反应器运行安全分析.doc

反应器运行安全分析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，合理选择制定好反应器是有效利用原料，提升收率，减少分开装置的负荷，节省分开所需的能量，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，还可用于激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、反应釜计算依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，对气体的汲取有利，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、推动式、框式(或锚式)、螺杆式及螺带式等。选择时，首先依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。搅拌器的材质可依据物料的腐蚀性、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，所不够的是换热面积较小，传热系数不大。近年来采纳了夹套内加螺旋板、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够时，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。关于低温粘壁、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汲取热量，蒸汽在、釜外冷凝器中冷凝回流。假设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)来汲取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别状况。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