反应器运行安全分析（一）

　　反应器安全问题最为复杂，涉及反应器物系配置、投料速度、投料量、升  温冷却系统、检测、显示、控制系统以及反应器结构、搅拌、安全装置、泄压  系统等。

　　反应器是化工生产中的关键设备，合理选择设计好反应器是有效利用原料，  提高收率，减少分离装置的负荷，节省分离所需的能量，满足生产要求的一项必  不可少的工作。

　　反应器应该满足反应动力学要求、热量传递的要求、质量传递过程与流体动力学过程的要求、工程控制的要求、机械工程的要求、安全运行要求。

　　反应器的种类很多。按基本结构分类如下。

　　1  管式反应器

　　特点是传热面积较大，传热系数较高，流体流速较快，因此反应物停留时间短，便于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯度。此外还有结构简单、’耐高压等优点。管式反应器一般用于大规模的气相反应和某些液相反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反应。

　　2  釜式反应器

　　特点是可间歇操作也可连续操作，停留时间可长可短，温度、压力范围可高可低，在停止操作时易于开启进行清理。釜式反应器一般用于有液相参加的化学反应，如液—固、液—液、液—气、液—固—气等化学反应。

　　典型的釜式反应器结构如图3—3所示。主要由以下部件组成。

　　(1)釜体及封头  提供足够的反应体积以保证反应物达到规定转化率所需的  时间，并且有足够的强度、刚度和稳定性及耐腐蚀能力以保证运行可靠。

　　(2)换热装置  有效地输入或移出热量，以保证反应过程最适宜的温度。

　　(3)搅拌器  使各种反应物、催化剂等均匀混合，充分接触，强化釜内传热  与传质。

　　(4)轴密封装置  用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。

图3-3　反应釜的基本结构

1.电动机；2.传动装置；3.人孔；4：密封装置；5：搅拌器；6，12：夹套直管；7：搅拌器轴承；8：出料管；9：釜底；10：夹套；11：釜体；13：顶盖；14：加料管

　　3  固定床反应器和流化床反应器

　　其共同特点是气固相间传热、传质面积大，传质、传热系数高，便于实现过程连续化和自动化。它们之间的区别是停留时间分布和温度分布不同。固定床与流化床反应器用于气—固相反应和气—固相的催化反应。

　　除了以上几种反应器之外，还有鼓泡式反应器、塔式反应器等。

　　鼓泡反应器主要用于气—液反应。

　　工艺接管  为满足工艺要求，设备上开有各种加料口、出料口、视镜、人孔及测量孔等。其大小和安装位置均由工艺条件确定。

　　4  反应釜计算

　　根据工艺流程特点确定反应釜的操作方式；收集包括反应物、生成物及其他组分的物性数据；计算依据如生产能力、转化率、反应时间、装料系数、温度、压力、密度等；物料衡算和热量衡算；反应釜体积的计算。

　　(1)间歇反应釜的体积可由下式求得：

式中  V_a——反应器的实际体积，m^₃； 

　　 V_c——每昼夜处理物料的体积量，m^₃；

　　r周——生产一个周期的时间，h；包括加热、反应、卸料及清洗设备等所用的时间；

　　θ——装料系数，液相反应时，θ一般取0．75～0．8；对易起泡和有气相参加的反应，θ取0．4—0．5；

　　N _p——生产中实际操作的反应釜台数。考虑到设备的检修和生产能力的后备，反应釜实际台数N＝nN_p；

　　n——设备的安全系数或备用系数，通常在1．05～1．3范围内，若Np大

　　时，n可以取小些，反之可取大些。

　　(2)连接反应釜的体积计算。若为满釜操作则有：

　   式中  vn _p——满釜操作时，每台设备体积(也是物料所占的体积)，m ³；

　　Vc——每小时处理的物料量，m ³台；

　　t——物料平均反应时间，h；

　　N_p--满釜操作设备台数。同样，N＝nN_p。

　　若为非满釜操作，其装料系数为θ，则每台设备的体积为：

　　

　　 (3)反应釜直径D _i与简体高(长)H的确定。根据釜总体积与筒体高径比即确定H、D _i的大小。即：

　　

　　式中 Va——每台反应釜的总体积，m ³；

　　v_封——封头容积，m ³；先算出D _i，据此D _i化整为公称尺寸D _i；，由此D _i查手册，将查得的V_封容积代入上式计算；

　　λ——H/D _i筒高径比。

　　λ趋于1时，釜型趋于短胖型，釜内液体表面更新容易，适用于间歇反应，这时单位釜容所消耗的钢材比λ大时要少。

　　λ增大时，釜型趋向细长型，此时单位釜容的夹套传热面积相应增大，有利于传热。同时，λ增大，对气体的吸收有利，还可以减少物料返混。但是，λ愈大同一釜容的轴愈长，加工愈难，支承要求也高，搅拌器结构亦复杂不易检修。

　　由于各种要求不同，所以，高径比没有统一的规定。一般高径比入在1～3之间。