反应器运行安全分析详细版.docx
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反应器运行安全分析详细版
文件编号:
GD/FS-5851
(解决方案范本系列)
反应器运行安全分析详细版
ASpecificMeasureToSolveACertainProblem,TheProcessIncludesDeterminingTheProblemObjectAndInfluenceScope,AnalyzingTheProblem,CostPlanning,AndFinallyImplementing.
编辑:
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反应器运行安全分析详细版
提示语:
本解决方案文件适合使用于对某一问题,或行业提出的一个解决问题的具体措施,过程包含确定问题对象和影响范围,分析问题,提出解决问题的办法和建议,成本规划和可行性分析,最后执行。
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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。
一、 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。
二、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。
三、 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。
四、 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 Va——反应器的实际体积,m³;
V封——封头容积,m3;先算出Di,据此Di化整为公称尺寸D′i,由此D′i
查手册,将查得的y封容积代入上式计算;
λ——H/Di筒高径比。
λA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入大时要少。
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,丸增大,对气体的吸收有利,还可以减少物料返混。
但是,久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。
五、 搅拌器运行安全
搅拌器的安全可靠是许多放热反应、聚合过程等安全运行的必须条件。
搅拌器的中断或突然失效可以造成物料反应停滞、分层、局部过热等。
搅拌器的形式有桨式、涡轮式、推进式、框式(或锚式)、螺杆式及螺带式等。
选择时,首先根据搅拌器形式与釜内物料容积及黏度的关系进行大致的选择,如图3—4所示和表3—5进行确定。
也可以查有关标准系列手册确定。
搅拌器的材质可根据物料的腐蚀性、黏度及转数等确定。
确定搅拌器尺寸及转速n;计算搅拌轴功率;计算搅拌器实际消耗功率;计算搅拌器的电机功率;计算搅拌轴直径。
六、 传热安全
1.反应器换热方式及选择 选择釜的换热主要有夹套、内冷、外冷、溶剂蒸发、回流冷却和直接加冷溶剂等方式。
(1)夹套 是应用最广的方式。
具有结构简单,不影响釜内流型等优点,所不足的是换热面积较小,传热系数不大。
近年来采用了夹套内加螺旋板、安装喷嘴等方法来增加传热系数。
(2)内冷管 当需要较大传热面积而夹套传热面积不足时,可在釜内增设列管、盘管、烛形换热管(插套式)等。
但对容易粘壁、结疤的物料,釜内尽量不加或少加内冷管。
(3)外冷装置 有两种形式。
物料外循环——将物料引出釜外经换热后又重新返回釜内,反复循环以调节釜温。
对于低温粘壁、结块的物料不宜使用这种方法,防止堵塞管道。
溶剂蒸发回流——溶剂或反应物在反应温度下汽化吸收热量,蒸汽在、釜外冷凝器中冷凝回流。
若蒸汽中夹带有惰性气体应当排除。
(4)加冷却剂 通过冷却剂(或稀释剂或反应物料)来吸收热量从而达到调温的目的。
使用冷料来达到反应釜内自冷却,还有助于克服高黏度物料传热不易的困难。
但是,冷却剂会使反应物浓度降低,导致设备生产能力减小而溶剂回收费用增加,所以此法只适用于特殊情况。
上述各种方法的选择决定于:
传热面积是否容易被沾染而需要清洗;所需传热面积的大小;传热介质泄漏可能造成的损害;传热介质的温度和压力。
2.安全传热面积 影响传热的因素有:
釜的高径比,换热介质的进出口温度与流速,传热形式等。
收集必要的数据即可利用传热方程式(3—5)来计算传热面积A。
Q=KAAt(3—5)
式中 Q——单位时间加入或取出的热量,kJ/h;
Δt--载热体与反应物的温度差,K;
K——传热系数,kJ/(m2.h.K)。
七、轴密封装置
防止反应釜的跑、冒、滴、漏,特别是防止有毒害、易燃介质的泄漏,选择合理的密封装置非常重要。
密封填料可能选择错误与反应物反应导致反应器爆炸;机械密封由于安装缺陷大量溶剂泄漏发生爆炸。
密封装置主要有如下两种。
(1)填料密封 优点是结构简单,填料拆装方便,造价低。
但使用寿命短,密封可靠性差。
(2)机械密封 优点是密封可靠(其泄漏量仅为填料密封的1%),使用寿命长,适用范围广、功率消耗少。
但其造价高,安装精度要求高。
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