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炼化厂反应设备的使用与维护(中)

前言

上期我们主要了解了反应设备的类型,反应设备的类型很多,其构造和适用条件也各不相同。一个反应过程在工业生产中究竟采用哪种类型的反应器,并无严格的规定,应以满足工艺要求为主,综合考虑各种因素以减少能量消耗、增加经济效益为原则而确定。

反应器的结构及特点

01 釜式反应器

釜式反应器又称槽型反应器它是各类反应初器中结构较为简单且应用较广的一种,主要应用于液——液均相反应中,在气一液、液一液非均相反应过程中也有应用。在化学生产中,既适用于间歇操作过程,又可单釜或多釜串联用于连续操作过程,但在间歇生产过程应用最多。

釜式反应器具有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、产品质量均一等特点。但用在较高转化率工艺要求时,需要较大容积。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。

釜式反应器的基本结构见图,主要包括反应器壳体、搅拌器、密封装置和换热装置等。釜式反应器壳体及搅拌器所用材料一般为碳钢,根据特殊需要可在与反应物料接触部分衬有不锈钢、铅、橡胶、玻璃钢或搪瓷。个别情况也可衬贵重金(如银等)。根据反应要求,壳体也可直接用铜、不锈钢制造。

02 管式反应器

管式反应器主要用于气相、液相、气一液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。

操作时,物料自一端连续加入在管中连续反应,从另一端连续流出,便达到了要求的转化率。由于管式反应器能承受较高的压力故用于加压反应尤为合适、例如油脂或脂肪酸加氢生产高碳醇、裂解反应用的管式炉便是管式反应器。

此种反应器具有容积小、比表面大、返混少、反应混合物连续性变化、易于控制等优点。但若反应速度较慢时,则有所需管子长、压降较大等不足。随着化工生产越来越趋向于大型化、连续化、自动化,连续操作的管式反应器在生产中使用越来越多,某些传统上一直使用间歇搅拌釜的高分子聚合反应,目前也开始改用连续操作的管式反应器。

管式反应器与釜式反应器相比在结构上差异较大,主要有直管式、盘管式、多管式等。

03 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。它广泛应用于气一液相反应过程。

鼓泡塔反应器基本结构是内盛液体的空心,底部装有气体圆筒分布器,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,如图所示。

简单鼓泡塔具有结构简单、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、塘瓷等)后可以处理腐蚀性介质等优点。但在简单鼓泡塔内不能处理密度不均一的液体,如悬浊液等。

为了增加气、液相接触面积和减少返混,可在塔内的液体层中放置填料,这种塔称为填料鼓泡塔。

04 固定床反应器

凡是流体通过不动的固体物料形成的床层而进行化学反应的设备都称为固定床反应器。该反应器无其适合于气一固相催化反应过程。

固定床催化反应器的特点是除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外,床层内气体的流动均可视为理想平推流动,因而化学反应速度较快,为完成同样生产任务所需要的催化剂用量和反应器体积较小。

流体通过床层的停留时间可以严格控制,温度分布可以适当调节,因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。固定床内的催化剂不易磨损,可以较长时间连续使用。适宜于在高温高压下操作。

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

在反应过程中不与外界进行热量交换的反应器称为绝热式反应器,又分为单段绝热式和多段绝热式。

在工业上选择固定床反应器时,应考虑以下条件:

保证径向、轴向温度分布均匀,并使反应维持在最适宜的温度范围;催化剂装量充足,并能充分发挥作用;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等。此外还要考虑设备结构简单、操作方便、安全可靠等因素。

未完待续!

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