石化反應器

石化反應器是進行化學反應的關鍵設備,而化學反應過程又是原料轉化為目的產品的主要過程。因為反應過程是一個極其複雜的過程,不僅要遵守化學熱力學和化學反應動力學的規律,還要受到能量傳遞和熱量傳遞過程的制約,特別指出的是各個過程之間相互影響,使得反應過程極其複雜,所以反應器與其他石化單元設備(如塔、冷換設備、泵、壓縮機等)不同。反應器的設計都要單獨進行,沒有系列可言,設備製造一定要完全滿足設計要求,才能保證生產的順利進行。

反應器種類很多,但從結構型式來看,可分為管式、塔式、釜式、固定床反應器和流化床反應器。

管式反應器

管式反應器長徑比極大,內部結構簡單,能承受較高的壓力。
管式反應器可以是單管,也可以是環管,一般沒有內件。適用於單一氣相或液相(即單相)的連續反應。比如液相本體法聚丙烯裝置採用的就是環管式反應器,而熱裂解爐管採用的是單管式反應器。
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二、

塔式反應器

塔式反應器高徑比很大,常用於氣-液反應和液-液反應。常用的有鼓泡式反應器(鼓泡塔),其中又可分為簡單鼓泡塔和氣升式鼓泡塔。
1、簡單鼓泡塔
鼓泡塔為盛液體的空心圓筒,底部裝有氣體分布器。氣體通過分布器上小孔均勻以鼓泡形式進入液相,液相間歇或連續加入反應器,液體和氣體可以並流或逆流(並流常見)。為了提高氣體的分散程度,減少液位縱向循環,在反應器中安置水平多孔隔板進行時,往往有熱效應,常採用夾套或其他外部散熱方式。
2、氣升式鼓泡塔
氣升式鼓泡塔塔內裝有一根或幾根氣升管,氣體從下部的氣體分布器進入氣升管。在氣升管中,氣液混合物密度比環形空間中的液體密度小得多,引起液體在環形空間和氣升管內做循環流的,故稱為氣升式鼓泡反應器。苯乙烯裝置中的烴化/烴化轉移反應器就是這種結構。
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三、

釜式反應器

釜式反應器的高徑比為1-2,在石化行業中,除用於液相均相、液相非均相或氣相反應外,主要用於聚合反應,即將小分子變為大分子,使反應物具有可塑、成纖、成膜、高彈等特性。很多釜內含有攪拌器和換熱裝置。大部分反應釜由釜體、攪拌器、減速器、密封裝置、換熱裝置和擋板組成。
1、釜體
釜體是一個壓力容器,其內壁有的要求鏡面,有的無此要求。
2、攪拌器
除聚合過程外,還有許多其他化工過程需要攪拌器。
按工藝過程攪拌器可分為混合、攪動、懸浮和分散四種。
按型式,攪拌器有推進器式、透平式、漿式、錨式、螺軸式、螺帶式以及有刮壁作用的攪拌器。前三種適用於高速攪拌低粘稠流體,後幾種適用於低速攪拌高粘稠流體。
3、傳熱裝置
聚合反應往往嚴格控制聚合溫度,要求反應物料純淨不被污染,加之粘度高易結垢,要求傳熱裝置傳熱效率要高,結構要簡單,避免有容易掛膠的粗糙表面和導致結垢的死角,並便於清洗。
4、擋板
流體粘度較低,攪拌器轉數較高時,容易產生漩渦流況,漩渦是離心力作用於鏇轉的液體而產生的。可以在釜內安裝擋板來消除渦流。通常安裝四塊擋板,擋板寬度可以為釜直徑的1/10至1/12。擋板亦可兼做傳熱裝置。
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四、

固定床反應器

這是進行氣-固相反應的一種反應器。氣體通過靜止的催化劑固體顆粒進行反應。
固定床反應器的經典結構有容器式、列管式、徑向流動式等。
固定床反應器優點:
1、床層極薄,流體流速很低;
2、床層內的流體軸向流動可看成是理想置換流動,因而化學反應速度較快;
3、流體停留時間可嚴格控制,溫度分布可以適當調節,因而有利於提高化學反應的轉化率和選擇性;
4、催化劑不易磨損;
5、可在高溫下操作
固定床反應器缺點:
催化劑顆粒不能太大,不能使用細粒催化劑;催化劑導熱性較差,催化劑的再生、更換不方便。
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五、

流化床反應器

這也是一種氣-固相反應的一種反應器。氣體從反應器底部的氣體分布板、分布管進入,將反應器床層上固體催化劑顆粒流化如液體沸騰狀,在流化狀態中進行反應。
流化床反應器經典結構
流化床的下部稱為濃相段,或稱密相段,化學反應主要在此完成。在濃相段中裝有冷卻水管和導向擋板。濃相段之上為稀相段,稀相段也裝有冷卻水管,稀相段之上為擴大段。擴大段之內裝有鏇風分離器,以分離並回收被反應氣體夾帶走的催化劑細粒。
流化床反應器優點:
1、床層溫度分布均勻,可避免局部過熱或局部反應不完全現象。
2、可利用循環顆粒作為傳熱介質,大大簡化了反應器結構。
3、流化床單位體積內氣固相之間接觸面積很大,提高了界面的傳熱、傳質速率。
4、催化劑內孔表面利用率高,加速氣固相間的反應。
5、反應過程及再生過程連續化。
6、流化床中換熱器所需面積較小。
7、設備生產強度大,適於大規模生產。
流化床反應器缺點:
1、反應的轉化率低,流化床一般達不到固化床的轉化率。
2、催化劑損失率高,防塵比較困難。
3、流化床的管子和容器磨損非常嚴重。
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其它型式反應器

一、環流反應器
環流反應器藉助於攪拌推進器或噴射器的推動,使反應物沿著規定的路線循環流動,在流動中邊混合邊發生化學反應。這種反應器適用於處理高粘物料,其優點是:
1、流向確定,流動損失少,混合均勻;
2、結構簡單,無運動密封件;
3、氣液接觸良好,能耗低;
4、便於改善工藝條件。
二、熱管反應器
管反應器是用熱管作傳熱裝置的總稱。熱管具有高效和低能耗的優點。

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石油化工設備包含煉油設備和煤化工設備兩個大方向,用到的設備幾十種,而反應器只是其中的一部分。煉油設備可以分為合成氨設備和煉油廠設備;煤化工設備中方向就很多了,它也有合成氨的設備(以煤為原料)。另外,核電設備中所用容器與石化設備大同小異,它們都隸屬於壓力容器範疇,屬於一個專業。我國的壓力容器行業在國際上也是名列前茅。

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