反应器-2均相反应器的选择.ppt

均相反应器的选择 均相反应器是指用来进行均相反应 气相或均一液相反应 的设备 均相反应器 一 釜式反应器 二 管式反应器 釜式反应器的分类 1 按操作方式分类2 按材质分类3 按操作压力分类 按壳体的材质分类 钢制反应釜 材料为Q235A 或容器钢 特点 制造工艺简单 造价费用较低 维护检修方便由于材料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 耐腐蚀性能耐大多数无机酸 有机酸 有机溶剂等介质的腐蚀 搪玻璃设备不宜用于下列介质的储存和反应 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 含氟离子的介质 耐热性 允许在 30 240 范围内使用 耐冲击性较小 釜式反应器 釜式反应器 釜式反应器的结构和特点 釜式反应器的基本结构主要包括 反应器釜体搅拌装置密封装置换热装置 釜体 由壳体和上 下封头组成 其高与直径之比一般在1 3之间 在加压操作时 上 下封头多为半球形或椭圆形 而在常压操作时 上 下封头可做为平盖 釜式反应器 釜底平面形 适用于常压或压力不高时 碟形 应用较广 球形 适用于高压场合 椭圆形 应用较广 锥形 适用于反应后物料需要分层处理的场合 手孔 人孔 安装和检修设备的内部构件 视镜 观察设备内部物料的反应情况 也作液面指示用安全装置 安全阀和爆破膜其它工艺接管 进料管 出料管 仪表接管 换热装置 密封装置 静止的搅拌釜封头和转动的搅拌轴之间设有搅拌轴密封装置 简称轴封 以防止釜内物料泄漏 轴封装置主要有填料密封和机械密封两种 1 填料密封 结构简单 填料装缷方便 但使用寿命较短 难免微量泄漏 2 机械密封 结构较复杂 但密封效果甚佳 搅拌装置 特点优点 适用范围广泛 投资少 投产容易 可以方便地改变反应内容 缺点 换热面积小 反应温度不易控制 停留时间不一致 绝大多数用于有液相参与的反应 如 液液 液固 气液 气液固反应等 釜式反应器 管式反应器 基本结构 由一根或多根管子串联或并联构成的反应器 长度与直径之比一般大于 管式反应器的特点 适用于热效应较大的反应 生产效率高适合于连续式生产 产品质量稳定返混小 a 直管反应器 b 盘管反应器 c 多管反应器 管式反应器 均相反应器的选择依据 1 根据物料的聚集状态2 根据反应速率3 根据生产量来选择4 根据动力学特性 生石灰的烧制 生活中的间歇釜操作 生活中的半连续釜操作 酿酒 磺化釜 铸铁釜卤化釜 搪瓷釜 气固相反应器的选择 气固相反应器 固定床反应器 流化床反应器 气体的进入方式有何讲究 防止气流冲动床层 造成催化剂分布不均匀和催化剂的磨损带出 有利于反应器中可能形成的液态物质的排出 固定床反应器 优点 床层内流体的流动接近理想置换流 可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力 当伴有串联副反应时 可获得较高的选择性 结构简单 操作方便 催化剂机械磨损小 适合在高温高压下操作 缺点 传热能力差 不能使用细颗粒催化剂 催化剂更换不便 固定床的类型和结构 换热式 绝热式 对外换热式 自热式 绝热式反应器 定义 不与外界进行任何热量交换 对于放热反应 反应过程中所放出的热量完全用来加热系统内的物料 物料温度的提高 称为绝热温升 如果是吸热反应 系统温度会降低 相应地称之为绝热降温 适用于反应的热效应较小 反应过程对温度的变化不敏感及副反应较少的简单反应 绝热式反应器 优点 结构简单 气体分布均匀 反应空间利用率高和造价便宜等 缺点 反应器轴向温度分布很不均匀 不适用于热效应大的反应 为了克服简单绝热式反应器的缺点 将上述反应器改成多段式 即把催化剂层分成数层 在各段间进行热交换 以保证每段床层的绝热温升或绝热温降维持在允许范围之内 例如SO2转化为SO3 所用的多段绝热反应器段与段之间引入空气进行冷激 反应热较大的反应中 广泛应用对外换热的列管式反应器 其特点是在反应区进行热交换 类似于管壳式换热器 管内填充催化剂 壳间走载热流体 为了避免壁效应 催化剂的颗粒直径不得超过管内径的1 8 一般采用直径为2 6mm的颗粒 对外换热式固定床反应器 优点 传热效果好 容易保证温度均匀一致 特别适用于以中间产物为目的产物的强放热复杂反应 缺点是结构比较复杂 不易在高压下操作 热载体 水 高压水 100 300 导热油 200 350 熔盐 KNO353 NaNO37 NaNO340 300 500 烟道气 600 700 特点 换热效果好 床温均匀 但结构较复杂 不易在高压下操作应用 热效应大 温度要求均匀控制的场合 对外换热式固定床反应器 对外换热式结构 自热式反应器 以原料气为换热介质 利用反应后的高温气体预热原料气 使其达到反应温度 本身得到冷却 流化床反应器 流化床反应器是利用气体自下而上通过固体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态 并进行气固相反应的装置 应用 催化过程非催化过程 矿物加工 工业生产中常见流化床反应器形式 工业生产中常见流化床反应器形式 流化床的优点 对催化剂的要求 可以使用粒度很小的固体颗粒 有利于消除内扩散阻力 充分发挥催化剂表面利用率 传热 由于颗粒在流体中处于运动状态 颗粒与流体界面不断搅动 界面不断更新 颗粒湍动程度增加 因而其传热系数比固定床大得多 当大量反应热放出时 能够很快传出 床层温度均匀 传质 催化剂颗粒和流体处于剧烈搅动状态 加之催化剂粒度较小 单位体积的催化剂具有很大的表面积 使传质速率加快 从操作上来看 由于流化床中的固体颗粒有类似与流体的流动性 所以从床层中取出和加入新的颗粒都很方便 特别是对于催化剂易于失活的反应 可以使反应过程和催化剂再生过程连续化 易于实现自动控制 从生产规模上来看 流化床传热良好 设备结构简单 投资省 适合与大规模生产 流化床反应器的缺点 气固流化床中 少量气体以气泡形式通过床层 气固接触严重不均 导致气体反应很不完全 其转化率往往比全混流反应器还低 不适宜用于要求单程转化率很高的反应 固体颗粒的运动方式接近全混流 停留时间相差很大 对固相加工过程 造成固相转化率不均匀 固体颗粒的混合还会挟带部分气体 造成气体的返混 影响气体的转化率 当存在串联副反应时 会降低选择性 固体颗粒间以及颗粒和器壁间的磨损会产生大量细粉 被气体夹带而出 造成催化剂的损失和环境污染 须设置旋风分离器等颗粒回收装置 流化床反应器的放大远较固定床反应器困难 按固体颗粒是否在系统内循环分类 单器流化床多用于催化剂使用寿命较长的气固相催化反应器双器流化床多用于催化剂使用寿命较短容易失活的气固相催化反应过程 按床层外形分类 圆筒形结构简单 制造容易 设备容积利用率高 圆锥形结构较复杂 制作比较困难 截面自上而下逐渐扩大 按床层中是否设置内部构件分类 自由床床中不专门设置内部构件以限制气体和固体流动 限制床多采用挡板 挡网等内部构件 按反应器的层数分类 单层流化床多层流化床当过程对温度和浓度的分布有特定的要求或对热能的回收有较高的要求时使用 优点 可适应低气速条件下操作 对于粒度分布较宽的体系 圆锥床底部的高气速可保证颗粒的流化 对于反应速度快和热效应大的反应 床层底部的高速流动可以强化传热 使反应不至于过分集中在床层底部可适应气体体积增大的反应 反应过程中气体在床层中上升 岁静压力的减小 体积会相应增大 若反应为分子数增加的过程 则气体体积会增大更多 采用圆锥床 可适应这种体积增大的特点 使流化更趋平稳 流化床反应器结构 反应器主体 扩大段 分离段 浓相段 锥底 锥底 一般锥角为90 或60 作用 对进入气体起预分布作用 卸催化剂 床层 浓相段 床高与催化剂的装填量 气速有关 是反应器的有效体积 通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过1 一般接近于1 分离段扩大段 流化床反应器结构 包括气体预分布器和气体分布板 其作用是使气体均匀分布 以形成良好的初始流化条件 同时支承固体颗粒 以下为常见气体分布板形式 凹型筛孔板单个直孔泡帽 气体分布装置 泡帽侧缝分布板泡帽侧孔分布板 气体分布装置 条形侧缝分布板 直孔泡帽分布板 直孔筛板 锥型侧缝分布板 锥型侧孔分布板 锥型侧缝分布板 气体预分布器 同心圆锥壳式分布器 帽式分布器 充填式分布器 开口式分布器 弯管式分布器 气体预分布器 包括档网 档板和填充物等 作用 破碎气体在床层中产生的大气泡