第五章反应设备的使用与维护
在化工生产中应用最多的是换热较好的 列管式固定床反应器。通常在管内充填催 化剂，管间通热载体，气体原料自上而下 通过催化剂床去进行反应，而反应热由床 层通过管壁与管外的热载体进行热交换。 这种反应器既适用于放热反应，也适用于 吸热反应。
第五章反应设备的使用与维护
特点：换热效果较好，催化剂层的温度 较易控制，特别适用于以中间产物为目的 的强放热复杂反应过程。又因反应器内物 料流动近似于理想平推流，有可能将副反 应限制在较低程度。但这种反应器的结构 比较复杂，而且不宜在高压条件下操作。
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锚式搅拌器由铸铁制成， 形状如锚，转动时几乎触 及釜体的内壁，可及时刮 除壁面沉积物，有利于传 热。此种搅拌器适用于粘 稠物料的搅拌。
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旋桨式搅拌器用2～3片推进 式桨叶装于转轴上而成。具有 结构简单、制造方便、可在较 小的功率下得到高速旋转的优 点，但搅拌较高粘度液体时， 搅拌效率不高。
第五章反应设备的使用与维护
第五章反应设备的使用与维护
第五章反应设备的使用与维护
适用范围：通常在操作条件比较缓和的情 况下操作，如常压、温度较低且低于物料 沸点时，应用此类反应器最为普遍。
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基本结构： 壳体 搅拌器 密封装置 换热装置
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1、壳体 结构包括：筒体、底、盖（封头）、人孔或
换热蛇管或塔外换热装置：当反应热效应较 大时可采用此装置。
第五章反应设备的使用与维护
优点：结构简单、运行可靠、易于实现大型 化、适宜于加压操作、在采取防腐措施 （如衬橡胶、瓷砖、搪瓷等）后可以处理 腐蚀性介质。
缺点：在简单鼓泡塔内不能处理密度不均一 的液体。
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填料鼓泡塔：为增加气、液相接触面积 和减少返混，在塔内的液体层中放置填料。
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4、换热装置 换热装置是用来加热和冷却反应物料，
使之符合工艺要求的温度条件的设备。 各种换热装置的选择主要决定传热表面
是否易被污染而需要清洗、所需传热面积 的大小、传热介质的泄漏可能造成的后果 以及传热介质的温度和压力等因素。
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二、管式反应器 管式反应器主要用于气相、液相、气-液
该塔与一般的填料塔不同，其填料是浸 没在液体中，填料间的空隙全是鼓泡液体。
该塔中液体在反应器中的平均停留时间 很短，因此虽有利于传质过程，但传质效 率较低，故不如中间设有隔板的多段鼓泡 塔效果好。
第五章反应设备的使用与维护
四、固定床反应器 凡是流体通过不动的固体形成的床层而
进行化学反应的设备都称为固定床反应器。 该反应器尤其适用于气-固相催化反应过程。
第五章反应设备的使用 与维护
2020/12/11
第五章反应设备的使用与维护
第一节 反应设备的工作过程及类型 第二节 反应器的结构及特点 第三节 反应设备的使用及维护
第五章反应设备的使用与维护
第一节 反应设备的工作过程及类型
定义：用于完成化学反应的设备称为反应设 备（也称反应器）。
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4. 制造容易，安装、检修方便，操作调节灵活，生 产周期长。
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二、反应设备的类型
第五章反应设备的使用与维护
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第二节 反应器的结构及特点
一、釜式反应器（槽式反应器） 优点：适用的温度和压力范围宽、适应性强、
操作弹性大、连续操作时温度浓度容易控 制、产品质量均一。 缺点：用在较高转化率工艺要求时，需要较 大容积。
一、反应设备的工作过程及作用
炼油、化工生产过程中，在反应器中进行的不 仅仅是单纯的化学反应过程，同时还存在着流体 流动、物料传热、传质等物理传递过程 。
反应器的工作过程就是以化学动力学为基础的 反应过程和以热量传递、质量传递、动量传递为 基本内容的传递过程同时进行、相互作用、相互 影响的复杂过程。
第五章反应设备的使用与维护
第五章反应设备的使用与维护
优点：结构简单，造价低，反应器体积利用 率较高；
缺点：整个反应过程没有换热或仅仅依靠床 壁散热，当反应热效应较大，而反应速度 较慢时，则不能仅设置一层催化剂，因此 仅适用于反应热效应较小、反应温度允许 波动范围较宽、单程转化率较低的反应过 程；
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2、多段绝热式反应器 多段绝热式反应器又分为中间换热式和冷激式。 中间换热式是在段间装有换热器，其作用是上
一段的反应气冷却，换热设备可放在反应器 外，也可放在反应器内。 冷激式是用冷激气直接与反应器内的气体混合， 以降低反应温度。根据冷激气体的不同，又 可分为原料气冷激式反应器和非原料气冷激 式反应器。
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双 端 面 机 械 密 封 的 具 体 结 构
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机械密封的原理是：当轴旋转时，设置在垂直于 转轴的两个密封面（其中一个安装在轴上随轴转 动，另一个安装在静止的机壳上），通过弹簧力 的作用，始终使它们保持接触，并作相对运动， 使泄漏不致发生。机械密封常因轴的尺寸和使用 压力增加而使结构趋于复杂。在机械密封中，由 于运转时密封环须作相对运动，因而产生磨损和 热，为了使密封得到润滑和冷却必须使冷却润滑 液在密封腔中不断循环。
❖桨式
弯叶开启涡轮 折叶开启涡轮 推进式
❖平直叶圆盘 框式
锚式 涡轮螺带式
螺杆式
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桨式搅拌器由钢条制 成，一端为平轭形，是 搅拌器中结构最简单的 一种。因桨叶水平装设， 故可造成水平液流，一 般仅适用于不需要剧烈 混合的过程。
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框式搅拌器在水平桨之外增设垂直桨叶， 形成一个框，可较好地搅拌液体。
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③ 由于流化床中的固体颗粒有类似于流体的流动性， 因此从床层中取出颗粒或向床层中加入新的颗粒都 很方便，可使反应过程和再生过程实现连续化及自 动化。
最适宜的温度范围； ② 催化剂装量充足，并能充分发挥作用； ③ 气体物料通过催化剂床层的阻力要小，并可加大
空间速度以强化生产，满足工艺要求，提高产品 收率。 ④ 设备结构简单、操作方便、安全可靠。
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五、流化床反应器 流体原料以一定的流动速度使催化剂颗粒
呈悬浮湍动，并在催化剂作用下进行化学 反应的设备，称为流化床反应器。它是气 固相催化反应常用的一种反应器。
流体阻力增大，影响正常操作。
第五章反应设备的使用与维护
随着化工生产的发展，已出现多种型式的固定 床反应器，以适应不同的传热要求和传热方式，主 要分为绝热式和换热式两大类。
（一）绝热式固定床反应器 1、单段绝热式反应器
一般为一高径比不大的圆筒体，除在圆筒体下 部装有栅板外，内部无其他构件，栅板上部均匀 堆置催化剂。反应气体经预热到适当温度后，从 圆筒体上部通入，经过气体预分布装置，均匀通 过催化剂层进行反应，反应后的气体由下部引出。
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特点：
① 由于流化床所用固体颗粒比固定床小得多，因而 具有较大的比表面积，使得流化床单位体积内气 固相间接触面积很大，并且降低了内扩散阻力， 增加了内表面的利用率，从而提高了相界面的传 质、传热速度。
② 由于流化床内固体颗粒不断冲刷换热器表面的激 烈运动，促使壁面气膜变薄，使床面不断更新， 从而提高了床层对壁面的给热系数，因此所需换 热器的传热面积较小。
3、密封装置 静止的搅拌釜封头和转运的搅拌轴之间设
有搅拌轴密封装置，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。
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填料密封的 结构大体上 如图所示， 它是由衬套、 填料箱体、 填料环、压 盖、压紧螺 栓等组成。
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机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性 能可靠、使用寿命长的转轴密封，被广泛地应用 于各个技术领域。与填料密封相比，机械密封的 泄漏率大约为填料密封的百分之一。机械密封在 运转时，除了装在轴上的浮动环由于磨损需作轴 向移动补偿外，安装在浮动环上的辅助密封则随 浮动环沿轴表面作微小的轴向移动，故轴或轴套 被磨损是微不足道的。因而可免去轴或轴套的维 修。由于机械密封有很多优点，因此，在搅拌设 备上已被大量采用。
多管式反应器的反应管内还可填固体颗粒， 以提高流体湍动或促进非均一流体相的良 好接触，并可用来储存热量以更好地控制 反应器的温度。适用于气-固、液-固非均 相催化反应过程。
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单管式反应器
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三、鼓泡塔反应器 气体以鼓泡形式通过液层进行化学反应
的塔式反应器，称为鼓泡塔反应器。它广 泛用于气-液相反应过程。
第五章反应设备的使用与维护
鼓泡塔反应器的基本结构是内盛液体的 空心圆筒，底部装有气体分布器，壳外装 有夹套或其他型式换热器或设有扩大段、 液滴捕集器等。
第五章反应设备的使用与维护
第五章反应设备的使用与维护
水平多孔隔板：提高气体分散程度和减少液 体轴向循环。
夹套换热装置：当吸收或反应过程热效应不 大时，可采用此装置。
度、压力的测定装置。
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2、搅拌器 搅拌器是釜式反应器最重要部件，其作用是加
强物料的均匀混合，强化釜内的传热和传质 过程。 常用搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡 轮式和螺带式等。桨式、框式和锚式搅拌器 均属于低速搅拌器，具有结构简单、制造方 便的特点。
第五章反应设备的使用与维护
相连续反应过程，由单根（直管或盘管） 连续或多根平行排列的管子组成，一般设 有套管或壳管式换热装置。
第五章反应设备的使用与维护
优点：容积小、比表面大、返混少、反应混 合物连续性变化、易于控制；