、反应设备的应用
用于完成化学反应的设备称为反应设备。许多化工及石油化工产品生产过程中,都是在对原料进行若干物理过程处理后,再按一定的要求进行化学反应得到最终产品。例如,氨的合成反应就是经过造气、精致,得到一定比例、合格纯度的氮氢混和气后,在合成塔中以一定的压力、温度及催化剂的存在下起化学反应得到氨气。其他如染料、油漆、农药等工业也都有氧化,***化、硫化、硝化等化学反应过程则更为普遍。因此,反映设备在化工设备中是非常重要的。反应设备大多是化工生产中的关键设备,例如和成氨生产中氨合成塔,聚乙烯生产中的聚合釜都是该生产中的关键设备。
二、对反应设备的要求
反应器的主要作用是提供反应场所,并维持一定的反应条件,使化学反应过程按预定的方向进行,得到合格的反应产物。一个设计合理、性能良好的反应器,应能满足如下几方面的要求。
(1)满足化学动力学和传递过程的要求,做到反应速度快、选择性好、转化率高、目的产品多、副产物少。
(2)能及时有效地输入或输出热量,维持系统的热量平衡,使反应过程在适宜的温度下进行。
(3)有足够的机械强度和抗腐蚀能力,满足反应过程对压力的要求,保证设备经久耐用,生产安全可靠。
(4)制造容易,安装检修方便,操作调节灵活,生产周期长。
三、反应设备的类型
在化工生产中,化学反应的种类很多,操作条件差异很大,物料的聚集状态也各不相同,使用反应器的种类也是多种多样。一般可按用途、操作方式、结构型式等进行分类,最常见的是按结构型式分类,可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
 
   釜式反应器也称槽式、锅式反应器,它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种。主要应用于液—液均相反应过程,在气—液、液—液非均相反应过程中也有应用。在化工生产中,既适用于间歇操作过程,又可单釜或多釜串联用于连续操作过程,但在间歇生产过程应用最多。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。
   
管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过程,由单根(直管或盘管)连续或多根平行排列的管子组成,一般设有套管或壳管式换热装置。操作时,物料自一端连续加入,在管中连续反应,从另一端连续流出,便达到了要求的转化率。由于管式反应器能承受较高的压力,故用于加压反应尤为合适,例如油脂或脂肪酸加氢生产高碳醇、裂解反应用的管式炉便是管式反应器。此种反应器具有容积小、比表面大、返混少、反应混合物连续性变化、易于控制等优点。但若反应速度较慢时,则有所需管子长、压降较大等不足。随着化工生产越来越趋于大型化、连续化、自动化,连续操作的管式反应器在生产中使用越来越多,某些传统上一直使用间歇搅拌釜的高分子聚合反应,目前也开始改用连续操作的管式反应器。
管式反应器的长径比较大,与釜式反应器相比在结构上差异较大,有直管式、盘管式、多管式等,如图7-1所示。
图7—1管式反应器结构示意图

塔式反应器的长径比介于釜式和管式之间。主要用于气—液反应,常用的有鼓泡塔、填料塔、板式塔。最常用的是鼓泡塔式反应器,如图7-2所示。鼓泡塔内有盛液体的空心圆筒,
图7-2鼓泡塔反应器结构示意图
1—分布格板;2—夹套;3—气体分布器;4—塔体;5—挡板;
6—塔外换热器;7—液体捕集器;8—扩大段
底部装有气体分布器,壳外装有夹套或其他型式换热器或设有扩大段、液滴捕集器等。反应气体通过分布器上的小孔以鼓泡形式通过液层进行化学反应,液体间歇或连续加入,连续加入的液体可以和气体并流或逆流,一般采用并流形式较多。气体在塔内为分散相,液体为连续相,液体返混程度较大。为了提高气体分散程度和减少液体轴向循环,可以在塔内安置水平多孔隔板。当吸收或反应过程热效应不大时,可采用夹套换热装置,热效应较大时,可在塔内增设换热蛇管或采用塔外换热装置。也可以利用反应液蒸发的方法带走热量。   
 
固定床板反应器是指流体通过静止不动的固体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。以气- 固反应的固定床反应器最常见。固定床反应器根据床层数的多少又可分为单段式和多段式两种类型。单段式一般为高经比不大的圆筒体,在圆筒体下部装有栅板等板件,其上为催化剂床层,均匀的堆置一定厚度的催化剂固体颗粒。单段式固定床反应器结构简单、造价便宜、反应器体积利用率高。多段式是在圆筒体反应器内设有多个催化剂床层,在各床层之间可采用多种方式进行反应物料的