过程设备设计复习资料8-1

第8章反应设备§8-1 概述

一、反应设备的应用及基本要求

1、反应设备应满足化学反应过程的要求

物料的性质（粘度、密度、腐蚀性等）；

相态；

反应条件（温度、压力等）；

反应过程的特点（气相的生成、固相的沉积等）；

2、反应设备应满足传质、传热和流体动力过程的要求

二、反应设备设计的几个问题

（1）反应物的混合

（2）适宜温度的维持

（3）停留时间的控制

三、反应设备的分类 （1） 化学反应器分类

（2） 生物反应器分类

按结构特征：机械搅拌式、气升式、流化床、固定床等

四、常见反应器的特点 (1) 机械搅拌式反应器 (2) 管式反应器

管式反应器可用于连续生产，也可用于间隙操作，反应物不返混，也可在高温、高压下操作。 (3) 固定床反应器

气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置称为固定床反应器。它主要用于气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优

点，是现代化工和生物反应中应用很广泛的反应器

固定床反应器有三种基本形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。 (4) 流化床反应器

流体（气体或液体）以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在

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⎪⎪⎩

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⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪

⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧固相反应器—液—气固相反应器—液固相反应器

—气液相反应器—液液相反应器—气非均相反应器固相反应器液相反应器气相反应器均相反应器、按物料相态分1⎪⎪⎪⎩⎪

⎪⎪

⎨⎧其它形式

流化床反应器固定床反应器

管式反应器搅拌反应器

、按设备结构形式分2

流动的主体流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特性的装置称为流化床反应器。§8-2 机械搅拌反应器

一、搅拌反应器的基本结构

（一）搅拌反应器的总体结构

1、釜体部分

（1）釜体部分由圆筒和上、下封头组成，提供物料化学反应的空间，其容积由生产能力和产品的化学反应要求决定。

（2）中、低压筒体通常采用不锈钢板卷焊，也可采用碳钢或铸钢制造，为防止物料腐蚀，可在碳钢或铸钢内表面衬耐蚀材料。

（3）釜体壳能同时承受内部介质压力和夹套压力，必须分别按内、外压单独作用时的情况考虑，分别计算其强度和稳定性。

（4）对于承受较大外压的薄壁筒体，在筒体外表面影设置加强圈。

2、传热装置

为及时送入化学放应所需热量或传出化学放应放出的热量，在釜体外部或内部可设置传热装置，使温度控制在需要的范围之内。

常用的传热装置是在釜体外部设置夹套或在釜体内部设置蛇管。 3、搅拌装置

由搅拌轴和搅拌器组成，可是物料混合均匀、良好接触，加速化学反应的进行。 搅拌过程中，物料的湍动程度增大，反应物分子之间、反应物分子与容器器壁之间

的接触不断更新，既强化了传质和传热，又有利于化学反应的进行。

4、轴封装置

为维持设备内的压力或阻止釜内介质泄漏，在搅拌轴伸出封抖出必须进行密封（动

密封）。

轴封装置通常有填料密封和机械密封两种。 5、其它结构

如人孔、手孔、各种接管、温度计、压力表、视镜、 安全泄放装置等。

（二）搅拌反应器的类型

（三）搅拌反应器的机械设计内容

1、 釜体的结构形式及及和尺寸的确定

包括釜体结构、釜体尺寸（直径、高度）、封头形式的选择等。 2、 材料的选择

根据工作温度、压力、物料的性质、设备加工要求等条件选择。 3、 强度计算及校核

如釜体壁厚的计算、封头壁厚的计算、搅拌轴直径的确定等。 4、 主要零部件的选用

搅拌轴、传动装置、轴封装置等的选择。

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⎨

⎧旁入式搅拌反应器）

卧式容器搅拌反应器底搅拌反应器

倾斜式搅拌反应器

偏心式搅拌反应器器立式容器中心搅拌反应

按结构形式分

5、 绘图、编制技术文件

装配图、各种零部件图、设计计算书、设计说明书、技术要求等。

二、搅拌容器 （一）搅拌容器

1、作用：为物料反应提供合适的空间。

2、装料系数

如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取0.6~0.7； 如果物料在反应中比较平稳，可取0.8~0.85。 3、操作容积和罐体容积

工艺设计给定的容积，对直立式搅拌容器通常是指筒体和下封头两部分容积之和； 对卧式搅拌容器则指筒体和左右两封头容积之和。

V 0=η1V

罐体的直径和高度 4、高径比（表9-3）

（1）罐体长径比对搅拌功率的影响 （2）罐体长径比对传热的影响 （3）物料反应对长径比的要求 5、罐体壁厚的确定

（二）换热元件

)(44

)(41

2

2

3

1

0v V D D v

V H V D H D i i i

i -=-=

=

ηππ

ηπ

1、夹套结构

（1）整体夹套

常用的整体夹套形式有圆筒型和U型两种。

（2）型钢夹套

（3）半圆管夹套

（4）蜂窝夹套

（二）内盘管

优点：浸没在物料中，热量损失小，传热效果好。

缺点：检修较困难

三、搅拌器

作用：（1）使两种或两种以上的物料混合均匀，良好接触。

（2）强化釜内物料的传质与传热效果，改善操作情况。

（3）使反应物料分子频繁碰撞，不断更新接触，促进化学反应的进行。

（4）防止悬浮物料的沉降，防止粘稠物料的“挂壁”。

（一）搅拌器的功能和流型

功能：提供工艺过程需要的能量和适宜的流动状态

1、通过自身的旋转把机械能传递给流体，形成桨叶附近高湍流充分混合区。

2、推动流体沿一定的路径在釜内循环流动，形成不同的“流型”

（1）轴向流——液体轴向流入，轴向流出

特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角小于90°

如：折叶桨、推进式搅拌器

（2）径向流——液体轴向流入，径向流出

特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90°

如：平桨搅拌器

（3）切向流——物料粘度较低而搅拌器旋转速度较高时，液体会围绕搅拌轴作旋