(完整版)釜式反应器-教案

釜式反应器

Tank Reactor

釜式反应器的学习任务

1、了解釜式反应器的基本结构、特点及工业应用。

2、掌握各类釜式反应器的计算。

3、了解釜式反应器的热稳定性。

4、掌握釜式反应器的操作技能。

项目一釜式反应器的结构

釜式反应器又称: 槽型反应器或锅式反应器一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。

反应器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。

操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用；但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器的应用最为普遍。

一、釜式反应器基本结构

釜式反应器的基本结构主要包括: 反应器壳体、搅拌装置、密封装置、换热装置、传动装置。

壳体结构：一般为碳钢材料，筒体皆为圆筒型。釜式反应器壳体部分的结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜、安全装置及各种工艺接管口等。封头；反应釜的顶盖，为了满足拆卸方便以及维护检修。

平面形：适用于常压或压力不高时；

碟形：应用较广。

球形：适用于高压场合；

椭圆形：应用较广。

锥形：适用于反应后物料需要分层处理的场合。

手孔、人孔：为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。

视镜: 观察设备内部物料的反应情况，也作液面指示用。

工艺接管: 用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。

二、釜式反应器的搅拌装置

在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械搅拌装置包括搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮；

辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。

（一）搅拌器的类型常用搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式和螺带式等。1、桨式搅拌器由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低，一般为20～80r ／min。桨式搅拌器直径取反应釜内径

Di/3 ～2/3 ，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或多个桨叶。桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液体物料，也适用于纤维状和结晶状的溶解液，物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。

2、涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又可分为平

直

叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min。涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。

3、推进式搅拌器推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时，反应釜内设有导流筒。

推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di 的1/4 ～1/3 ，300～600r ／min，搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。

4、框式和锚式搅拌器框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的2/3 ～9/10，50～70r／min。框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过程的进行，快速旋转时，搅拌器叶片所带动的液体把静止层从反应釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。

5、螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器

这两种搅拌器主要产生轴向流，加上导流简后，可形成筒内外的上下循环流动。它们的转速都较低，通常不超过50r ／min，主要用于高教度液体的搅拌。

(二)挡板和导流筒

搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如挡板、导流筒。1、挡板：目的是为了消除切线流和“打漩”。一般为2-4 块，且对于低速搅拌高粘度液体的锚式和框式搅拌器安装挡板无意义。

2、导流筒：目的是控制流型(加强轴向流)及提高混合效果。不同型式的搅拌器的导流筒安置方位不同。

搅拌器的选型主要根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。在工业上可根据物料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等因素选择适宜的搅拌器。在一般情况下，对低粘性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分散混合，选用旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差较小时，选用桨式搅拌器；对于物料粘稠性很大的液体混合，可选用锚式搅拌器。对需要更大搅拌强度或需使被搅拌液体作上、下翻腾运动的情况，可根据需要在反应器内再装设横向或竖向挡板及导向筒等。

(1) 按物料粘度选型

对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式；对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。

(2) 按搅拌目的选型对低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、桨式。

对于非均相液- 液分散过程，首先考虑剪切作用，同时要求有较大的循环流量，各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序排列：涡轮式、推进式、桨式。

三、釜式反应器的换热装置

换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺要求的温度条件的设备。其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等，也可用直接火焰或电

感加热

（一）夹套式换热器是套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。夹套的高度取决于传热面积，而传热面积由工艺要求确定。夹套高度一般应高于料液的高度，应比釜内液面高出50－100mm左右，以保证传热。夹套内通蒸汽时，其蒸汽压力一般不超过0.6MPa。当反应器的直径大或者加热蒸汽压力较高时，夹套必须采取加强措施。分支撑短管加强的“蜂窝夹套”，冲压式蜂窝夹套，角钢焊在釜的外壁上夹套。

（二）蛇管式换热器当工艺需要的传热面积大，单靠夹套传热不能满足要求时，或者是反应器内壁衬有橡胶、瓷砖等非金属材料时，可采用蛇管、插入套管、插入D 形管等传热。