反應器是化學反應的載體,為反應提供必要的空間和條件,隻要有反應的地方,反應器便必不可少。化工廠裡的反應器更是多種多樣。
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
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;當加熱範圍是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℃)、液态鉛(熔點327℃)等。
4、電加熱反應釜
将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幹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産生溫差壓力。
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,因此适用于加熱溫度在400℃以下和電能價格較低的地方。
5、碳鋼反應釜
适用于不含腐蝕性液體的環境,比如某些油品的加工。
6、不鏽鋼反應釜
7、搪玻璃反應釜
是将含高二氧化矽的玻璃,襯在鋼制容器的内表面,經高溫灼燒而牢固地密着于金屬表面上成為複合材料制品。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
用鋼材做基體進行襯裡,比如外面一層鋼管,裡面可以襯上橡膠,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,内襯材料是聚乙烯,适用液态的食品以及及藥品的提煉。
鋼襯ETFE反應釜,内襯材料是乙烯-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
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内(或管道内)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内(或管道内)的物料。
蛇管傳熱
适用于傳熱面積大,單靠夾套傳熱面積不能滿足要求的反應釜,或者反應器内襯有橡膠的反應釜。
列管傳熱
對于大型反應釜,需高速傳熱時,可在釜内安裝列管換熱器。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,或者無法在反應器内安裝蛇管、夾套,而傳熱面積不能滿足工藝要求時,可以通過泵将反應器内的料液抽出,經外部換熱器換熱後再循環回反應器中。
回流冷凝式傳熱
将反應器内産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态,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。
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,通過減速機可将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。
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