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反應(yīng)釜,反應(yīng)釜技術(shù)知識(shí),反應(yīng)釜知識(shí)詳解

1、  反應(yīng)釜概述

反應(yīng)釜（或稱反應(yīng)器）是通過化學(xué)反應(yīng)得到反應(yīng)產(chǎn)物的設(shè)備，或者是為細(xì)胞或酶提供適宜的反應(yīng)環(huán)境以達(dá)到細(xì)胞生長代謝和進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備。幾乎所有的過程裝備中，都包含有反應(yīng)釜，因此如何選用合適的反應(yīng)器系列，確立*的操作條件和設(shè)計(jì)合理可靠的反應(yīng)器，滿足日益發(fā)展的過程工業(yè)的需求具有十分重要的意義。

1.1    反應(yīng)釜的作用

反應(yīng)釜的主要作用是提供反應(yīng)場(chǎng)所，并維持一定的條件，是化學(xué)反應(yīng)的過程按預(yù)定的方向進(jìn)行，得到合格的反應(yīng)產(chǎn)物。

   一個(gè)設(shè)計(jì)合理、性能良好的反應(yīng)釜，應(yīng)能滿足如下要求：

1、  應(yīng)滿足化學(xué)動(dòng)力學(xué)和傳遞過程的要求，做到反應(yīng)速度快、選擇性號(hào)好、轉(zhuǎn)化率高、目的產(chǎn)品多、副產(chǎn)物少；

2、  應(yīng)能及時(shí)有效的輸入或輸出熱量，維持系統(tǒng)的熱量平衡，使反應(yīng)過程在適宜的溫度下進(jìn)行；

3、  應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕能力，滿足反應(yīng)過程對(duì)壓力的要求，保證設(shè)備經(jīng)久耐用，生產(chǎn)安全可靠；

4、  應(yīng)做到制造容易、安裝檢修方便，操作調(diào)解靈活，生產(chǎn)周期長。

1.2    反應(yīng)釜的分類

反應(yīng)釜一般可根據(jù)用途、操作方式、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分類。例如：根據(jù)用途可把反應(yīng)釜分為催化裂化反應(yīng)器、加氫裂化反應(yīng)器、催化重整反應(yīng)器、氨合成塔、管式反應(yīng)爐、氯乙烯聚合釜等。根據(jù)操作方式又可把反應(yīng)釜分為連續(xù)式操作反應(yīng)釜、間歇式操作反應(yīng)釜和半間歇式操作反應(yīng)釜等。

zui常見的是按反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)分類，可分為釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器等。

1、               釜式反應(yīng)器  釜式反應(yīng)器也稱攪拌釜式、槽式、鍋式反應(yīng)器。主要由殼體、攪拌器和傳熱部件等組成。具有投資少、投產(chǎn)快、操作靈活方便等特點(diǎn)。

2、               管式反應(yīng)器   管式反應(yīng)器一般是由多根細(xì)管串聯(lián)或并聯(lián)而構(gòu)成的一種反應(yīng)器。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是反應(yīng)器的長度和直徑之比較大，一般可達(dá)50-100.。常用的有直管式、U形管式、旁管式和多管式幾種形式。管式反應(yīng)器的主要特點(diǎn)是反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速度只與管長有關(guān)，而不隨時(shí)間變化。反應(yīng)物的反應(yīng)速度快，在管內(nèi)的流速高，適用于大型化、連續(xù)化得生產(chǎn)過程，生產(chǎn)效率高。

3、               塔式反應(yīng)器    塔式反應(yīng)器的高徑比介于釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器之間，約為8-30.主要用于汽-液反應(yīng)，常用的有鼓泡塔、填料塔和板式塔。

鼓泡塔為圓筒體，直徑一般不超過3m，底部裝有氣體分布器，頂部裝有氣液分離器。在塔體外部或內(nèi)部可安裝各種傳熱裝置或部件。還有一種帶升氣管式的鼓泡塔，是在塔內(nèi)裝有一根或幾根升氣管，使塔內(nèi)液體在升氣管內(nèi)外做循環(huán)流動(dòng)，所以稱為氣升管式鼓泡塔

   填料塔是在圓筒體塔內(nèi)裝有一定厚度的填料層及液體噴淋、液體再分布及填料支撐等裝置。其特點(diǎn)是氣液返混少，溶液不易起泡，耐蝕，壓降小。

板式塔是在圓筒體塔內(nèi)裝有多層塔板和溢流裝置。在各層踏板上維持一定的液體量，氣體通過踏板時(shí)，汽液相在塔板上進(jìn)行反應(yīng)。特點(diǎn)是氣液逆向流動(dòng)接觸面大、返混小，傳熱傳質(zhì)效果好，液相轉(zhuǎn)化率高。

4、 固定床反應(yīng)器   固定床反應(yīng)器是指流體通過靜止不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，以氣固反應(yīng)的固定床反應(yīng)器zui常見。固定床反應(yīng)器根據(jù)床層數(shù)的多少又可分為單段式和多段式兩種類型。單段式一般為高徑比不大的圓筒體，在圓筒體下部裝有柵板等板件，其上位催化劑床層，均勻的堆置一定厚度的催化劑（能改變化學(xué)反應(yīng)的速度，而其自身的數(shù)量和組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)）固體顆粒。單端時(shí)固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜，反應(yīng)器體積利用率高。多段式是在圓筒體反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有多個(gè)催化劑床層，在各床層之間可采用多種方式進(jìn)行反應(yīng)物料的換熱。其特點(diǎn)是便于控制調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，防止反應(yīng)溫度超出允許范圍。

5、  流化床反應(yīng)器   細(xì)小的固體顆粒被運(yùn)動(dòng)的流體攜帶，具有像流體一樣能自由流動(dòng)的性質(zhì)，此種現(xiàn)象稱為固體的流動(dòng)化。一般，把反應(yīng)器和在其中呈流態(tài)化的固體催化劑顆粒合在一起，稱為流化床反應(yīng)器。

流化床反應(yīng)器多用于氣固反應(yīng)過程，當(dāng)原料氣通過反應(yīng)器催化劑床層時(shí)，催化劑顆粒受氣流作用而懸浮起來呈翻滾沸騰狀，原料氣在處于流態(tài)化的催化劑表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)的催化劑床層即為流化床，也稱沸騰床。

流化床反應(yīng)器的形式很多，但一般都由客體、內(nèi)部構(gòu)件、固體顆粒裝卸設(shè)備

圓筒式的床層為圓筒形，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，設(shè)備容積利用率高，使用較廣泛。圓錐式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是床層橫截面從氣體分布板向上逐漸擴(kuò)大，使上升氣體的氣速逐漸降低，固體顆粒的流態(tài)化較好。特別適用于粒徑分布不均的催化器和反應(yīng)時(shí)氣體體積增大的反應(yīng)過程。多管式的結(jié)構(gòu)是在大直徑圓筒形反應(yīng)器床層中豎直安裝一些內(nèi)換熱管。其特點(diǎn)是氣固返混小，床層溫度較均勻，轉(zhuǎn)化率高。

反應(yīng)釜的工作過程

 化工生產(chǎn)時(shí)，在反應(yīng)釜中進(jìn)行的不僅僅是單純的化學(xué)反應(yīng)過程，同時(shí)還存在著流體流動(dòng)、物料傳熱、傳質(zhì)、混合等物理傳質(zhì)過程。在反應(yīng)釜中，化學(xué)反應(yīng)的激勵(lì)、步驟和速率是根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的規(guī)律進(jìn)行的。如對(duì)于氣液反應(yīng)，反應(yīng)速度于溫度和濃度有關(guān)外，還與相界面的大小和相間的擴(kuò)散速度有關(guān)。對(duì)于氣固反應(yīng)，不論在什么條件下進(jìn)行，氣相組分都必須先擴(kuò)散到固體催化劑的表面上，再在催化劑表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)過程是反應(yīng)釜工作的本質(zhì)過程。

由于化學(xué)反應(yīng)時(shí)原料的種類很多，反應(yīng)過程也很復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的要求也各不相同，為滿足不同的反應(yīng)要求，反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)類型和尺寸大小也多種多樣，操作方式和操作條件也各不相同。如間歇操作的反應(yīng)釜，原料是一次性加入的；而連續(xù)式操作的反應(yīng)釜，原料是連續(xù)加入的。不同結(jié)構(gòu)形式和尺寸的反應(yīng)釜及不同操作條件和方式，必將影響流體的流動(dòng)狀態(tài)和物料的傳熱、傳質(zhì)及混合等傳遞過程。而傳遞過程是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的必要條件，因此反應(yīng)釜的工作過程就是以化學(xué)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的反應(yīng)過程和以熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞為基本內(nèi)容的傳遞過程，同時(shí)進(jìn)行，相互作用、相互影響的復(fù)雜過程。
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