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各種釜式反應器,反應原理,結構組成。

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化學反應,無處不在!!當我們站在蔚藍的天空下,呼吸著新鮮的空氣,化學反應便已經發生了,我們吸入的O2變成了CO2,我們人體便是這反應的“反應器“。關于反應器你想知道些什么?

 反應器是化學反應的載體,為反應提供必要的空間和條件,只要有反應的地方,反應器便必不可少。化工廠里的反應器更是多種多樣。

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釜式反應器也稱槽式、鍋式反應器。反應原理如圖所示:

釜式反應器的分類

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1水加熱反應釜

當對溫度要求不高時,可采用這種加熱方式。其加熱系統有敞開式和密閉式兩種。

敞開式較簡單,它由循環泵、水槽、管道及控制閥門的調節器組成。當采用高壓水時,設備機械強度要求高,反應釜外表面焊上蛇管,蛇管與釜壁有間隙,使熱阻增加,傳熱效果降低。

2蒸汽加熱反應釜

加熱溫度在100℃以下時,可用一個大氣壓以下的蒸汽來加熱;當加熱范圍是100-180℃時,用飽和蒸汽;當溫度更高時,可采用高壓過熱蒸汽。

3其他介質加熱的反應釜

若工藝要求必須在高溫下操作,或欲避免采用高壓的加熱系統時,可用其它介質來代替水和蒸汽,如礦物油(275-300℃)、聯苯醚混合劑(沸點258℃)、熔鹽(140-540℃)、液態鉛(熔點327℃)等。

4電加熱反應釜

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將電阻絲纏繞在反應釜筒體的絕緣層上,或安裝在離反應釜若干距離的特設絕緣體上,便可用電來加熱反應。前三種方法獲得高溫均需在釜體上增設夾套,由于溫度變化的幅度大,使釜的夾套及殼體承受溫度變化而產生溫差壓力。

采用電加熱時,設備較輕便簡單,溫度較易調節,而且不用泵、爐子、煙囪等設施,開動也非常簡單,危險性不高,成本費用較低,但操作費用較其它加熱方法高,熱效率在85%以下,因此適用于加熱溫度在400℃以下和電能價格較低的地方。

5碳鋼反應釜

適用于不含腐蝕性液體的環境,比如某些油品的加工。

6不銹鋼反應釜

具有優良的機械性能,可承受較高的工作壓力,也可承受塊狀固體物料中料時的沖擊。

耐熱性能好,工作溫度范圍廣(-196—600℃),在較高溫度下不會氧氣起皮,可用于直接明火加熱。

具有較高的耐磨腐蝕性能。

傳熱效果好,升溫和降溫速度快。

具有優良的加工性能,可按不同的工藝要求,制成各種不同形狀結構的反應釜,還可以打磨拋光。

7搪玻璃反應釜

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是將含高二氧化硅的玻璃,襯在鋼制容器的內表面,經高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復合材料制品。因此搪玻璃反應釜具有玻璃的穩定性和金屬強度的雙重優點,是一種優良的耐腐蝕設備。

8鋼襯反應釜

鋼材做基體進行襯里,比如外面一層鋼管,里面可以襯上橡膠,塑料等,以實現純鋼材無法避免的問題,如腐蝕介質,高溫或低溫介質。常見的有鋼襯PE反應釜、鋼襯ETFE反應釜等。

鋼襯PE反應釜,內襯材料是聚乙烯,適用液態的食品以及及藥品的提煉。

鋼襯ETFE反應釜,內襯材料是乙烯-四氟乙烯共聚物。這種反應釜防腐性能極其優良,能抗各種濃度的酸、堿、鹽、強氧化劑、有機化合物及其它具有強腐蝕性的化學介質。

釜式反應器的結構

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釜式反應器主要由釜體、傳熱裝置、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置及各種工藝接管組成。

1釜體

釜體提供反應所需空間。由殼體和上、下封頭組成,其高與直徑之比一般在1-3之間。在加壓操作時,上、下封頭多為半球形或橢球形;而在常壓操作時,上、下封頭可做成平蓋。為了放料方便,下底也可做成錐型。

2傳熱裝置

傳熱裝置,作用是滿足反應所需溫度,其種類多種多樣。

夾套傳熱:夾套是指在容器壁外面加上的一個外套。可通過加入熱介質如蒸氣、熱水或熱油等來加熱容器內(或管道內)物料,也可通入冷卻介質如冷卻水或其他冷卻流體來冷卻容器內(或管道內)的物料。

蛇管傳熱:適用于傳熱面積大,單靠夾套傳熱面積不能滿足要求的反應釜,或者反應器內襯有橡膠的反應釜。

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列管傳熱:對于大型反應釜,需高速傳熱時,可在釜內安裝列管換熱器。其具有換熱面積大,傳熱效果好,結構簡單,操作彈性大的優點。

外部循環式傳熱

當夾套和蛇管傳熱面積不能滿足工藝要求,或者無法在反應器內安裝蛇管、夾套,而傳熱面積不能滿足工藝要求時,可以通過泵將反應器內的料液抽出,經外部換熱器換熱后再循環回反應器中。

回流冷凝式傳熱

將反應器內產生的蒸汽通過外部冷凝器加以冷凝,冷凝液返回反應器中。

3攪拌裝置

包括攪拌器、攪拌軸等。

攪拌器:推動靜止的液料運動,維持攪拌過程所需的流體流動狀態,以達到攪拌的目的。攪拌器的種類有很多,下圖為常見的攪拌器樣式。

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攪拌裝置的選型

1、按物料粘度選型

對于低粘度液體,應選用小直徑、高轉速攪拌器,如推進式、渦輪式;

對于高粘度液體,就選用大直徑、低轉速攪拌器,如錨式、框式和槳式。

2、按攪拌目的選型

對低粘度均相液體混合,主要考慮循環流量,各種攪拌器的循環流量按從大到小順序排列:推進式、渦輪式、槳式。

對于非均相液-液分散過程,首先考慮剪切作用,同時要求有較大的循環流量,各種攪拌器的剪切作用按從大到小的順序排列:渦輪式、推進式、槳式。

4傳動裝置

作用是提供攪拌的動力。

反應釜需要電動機和傳動裝置來驅動,攪拌器傳動裝置一般安放在釜體的頂部,通常采用立式布置,如圖所示。電動機的轉速較高,通過減速機可將轉速降至工藝要求的攪拌轉速,再通過聯軸器帶動攪拌軸轉動。 

5軸封裝置

作用是保證工作時形成密封條件,阻止介質向外泄露的裝置。可分為填料箱密封和機械密封。

填料箱密封

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結構:由襯套、填料箱體、填料環、壓蓋、壓緊螺栓等組成。

原理:被裝填在攪拌軸和填料函之間環形間隙中的填料,在壓蓋壓力的作用下,沿攪拌軸表面會產生徑向壓緊力。填料中的潤滑劑在徑向壓緊力的作用下被擠出,在攪拌軸的表面形成一層極薄的液膜。這層液膜一方面使攪拌軸得到潤滑,另一方面起到阻止設備內流體漏出或外部流體滲入的作用,而達到軸向密封的目的。

機械密封

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械密封是一種比較新型的密封結構。它的泄漏量少,使用壽命長,摩擦功率損耗小,軸或軸套不受磨損,耐振性能好,常用于高低溫、易燃易爆有毒介質的場合。但結構復雜,密封環加工精度要求高,安裝技術要求,裝拆不方便,成本高。 

密封裝置使用條件

通常在常壓或低壓條件下采用填料密封,一般使用壓力小于2公斤。 

在一般中等壓力或抽真空情況會采用機械密封,一般壓力為負壓或40公斤。 

在高壓或介質揮發性高得情況下會采用磁力密封,一般壓力超過14公斤以上。 

除了磁力密封均采用水降溫外,其他密封形式在超過120度以上會增加冷卻水套。 

6工藝接管

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原料進口管(灰色)

置換空氣進口管(藍色)

置換氮氣進口管(黑色)

清洗用水進口管(綠色)

固體物料進口管(原材料、固體催化劑等)

產物放出管(灰色)

換熱介質進、出口管(蒸汽管為紅色)


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