化工人,不要忘了你的武器丨反应釜分类的几种方式,你知道吗

2019年02月02日 反应釜设备 436 views

反应釜是实验室以及化工厂最基础的反应设备。虽然近些年来出现了微反应器/微通道反应器的冲击,但反应釜在造价及固体反应等方面依然有着巨大优势。本文以结构形式、搅拌器等为依据进行了不同类别反应釜的介绍。欢迎补充:

按结构型式分类,可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。

1、釜式反应器 

釜式反应器也称槽式、锅式反应器。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。

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。

2、管式反应器 

管式反应器主要用于气相、液相、气—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。 

管式反应器的特点 :换热面积大,适用于热效应较大的反应;反应速度快,流速快,所以它的生产率高;结构简单紧凑,强度高,抗腐蚀强,抗冲击性能好,使用寿命长,便于检修。

3、塔式反应器

塔式反应器一般有填料塔、板式塔、降膜反应器,、喷雾反应器、鼓泡塔等。

填料塔---快速和瞬间反应过程,特别适合与低压和介质具有腐蚀性的操作。

板式塔---中速和快速反应过程。大多采用加压操作,适用于传质过程控制的加压反应过程。

喷雾塔---瞬间反应过程,适合于有污泥,沉淀和生成固体产物的体系,气膜控制的反应系统,气液两相返混严重。

鼓泡塔---储液量大,适合于速度慢和热效应大的反应,但液相返混严重。适合于采用间歇操作方式。

4、固定床反应器

固定床板反应器是指流体通过静止不动的固体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。以气- 固反应的固定床反应器最常见。

固定床反应器床层薄,流速低,床层内的流体轴向流动可看作是理想置换流动,因而化学反应速率较快,完成同样的生产任务所需的催化剂用量和反应器体积较小,流体停留时间可严格控制,温度分布可适当调节,有利于提高化学反应的转化率和选择性;固定床中催化剂不易磨损,可在高温高压下操作。

当然,固定床也存在一些缺点,如传热性能差;不能使用细粒催化剂(不能充分利用催化剂内表面),催化剂的再生、更换均不方便。

5、流化床反应器 

细小的固体颗粒被流动着的流体携带,具有像流体一样自由流动的性质,此种现象称为固体的流态化。

把反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗粒合在一起,成为流化床反应器。流化床反应器多用于气- 固反应过程。

6 微通道反应器

但单纯的微通道反应器仍然无法满足我们的需求,特别是对于固体进料和需要长保留时间的反应,微通道反应器还需要很长的路进行迭代。但是作为一个新的发展方向,微通道反应器理应受到你我的更多关注。

搅拌器的作用

推动静止的液料运动,维持搅拌过程所需的流体流动状态,以达到搅拌的目的。搅拌器的主要部件是桨叶,因此桨叶的几何形状、尺寸、数量及转速对搅拌器的功能和搅拌效果有重要影响。

常见的搅拌器

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

螺带式搅拌器,常用扁钢按螺旋形绕成,直径较大,常做成几条紧贴釜内壁,与釜壁的间隙很小,所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。

螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低,通常不超过50r/min,产生以上下循环流为主的流动,主要用于高粘度液体的搅拌。

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。

1、按物料粘度选型

1)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;

2)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

1)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。

2) 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。

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