《化学反应过程与设备》课件-项目三 釜式反应器操作与控制

化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务1认识釜式反应器1、釜式反应器的基本结构釜式反应器的基本结构1图-釜式反应器实物一、釜式反应器的基本结构筒体上盖下封头

由圆形筒体、上盖、釜底构成，上封头通过法兰连接或焊接与筒体上端口相连，釜底则与筒体下端口相连。1.釜

体一、釜式反应器的基本结构传热方式包括在釜壁外设置夹套、在釜内设置换热面或通过外部循环进行换热等。2.传热装置一、釜式反应器的基本结构搅拌装置包括机械搅拌和气流搅拌等多种类型。搅拌装置的主要作用是促进物料在反应器内的均匀混合。3.搅拌装置一、釜式反应器的基本结构

传动装置，它为搅拌装置提供动力，确保搅拌装置的正常运行。4.传动装置一、釜式反应器的基本结构

轴封装置用于密封搅拌轴与釜体之间的间隙，防止物料泄漏和外界杂质进入反应器，从而保证反应的安全和稳定。5.轴封装置一、釜式反应器的基本结构化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务2搅拌设备内流体的流动特性1、釜式反应器的基本结构流体的流动特性1搅拌设备内流体的流型一般有三种：轴向流、径向流、切线流。一、搅拌设备内流体的流型

轴向流是指物料沿搅拌轴的方向循环流动。凡是叶轮与旋转平面的夹角小于90°的搅拌器转速较快时所产生的流型主要是轴向流。这种流型的循环速度大，有利于宏观混合，适合于均相液体的混合、沉降速度低的固体悬浮。

1.轴向流一、搅拌设备内流体的流型物料沿着反应釜的半径方向在搅拌器和反应釜内壁之间的流动。这种流型的液体剪切作用大，造成的局部涡流运动剧烈，适合需要高剪切作用的搅拌过程，如气液分散、液液分散和固体溶解。

2.径向流一、搅拌设备内流体的流型物料围绕搅拌轴做圆周运动。平桨式搅拌器在转速不大且没用挡板时所产生的主要是切线流。切线流的存在除了可以提高反应釜内壁的对流传热系数外，对其他的搅拌过程是不利的。

3.切线流一、搅拌设备内流体的流型化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务3常用搅拌器的类型、结构和特点1、釜式反应器的基本结构常用搅拌器的类型、结构和特点1一、常用搅拌器的类型、结构和特点由桨叶、键、轴环、竖轴等部件组成。桨叶一般用扁钢、不锈钢或有色金属制造。直径通常取反应釜内径的1/3~2/3。转速较低，一般为20-80转/分钟。一、常用搅拌器的类型、结构和特点1.桨式搅拌器涡轮搅拌器速度较大，线速度约为3~8m/s,转速范围约为300~600r/min。搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。适用于乳浊液、悬浮液等物质的搅拌。圆盘涡轮式搅拌器开启涡轮搅拌器一、常用搅拌器的类型、结构和特点2.涡轮式搅拌器推进式搅拌器的直径约取反应釜内径的1/4~1/3，线速度可达5~15米/秒，转速范围为300~600转/分钟。它常用于需要良好混合效果的场合。一、常用搅拌器的类型、结构和特点3.推进式搅拌器框式和锚式搅拌器常用于传热、晶析操作以及高黏度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。框式和锚式搅拌器的直径一般取反应器内径的2/3~9/10，线速度约为0.5~1.5米/秒，转速范围约为50~70转/分钟。锚框式搅拌器一、常用搅拌器的类型、结构和特点4.框式和锚式搅拌器螺带式锚式搅拌器的直径较大，紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小。搅拌时，它能不断地将沾于釜壁的沉积物刮下来，保持釜壁的清洁。螺带式锚式搅拌器以上下循环流为主的流动，主要用于高粘度液体的搅拌。其转速较低，通常不超过50转/分钟。螺带式锚式搅拌器一、常用搅拌器的类型、结构和特点5.螺带式锚式搅拌器化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务4搅拌器的选型原则1、釜式反应器的基本结构搅拌器的选型原则1对于低黏度液体，应选用小直径、高转速的搅拌器，如推进式、涡轮式搅拌器。对于高黏度液体，则应选用大直径、低转速的搅拌器，如锚式、框式、桨式搅拌器。1.物料性质搅拌器的选型原则1.物料性质搅拌器的选型原则1.物料性质搅拌器的选型原则1.物料性质搅拌器的选型原则对于需要强烈混合的场合，可以选择具有强烈剪切作用的搅拌器。对于需要悬浮固体的场合，可以选择能够提供良好悬浮效果的搅拌器。2.搅拌目的搅拌器的选型原则化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务5搅拌附件1、釜式反应器的基本结构搅拌附件1挡板一般是指长条形的竖向固定在罐壁上的板，主要是在湍流状态时为了消除切线流和“打漩”现象而增设的。1.挡板搅拌附件对于低黏度液体，挡板可以紧贴罐壁安装，且与液体环向流成直角，这样可以最大限度地发挥其改善流动状态的作用。而对于高黏度液体，特别是黏度在7~10Pa·s之间或进行固-液相操作时，挡板则需要离壁安装，以避免对液体流动造成过大的阻力。当液体黏度更高时，挡板甚至可以倾斜一个角度安装，以有效防止黏滞液体在挡板处形成死角及防止固体颗粒的堆积。搅拌附件1.挡板应用导流筒可以使流型得以严格控制。还可得到高速涡流和高倍循环。导流筒可以为液体限定一个流动路线以防止短路；也可以迫使流体高速流过加热面以利于传热。对于混合和分散过程，导流筒也能起到强化作用。2.导流筒搅拌附件导流筒是一个圆筒形，紧包围着叶轮。导流筒的安装方式相对简单，它通常是一个圆筒形结构，紧包围着叶轮安装，这样可以确保液体按照预定的路线流动。搅拌附件2.导流筒化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务6釜式反应器的密封装置1、釜式反应器的基本结构z釜式反应器的密封装置1结构：由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺栓等组成。1.填料密封

釜式反应器的密封装置

原理：被装填在搅拌轴和填料环之间环形间隙中的填料，在压盖压力的作用下，沿搅拌轴表面会产生径向压紧力。填料中的润滑剂在径向压紧力的作用下被挤出，在搅拌轴的表面形成一层及薄的液膜。这层液膜一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面起到阻止设备内流体漏出或外部流体渗入的作用，从而达到轴向密封的目的。1.填料密封

釜式反应器的密封装置结构：主要由动环、静环、辅助密封圈、弹簧加荷装置等组成。2.机械密封

釜式反应器的密封装置

原理：在弹簧的压紧力作用下，动环的端面紧贴静环端面，形成密封面。当轴转动时，动环、弹簧、弹簧座等部件跟着一起转动，而静环则固定不动，动环和静环的端面紧紧贴住，阻止了物料的泄漏。介质被压到两端面间，形成一层极薄的液膜，既起到阻止物料泄漏的作用，又使得端面得以润滑，获得长期密封效果。2.机械密封

釜式反应器的密封装置化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务7釜式反应器的传动装置1、釜式反应器的基本结构釜式反应器的传动装置1结构：由齿轮、轴承、联轴器等组成。作用：提供搅拌所需的动力。

釜式反应器的传动装置

原理：传动装置的工作原理依赖于电动机作为初始动力源。电动机通常具有较高的转速，但这一转速并不直接适用于搅拌作业。因此，需要通过减速机对电动机的转速进行调节。减速机能够将电动机的高转速降低至符合工艺要求的搅拌转速。经过减速机调节后的转速，再通过联轴器传递给搅拌轴，从而驱动搅拌轴进行转动。

釜式反应器的传动装置化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务8釜式反应器的换热装置1、釜式反应器的基本结构釜式反应器的换热装置1作用：负责加热或冷却反应物料，确保反应在适宜的温度条件下进行。常见的换热装置结构类型：夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式和回流冷凝法等。

釜式反应器的换热装置夹套式换热装置是由钢板经过精确焊接工艺制作而成的，它被设计成套在反应器筒体的外部，从而形成一个封闭的密封空间。夹套内通蒸汽时，其蒸汽压力一般不超过0.6MPa。当反应器的直径较大或者加热压力较高时，夹套必须采取加强措施。

釜式反应器的换热装置1.夹套式蛇管浸没在物料中，热量损失少，且由于蛇管内传热介质流速高，它的传热系数比夹套大得多。但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。

釜式反应器的换热装置2.蛇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。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，此外结构简单，操作弹性较大。

釜式反应器的换热装置3.列管式当反应器的夹套和蛇管传热面积仍不能满足工艺要求时，我们可以采用外部循环式换热装置。这种装置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中，从而有效提高传热效果。

釜式反应器的换热装置4.外部循环式回流冷凝法则是当反应在沸腾温度下进行且反应热效应很大时采用的一种换热方法。反应器内产生的蒸汽通过外部的冷凝器加以冷凝，冷凝液返回反应器中。蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式散热，可以得到很高的传热系数。

釜式反应器的换热装置5.回流冷凝法化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务9换热介质的选择1、釜式反应器的基本结构换热介质的选择11.高压饱和水蒸气其来源于高压蒸汽锅炉，利用反应热的废热锅炉或热电站的蒸汽透平。2.高压汽水混合物由焊在设备外壁上的高压蛇管、空气冷却器、高温加热炉和安全阀等构成封闭循环系统。管内充满70%的水和30%的蒸汽，形成汽水混合物。1.高温热源的选择

换热介质的选择3.有机载热体利用某些有机物常压沸点高、熔点低、热稳定性好等特点提供高温热源。常见的有机载热体有联苯导生油、YD导热油、SD导热油等。4.熔盐熔盐加热方法则适用于300℃以上的高温加热场合。熔盐如KNO3、NaNO3、NaNO2的混合物在高温下具有良好的热稳定性和传热性能。1.高温热源的选择

换热介质的选择5.电加热法是一种操作方便、热效率高、便于实现自控和遥控的高温加热方法。常用的电加热方法有电阻加热法、感应电流加热和短路电流加热等。这种方法适用于需要精确控制温度的高温加热场合，如实验室研究、小规模生产等。1.高温热源的选择

换热介质的选择6.利用煤气、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。这种方法可用于300℃以上的高温加热，但热效率低、传热系数小，且温度不易控制。1.高温热源的选择

换热介质的选择1.冷却用水冷却用水如河水、井水、城市水厂给水等，水温随地区和季节而变。深井水水温较低而稳定，适用于需要冷却且对水温要求不高的场合。但需要注意的是，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℃。2.空气在缺乏水资源的地方，可采用空气作为低温冷源。空气冷却具有传热系数低、需要的传热面积大的缺点。3.低温冷却剂常用的载冷剂有三类，即水、盐水及有机物载冷剂。2.低温热源的选择

换热介质的选择化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务10釜式反应器的部件1、釜式反应器的基本结构釜式反应器的部件1釜体一般包括圆筒体、上封头（釜盖）和下封头三个部件。圆筒体和上封头通常为法兰连接，方便装卸；而圆筒体和下封头则为焊接连接。作用：提供足够的容积盛装反应的原料和产物，同时具有足够的强度和耐腐蚀能力，以承受反应过程中的各种条件。筒体上盖下封头1.釜体

釜式反应器的部件釜盖是釜体的封闭部分，加压操作时多为半球形或椭圆形，常压操作时可为平盖。釜盖与圆筒体通过法兰连接，成对的法兰一个焊在釜盖上，另一个焊在圆筒体的上端。2.釜盖

釜式反应器的部件法兰的连接方式有平焊和对焊两种：平焊和对焊。成对的两个法兰之间安放填料，然后通过螺栓或卡子固定。法兰的作用是实现釜盖与圆筒体的可靠连接，确保密封性，防止反应过程中的泄漏。3.法兰

釜式反应器的部件人孔直径较大，约为400mm，人可以通过人孔探入釜内。人孔的作用是用于检查釜式反应器内部零件的工作状况，安装和拆卸内部构件，以及清扫残留物或垃圾。4.人孔

釜式反应器的部件视镜则是工作人员窥视反应釜内部工作情况的窗口，开口处用透明玻璃盖住。有些视镜还可以用来测量反应釜内的液位，有些直接安装在手孔或人孔上以降低成本。视镜的透明玻璃应具有抗压、耐高温的性能，以避免裂纹或破裂。5.视镜

釜式反应器的部件安全阀装在釜盖上，是反应釜带压操作时的安全保护装置，可以防止超压事故的发生。6.安全阀

釜式反应器的部件连管则用于连接反应釜与各种管道，作为管道与反应釜的连接口，实现物料的进出和循环。7.连管

釜式反应器的部件加料管是一根插在连管内，借法兰和螺栓与连管连接的短管，其下端截成与水平成45°，使液体在加料时不致四面溅开或落在釜壁上。8.加料管

釜式反应器的部件压料管则利用压缩空气或其他气体从反应釜中将全部液态物料压出，一般贴着釜壁安装，并用焊在釜体内壁的卡夹夹紧。9.压料管

釜式反应器的部件釜底放料阀则安装在釜底放料口，用于较黏稠的物料或含有固体的悬浮液的放料，采用的阀门有考克阀、上展阀和下展阀等类型。10.釜底放料阀

釜式反应器的部件温度计套管用于放置长的温度计、热电偶和热电阻等测温元件，插入后通过连管插到反应釜中，并用螺栓固定。温度计套管用铸铁或钢做成一端封闭的管子，其中注入一些机油或高沸点液体，以提高测温的准确性和稳定性。11.温度计套管

釜式反应器的部件支座焊在夹套上，是支撑反应釜的金属构件，常见的有腿式、支承式、裙式、耳式等类型。作用：支撑反应釜，确保其稳定性和安全性。12.支座

釜式反应器的部件夹套则是反应釜的一个组成部分，通常用于加热或冷却反应釜内的物料。夹套通过循环热介质或冷介质来控制反应釜内的温度，以满足反应过程的需求。13.夹套

釜式反应器的部件化学反应过程与设备项目三釜式反应器操作与控制

任务11釜式反应器的分类1、釜式反应器的基本结构釜式反应器的分类1间歇式反应釜的特点：反应物料一次性加入釜中，达到要求的转化率后，再一次性取出釜内所有物料。这种操作方式灵活，但耗时长，生产能力低，劳动强度高。多用于小批量、多品种、反应时间长的产品生产，特别适用于精细化工与生物化工产品的生产。半间歇式反应釜有两种操作方式。一种是反应物料一次性加入，产品连续取出；1.按操作方式

釜式反应器的分类另一种反应物料连续加入。这种操作方式反应不太快，温度易于控制，有利于提高可逆反应的转化率。它适用于产品的浓度大会影响反应速率，或产品不稳定、长时间积累会发生副反应等场合，以及要求一种反应物浓度高而另一种反应物浓度低的化学反应。连续式反应釜的特点是反应物料连续加入，釜内物料连续排出。这种操作方式耗时短，生产能力高，体力劳动强度低，且容易全面地实现机械化和自动化，降低原材料和能量的损耗。它适用于大规模生产，在化工生产上有广泛的应用。1.按操作方式

釜式反应器的分类钢制反应釜制造工艺简单，造价费用较低，维护检修方便，使用范围广。经过镜面抛光的不锈钢制反应釜特别适用于高黏度体系聚合反应。因此，钢制反应釜广泛应用于化工生产。铸铁反应釜在氧化、磺化、硝化、缩合、硫酸增浓等反应过程中使用较多，适用于特定化学反应过程。搪玻璃反应釜对许多介质具有良好的抗腐蚀性，广泛用于精细化工生产中的卤化反应及盐酸、硫酸、硝酸等存在时的各种反应。2.按材质

釜式反应器的分类低压釜是搅拌轴与壳体之间采用动密封结构，在低压（1.6MPa以下）条件下能够防止物料的泄漏。它适用于低压条件下的化学反应。高压釜则适用于高压条件下的化工工艺过程，采用磁力搅拌釜，以静密封代替传统的填料密