化学反应过程与设备11

1、 化学反应过化学反应过程与设备程与设备化学反应过程与设备化学反应过程与设备主讲教师：主讲教师： 化学反应过化学反应过程与设备程与设备主要内容：主要内容：123 化学反应过化学反应过程与设备程与设备 教材采用教育部高职教材采用教育部高职高专规划教高专规划教材，教材的难材，教材的难度适中，相比本科教材，度适中，相比本科教材，其特点是复杂的理论分析其特点是复杂的理论分析较少，增加许多工程实践较少，增加许多工程实践的实例。的实例。符合高职高专的符合高职高专的培养目标。培养目标。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备化学反应工程原理（第二版）张濂，许志美，袁向前编著化学反应工程原理（第二版）张濂，许志美

2、，袁向前编著化学反应工程原理例题与习题（第二版）许志美化学反应工程原理例题与习题（第二版）许志美 化学反应过化学反应过程与设备程与设备一、反应器的选择一、反应器的选择123 化学反应过化学反应过程与设备程与设备三个组成部分：三个组成部分：原料预处理，即按化学反应的要求将原料进行净化等操作，使其原料预处理，即按化学反应的要求将原料进行净化等操作，使其符合化学反应器进料要求；符合化学反应器进料要求；化学反应，即将一种或几种反应原料转化为所需的产物；化学反应，即将一种或几种反应原料转化为所需的产物；产物分离，以获得符合规格要求的化工产品。化学反应是化工生产物分离，以获得符合规格要求的化工产品。化学反

3、应是化工生产过程的核心。产过程的核心。用来进行化学反应的设备称为用来进行化学反应的设备称为化学反应器化学反应器，化学反应器是化工生产，化学反应器是化工生产装置中的关键设备。装置中的关键设备。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备应用：应用：可用来进行液液均相反应，也可用于非均相反应可用来进行液液均相反应，也可用于非均相反应可用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过可用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程程可作为有机染料和医药中间体的许多其他工艺过程的反应设可作为有机染料和医药中间体的许多其他工艺过程的反应设备备釜式反应器的特点：釜式反应器的特点：结构简单、加工方便，传质

4、效率高，温度分布均匀，操作条件结构简单、加工方便，传质效率高，温度分布均匀，操作条件(如如温度、浓度、停留时间等温度、浓度、停留时间等)的可控范围较广，操作灵活性大，便于的可控范围较广，操作灵活性大，便于更换品种，能适应多样化的生产。更换品种，能适应多样化的生产。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备分类：分类：按操作方式按操作方式按材质按材质按压力按压力 化学反应过化学反应过程与设备程与设备基本结构：基本结构：搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器主要由壳体、主要由壳体、搅拌装置、搅拌装置、轴封轴封和换热装置和换热装置四大部分组成。四大部分组成。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备1、壳体：、壳体：

5、构成？构成？上盖与筒体的连接方法？上盖与筒体的连接方法？壳体材料？壳体材料？釜低形状？釜低形状？2、搅拌装置：、搅拌装置：组成：搅拌轴和搅拌电机组成：搅拌轴和搅拌电机目的：是加强反应釜内物料的均匀混合，以强目的：是加强反应釜内物料的均匀混合，以强化反应的传质和传热。化反应的传质和传热。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备3、轴封：、轴封：目的：用来防止釜的主目的：用来防止釜的主体与搅拌轴之间的泄漏体与搅拌轴之间的泄漏分类：填料密封、机械分类：填料密封、机械密封密封 化学反应过化学反应过程与设备程与设备4、换热装置：、换热装置：作用：用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺要求作用：用来加热或冷却

6、反应物料，使之符合工艺要求的温度条件的设备的温度条件的设备结构型式：夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等结构型式：夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等 化学反应过化学反应过程与设备程与设备无泄漏磁力釜基本结构无泄漏磁力釜基本结构：1、釜体：、釜体：釜身：釜身：釜盖：釜盖：2、搅拌转子：、搅拌转子：为了使釜内物料进行激烈搅拌，以利化学反应，在釜内垂为了使釜内物料进行激烈搅拌，以利化学反应，在釜内垂直悬置一根搅拌转子，其上配置与釜体内径成比例的搅拌直悬置一根搅拌转子，其上配置与釜体内径成比例的搅拌器器(如涡轮式、推进式等如涡轮式、推进式等)，搅拌器离釜底较近，以利物料，搅拌器离釜底较近，以利物料翻

7、动。翻动。(3)传热构件釜内介质的热量传递，可在釜外焊制传热构件釜内介质的热量传递，可在釜外焊制传热夹套，通入适当载热体进行热交换，也可以在釜内设传热夹套，通入适当载热体进行热交换，也可以在釜内设置螺旋盘管，在管内通载热体把釜内物料的热量带走或传置螺旋盘管，在管内通载热体把釜内物料的热量带走或传入，以满足其化学反应的需要。入，以满足其化学反应的需要。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备3、传热构件传热构件：釜内介质的热量传递，可在釜外焊制传热夹套，通入适当釜内介质的热量传递，可在釜外焊制传热夹套，通入适当载热体进行热交换，也可以在釜内设置螺旋盘管，在管内载热体进行热交换，也可以在釜内设置螺旋

8、盘管，在管内通载热体把釜内物料的热量带走或传入，以满足其化学反通载热体把釜内物料的热量带走或传入，以满足其化学反应的需要。应的需要。4、传动装置：、传动装置：旋转运动是通过一个磁力驱动器来实现的，它位于釜盖中旋转运动是通过一个磁力驱动器来实现的，它位于釜盖中央，与搅拌转子联成一体，以同步转速旋转。央，与搅拌转子联成一体，以同步转速旋转。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备5、安全与保护装置：、安全与保护装置：釜盖上设置有安全阀或爆破片泄压安全附件。当釜内压力超过釜盖上设置有安全阀或爆破片泄压安全附件。当釜内压力超过规定压力时，打开泄放装置，自行降压，以保证设备的安全。规定压力时，打开泄放装置

9、，自行降压，以保证设备的安全。安全阀必须经过校准后才能使用，校正后加铅封。安全阀必须经过校准后才能使用，校正后加铅封。釜盖与釜体法兰上均备有衬里夹层排气小孑釜盖与釜体法兰上均备有衬里夹层排气小孑L，如有渗漏，首，如有渗漏，首先在此发现，可及时采取措施。先在此发现，可及时采取措施。密闭釜体内部转轴运转情况可借助于装在磁力驱动器外部的密闭釜体内部转轴运转情况可借助于装在磁力驱动器外部的转速传感器显示出来，如有异常情况，可及时采取停车检查措转速传感器显示出来，如有异常情况，可及时采取停车检查措施。施。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备反应釜的特点与发展趋势：反应釜的特点与发展趋势：1、反应釜的共

10、同特点、反应釜的共同特点结构基本相同。结构基本相同。操作压力较高。操作压力较高。操作温度较高。操作温度较高。反应釜中通常要进行化学反应。反应釜中通常要进行化学反应。反应釜多属间歇操作。反应釜多属间歇操作。2、发展趋势、发展趋势大容积化。大容积化。反应釜的搅拌器已由单搅拌器发展到用反应釜的搅拌器已由单搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。双搅拌器或外加泵强制循环。生产自动化和连续化。生产自动化和连续化。合理利用热能。合理利用热能。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备(一一)管式反应器在化工生产中的应用与分类：管式反应器在化工生产中的应用与分类： 化学反应过化学反应过程与设备程与设备(二二)管

11、式反应器的特点：管式反应器的特点：操作方式：多数采用连续操作，少数采用半连续操作，使用间操作方式：多数采用连续操作，少数采用半连续操作，使用间歇操作的则极为罕见。歇操作的则极为罕见。特点：特点：单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热效应较大的反应。效应较大的反应。由于反应物在管式反应器中反应速率快、流速快，所以它由于反应物在管式反应器中反应速率快、流速快，所以它的生产效率高。的生产效率高。适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证。质量有保证。与釜式反应器相比较，其返混较小

12、，在流速较低的情况下，与釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近于理想置换流。其管内流体流型接近于理想置换流。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备套管式反应器由长径比很大的细长管和密封环通过连接件的紧固串套管式反应器由长径比很大的细长管和密封环通过连接件的紧固串联安放在机架上而组成联安放在机架上而组成。它包括直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温差补偿器、传热夹它包括直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温差补偿器、传热夹套及连接管和机架等几部分套及连接管和机架等几部分。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备1、直管、直管内管长内管长8m。根据反应段的不同，内管内径通常

13、也不同。根据反应段的不同，内管内径通常也不同(如声如声27mm和庐和庐34mm)。预热段夹套管内通蒸汽加热进行反应。预热段夹套管内通蒸汽加热进行反应。反应段及冷却段通热水移去反应热或冷却。反应段及冷却段通热水移去反应热或冷却。为安装方便，在整管的中间部位装有支座。为安装方便，在整管的中间部位装有支座。2、弯管、弯管弯管结构与直管基本相同，弯头半径弯管结构与直管基本相同，弯头半径R。弯管在机架上的安装。弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩量，故不再另加补偿器。方法允许其有足够的伸缩量，故不再另加补偿器。内管总长内管总长(包括弯头弧长包括弯头弧长)也是也是8m。 化学反应过化学反应过程与设备程

14、与设备 化学反应过化学反应过程与设备程与设备3、密封环：、密封环：套管式反应器的密封环为透镜环。透镜环有两种形状，一种套管式反应器的密封环为透镜环。透镜环有两种形状，一种是圆柱形，另一种是带接管是圆柱形，另一种是带接管“T”形。圆柱形透镜环采用与反应形。圆柱形透镜环采用与反应器内管同一材质制成。器内管同一材质制成。带接管的带接管的“T”形透镜环用于安装测温、测压元件用的。形透镜环用于安装测温、测压元件用的。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备4、管件、管件反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行，所以对法兰、螺柱和螺反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行，所以对法兰、螺柱和螺母都有一定要求。母都有

15、一定要求。5、机架、机架反应器机架用桥梁钢焊接成整体，地脚螺栓安放在基础桩的柱头上，反应器机架用桥梁钢焊接成整体，地脚螺栓安放在基础桩的柱头上，安装管子支座部位装有托架，管子用抱箍与托架固定。安装管子支座部位装有托架，管子用抱箍与托架固定。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备均相反应器主要有：均相反应器主要有：间歇操作搅拌釜式反应器、连续操作搅拌釜式反应器、多釜串间歇操作搅拌釜式反应器、连续操作搅拌釜式反应器、多釜串联连续操作搅拌釜式反应器、连续操作管式反应器等。联连续操作搅拌釜式反应器、连续操作管式反应器等。反应器选择的依据：反应器选择的依据：反应的特征。主副反应的生成途径、反应速率、反应热等。反应的特征。主副反应的生成途径、反应速率、反应热等。反应器的特征。返混大小、流动状态、换热能力等。反应器的特征。返混大小、流动状态、换热能力等。生产要求。反应温度、反应压力、反应时间、转化率、选择性、生产要求。反应温度、反应压力、反应时间、转化率、选择性、压降、能耗、生产能力等。压降、能耗、生产能力等。 化学反应过化学反应过程与设备程与设备考虑因素：考虑因素：根据物料的聚集状态选择。气相反应选择连续操作管式反应根据物料的聚集状态选择。气相反应选择连续操作管式反应器，液相反应通常选择釜式反应器。器，液相反应通常选择釜式反应器。根据生产量