管式反应器.
管式反应器原理
管式反应器的基本原理管式反应器是一种常见的化学反应器，用于高效地进行化学反应。
它具有许多优点，如高热交换效率、较高的反应速率和较小的体积，因此在工业生产中得到了广泛应用。
本文将详细解释管式反应器的基本原理，包括结构、工作原理以及优缺点。
1. 结构管式反应器由一个或多个管子组成，这些管子通常是圆柱形的，并且可以水平或垂直安装。
管子的直径和长度可以根据反应的要求进行选择。
管子内部通常有一个反应物流动的管道，以及一个或多个加热或冷却的外壳。
管式反应器的结构可以分为两种类型：•单通道管式反应器：只有一个管道，反应物从一端进入，产物从另一端流出。
•多通道管式反应器：有多个平行的管道，反应物可以同时进入不同的管道，产物可以同时从不同的管道流出。
2. 工作原理管式反应器的工作原理基于连续流动的原理。
反应物通过管道进入反应器，经过一定的停留时间后，产生反应并生成产物。
产物随后从反应器流出。
在整个过程中，反应物和产物保持连续流动状态。
管式反应器的工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 进料反应物通过管道进入反应器。
为了确保反应物在反应过程中的均匀分布，通常会采取一些措施，如使用分布器或进料管。
2.2 反应反应物在管道中与催化剂或其他反应条件接触，发生化学反应。
反应的速率取决于反应物的浓度、反应温度和反应物与催化剂之间的接触面积等因素。
2.3 冷却或加热在一些反应中，需要对反应物进行冷却或加热，以控制反应的温度。
在管式反应器中，可以通过外壳中的冷却或加热介质对管道进行冷却或加热。
2.4 反应停留时间反应物在管道中停留的时间被称为反应停留时间。
反应停留时间可以通过管道的长度和流速来控制。
较长的管道长度和较低的流速会导致较长的反应停留时间。
2.5 产物收集产物在反应过程中生成，并从管道中流出。
在一些反应中，产物可能需要经过进一步的处理，如冷却、分离或纯化。
3. 优缺点管式反应器相比其他类型的反应器具有许多优点，但也存在一些缺点。
管式反应器结构、流程及仪表介绍
管式反应器结构、流程及仪表介绍全文共四篇示例，供您参考第一篇示例：管式反应器是一种常见的化工设备，用于在一定条件下进行化学反应。
它的结构、流程和仪表的设计及运用对于生产过程起着至关重要的作用。
下面我们将介绍一份关于管式反应器结构、流程及仪表方面的详细内容。
一、管式反应器的结构管式反应器通常由反应器主体、加热装置、搅拌装置和控制系统组成。
其中反应器主体是由管道、容器和支撑构件构成的，通常采用不锈钢或碳钢材料制造，以确保其具有良好的耐压性、耐腐蚀性和密封性能。
加热装置主要包括外部加热方式和内部加热方式，以确保反应物在适当的温度下进行化学反应。
搅拌装置则能够保证反应物在反应器内充分混合，使反应过程更加均匀。
控制系统则通过传感器、执行器和控制器来监控和调节反应器的各项参数，从而确保反应过程的安全、稳定和高效。
二、管式反应器的流程管式反应器的流程通常包括加料、反应、卸料和清洗等步骤。
需要将反应物通过管道加入反应器主体中，然后通过加热装置使反应物达到所需的温度。
在反应过程中，搅拌装置将反应物进行充分混合和反应，直至达到反应末态。
接着，对反应产物进行卸料处理和清洗反应器，清除残留物和污垢，为下一轮的生产做好准备。
三、管式反应器的仪表介绍管式反应器的仪表通常包括温度传感器、压力传感器、液位传感器、流量计和控制器等。
温度传感器用于实时监测反应器内部的温度变化，确保反应温度的稳定性。
压力传感器用于监测反应器内部的压力变化，保证反应过程的安全性。
液位传感器用于监测反应物的液位变化，确保反应器内反应物的稳定供应和控制。
流量计用于测量反应物的流量，控制反应物的进出流程。
控制器则根据传感器所得的数据来对反应器进行自动控制，以确保反应过程的精准性和稳定性。
总结：管式反应器作为一种重要的化工设备，在化学生产过程中扮演着不可替代的角色。
正确的结构设计、合理的操作流程以及精准的仪表控制，对于保证生产过程的安全、高效和稳定至关重要。
管式反应器.
流程说明
一、 来自界区的烯烃在液位控制下进入D201 烯烃原料罐，经烯烃回收单元回收的烯烃也 送入D201，混合后的烯烃经进料泵 P200A/B 送进反应器系统。
二、来自界区的催化剂在流量控制下，进入 第一个环管反应器 R201。来自界区的氢气在 流量控制下，分两路分别进入R201和R202。
三、两个环管反应器内浆液的温度是通过 其反应器夹套中闭路循环的脱盐水系统 来控制的。
管式反应器传热方式
烟道气加热： 当反应的温度要求较高时，一般利用煤气， 天然气，石油加工废气或燃料油等燃烧 时产生的高温烟道气作为热源通过辐射 传热直接：聚丙烯的生产 环管聚丙烯通过催化剂的引发，在一 定温度和压力下烯烃单体聚合成聚烯烃， 聚合后的浆液经蒸汽加热后，高压闪蒸， 分离出的烯烃经烯烃回收系统回收循环 使用，聚合物粉末部分送入下一工段。
目 录
1. 2. 3. 4. 管式反应器简介 管式反应器的结构 管式反应器的传热方式 管式反应器的应用
管式反应器简介
在化工生产中，常常把反应器长度远大于其直 径即高径比大于100的一类反应器统称为管式反 应器。管式反应器是化工生产中应用较多的一种 连续操作反应器，在20 世纪40 年代起开始开发 应用。主要特点：比表面积大，容积小，返混少， 且能承受较高的压力，反应操作易于控制，但反 应器的压降较大，动力消耗大。 应用举例：乙酸裂解制乙烯酮，乙烯高压 聚合，对苯二甲酸酯化，椰子油加氢制脂肪醇等。
3.盘管式反应器 将管式反应器做成 盘管的形式，设备紧 凑，节省空间，但检 修和清刷管道比较麻 烦。
5
4. U形管式反应器
如图所示，U形管式反 应器的管内设有多孔挡 板或搅拌装置，以强化 传热与传质过程。U形 管的直径大，物料停留 时间长，可应用于反应 速率较慢的反应。
管式反应器
（５）多管并联管式反应器
多管并联结构的管式 反应器一般用于气固 相反应，例如气相氯 化氢和乙炔在多管并 联装有固相催化剂的 反应器中反应制氯乙 烯，气相氮和氢混合 物在多管并联装有固 相铁催化剂的反应器 中合成氨。
管式反应器的加热或冷却可采用各种方式
(1)管或夹套传热，如图3.1、3.2（a）、3.2（b）等所示的反应 器，均可用套管或夹套传热结构。
管式反应器的分类
管式反应器是应用较多的一种连续操作 反应器，常用的管式反应器有以下几种 类型：
(1)水平管式反应器 图3.1给出的是进行气相或均 液相反应常用的一种管式反应器， 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于 加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准 槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如 用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。 图3.1
图3.8 弯管
管式反应器的结构
三，密封环 套管式反应器的密封环为透镜环。
透镜环有两种形状。一种是圆柱形的， 另一种是带接管的T形透镜环，如图3.9. 圆柱形透镜环用反应器内管同一材质制 成。带接管的T形透镜环是安装测温、测 压元件用的。
图3.9 带接管的T形透镜环
管式反应器的结构
四，管件 反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行。所以对法兰、
炉型 目前国际上应用较广的管式裂解炉有短停留时间炉、 超选择性炉、林德- 西拉斯炉、超短停留时间炉。从而实现了 0.3s以下的短停留时间。
一，管式裂解炉
应加用热管 均式匀反且应热器强短一度停流高化，留床从时造而粒实间器现炉生了产0. 球粒状磷酸二铵的工艺流程图如下： SRT-Ⅰ型由是等径鲁管姆组成斯；公司在60和70年代开发的炉 （晶2种）颗型管粒式（由反晶S应种R器T料）具仓有下，容星有积形小加三、料种比器表加:面即入大流S、化R单T床-位，Ⅰ容流积、化的床S传出R热T料-面由1积振Ⅱ大动，输特送别机适进用行于控热制效。应较大的反应。 裂解产及物S离R开T反-Ⅲ应管型后（立即图进3入.急1冷1）锅炉，骤炉冷，管以比中止表反面应。较大， 而内后壁者 粘其的结中造，粒从S过而RT程影-是响Ⅱ在生又氨产化的可粒连分化续机进为中行高进。行选，择存在性返(料H比S大)和、产高品生粒度不均匀、氨逸出率较大等缺点，而且造粒物料极易在氨化粒化机 它包括产直能管、力弯管(、H密C)封两环、种法。兰及SR紧T固-件Ⅰ、型温度由补等偿器径、管传热组夹套及联络管和机架等几部分。 管 管式式反反成应 应；器 器的 可S加 用RT热 于-或 气Ⅱ冷 相及却、可 均S采 液RT用 相-各 、Ⅲ种 非则方 均式 液为相前、气细液后相、粗气的固相变、径固相等反应。 反应管管管，径为四2股～7平in（行1in进等于料2.以强化前期加热，缩短 反管应式器 反停出应留口器与的时一加间短热管或和以冷后螺却纹可期连采降接用，各低并种烃把方物式分料压出口，内从径缩而至提Ø7高选 反应器择机性架用。桥按梁钢照焊生接成产整能体。力的要求，每台炉可装 图3.11 三种SRT炉的反应管排列方式 裂(3)解短炉路1管6电、悬流吊加2在4热或辐，射将3室2低个中电央压管。、组大电，流增的电加源乙直接烯通产到管率壁。上，裂使解电能转变为热能。 用于烃产类物裂解离制开乙烯反及应其相管关后产品迅的速一种进生入产设一备种，为专目用前世急界冷上大型石油化工厂所普遍采用。 管4-带式接反锅管应炉的器T一(形种U透S呈X镜管)环状，；、由长径于比三很大种的反连续应操管作反采应用器。了不同 每一个的盘管管是径由及许多排半列径不方同式的半，圆其形管工子艺相连特接性成螺差旋异形式较，大螺旋中央留出Φ400mm的空间，便于安装和检修。
管式反应器结构、流程及仪表介绍
管式反应器结构、流程及仪表介绍管式反应器是一种常用的化工设备，用于进行化学反应。
它的结构由一个长而细的管道组成，通常是水平放置的。
管式反应器的流程是通过将反应物注入管道中，并在管道内进行反应，最后将产物从管道中取出。
管式反应器的运行过程需要监测和控制，这就需要使用各种仪表来实现。
管式反应器的结构非常简单，通常由管道、进料口、出料口和反应介质注入口组成。
管道是整个反应过程的核心部分，反应物在管道内进行混合和反应。
进料口用于将反应物注入到管道中，出料口用于将产物从管道中取出。
反应介质注入口则用于向管道中注入反应介质，以保持反应温度和压力的稳定。
在管式反应器的流程中，首先需要将反应物注入到管道中。
反应物可以是液体、气体或固体，具体根据反应类型而定。
然后，反应物在管道中混合并进行反应。
反应过程中，可以通过控制反应温度、压力和反应物的流速来调节反应速率和产物的选择性。
最后，产物从管道中取出，并进行后续的分离和纯化处理。
为了监测和控制管式反应器的运行过程，需要使用各种仪表。
常见的仪表包括温度计、压力计、流量计和浓度计等。
温度计用于测量管道中的温度，以确保反应温度的稳定。
压力计用于测量管道中的压力，以确保反应压力的控制在安全范围内。
流量计用于测量反应物的流速，以控制反应速率。
浓度计用于测量管道中反应物的浓度，以控制产物的选择性。
管式反应器是一种常用的化工设备，用于进行化学反应。
它的结构简单，流程清晰，并通过使用各种仪表来实现监测和控制。
通过合理的操作和控制，管式反应器可以实现高效的化学反应，并产生优质的化学产品。
第四章管式反应器
流体相中的反应物需向面体催化剂表面上传递，生成的反应产 物又需作反方向传递。 与化学反应进行的同时必然产生一定的热效应，于是固体催化 剂与流体间还存在着热量传递。 那么，固体催化剂上反应组分的浓度与流体相将是不同的；固 体催化剂的温度也与流体的温度不同。 如果两者间的传质和传热的速率很大，则两者的浓度及温度的 差异将很小。虽为多相催化反应，若忽略这些差异，则在动力 学表征上与均相反应并无两样。所以，根据这种简化假定而建 立的模型称为拟均相模型。 拟均相模型：忽略相间传递对反应的影响的模型。
已不足以描述整个反应过程，需分别对各关键组分作 物料衡算，以获得管式反应器的设计方程组。 如果在反应器中存在K个独立反应，就需要确定K个 组分来描述反应系统的状态，因此就需要可建立 K个 物料衡算方程。 dFi
Vr 0, Fi Fi 0 , i 1,2,K 同单一反应一样，只要将i组分的摩尔流量与转化速 率变化为转化率的函数，就可积分求出反应器体积。 实际反应过程中更关心反应的收率与选择性。
即所有流体粒子均以相同速度从进口向出口运动，就像一个活
塞一样有序地向前移动，故称之为活塞流。
3
活塞流假设（ Plug (Piston) Flow Reactor 简称PFR ）
返混(Back mixing) ：在反应器中停留时间不同的流体粒子之间的
混合。返混又称逆向混合。 所谓逆向混合指的是时间概念上的逆向，既然活塞流假设径向流速 分布均匀，那么在同一横截面上所有流体粒子的停留时间必然相同， 自然不存在逆向混合。 活塞流模型还假设在流体流动的方向上即轴向上不存在流体的返混， 就整个反应器而言，如符合活塞流假设，则同一时刻进入反应器的 流体粒子必定在另一时刻里同时离开，即所有流体粒子在反应器内 的停留时间相同。（间歇反应器也是如此，因此间歇反应器中也不 存在返混） 活塞流反应器虽然不存在返混，但由于流体的主体流动和发生化学 反应的结果，各个横截面上反应物料的浓度和温度则可以是各不相 同的 。
管式反应器的结构及其应运
管式法生产高压聚乙烯
管式法生产高压聚乙烯
为了降低壁量，提高传热效率，防止局部过热，实际 生产中采取以下各种措施。 （1）为适应高温高压操作，反应管的壁很厚，使传热阻 力增加。为了提高传热效率，应使物料维持很高的流速， 一般可达到每秒十几米。另一方面提高流速可使物料在管 中的流速分布趋于平坦，流型更接近与平推流。因而使径 向浓度与温度分布更趋均匀，粘壁物减少，产品质量提高。 （2）当操作运行时，为了尽可能降低粘壁物，可采用压 力脉冲反应器，即使管内压力周期性的突然下降7-10MPa, 然后再逐渐回复到原来的压力。当压力脉冲在管内传递时， 引起流速突然增大，因而能将黏附于壁上的积存物冲刷下 来，从而减少热阻，改善传热性能。
图3.7直管
管式反应器的结构
二，弯管 弯管结构与直管基本相同（见图3.8）。弯头半径R≥5D （1±4%）。弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩 量，故不再另加补偿器。内管总长（包括弯头弧长）也是8 米。
图3.8
弯管
管式反应器的结构
三，密封环 套管式反应器的密封环为透镜环。透镜环有两种形状。 一种是圆柱形的，另一种是带接管的T形透镜环，如图3.9. 圆柱形透镜环用反应器内管同一材质制成。带接管的T形透 镜环是安装测温、测压元件用的。
大的均相反应过程。多管式反应器的反应管内还可 充填固体颗粒，以提高液体湍动或促进非均相流体 的良好接触，并可用来贮存热量使反应器温度能够 更好的控制，亦可适用于气 - 固、液 - 固非均相催化
反应过程。
通常按管式反应器管道的连接方式的不同，把管式 反应器分为多管串联管式反应器和多管并联管式反 应器
图3.9
带接管的T形透镜环
管式反应器的结构
四，管件
反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行。所以对 法兰、螺柱和螺母都有一定要求。 五，机架
管式反应器 (2)
管式反应器问题为化学反应工程学科中的中心问题 之一。20 世纪40 年代起开始开发应用，反应器呈 管状，长径比很大，属于连续操作反应器。研究本 问题的主要目的在于探求管式反应器内物理因素和 化学因素的相互作用, 寻找最适宜的设计方法和最 佳的操作条件。
4.U形管式反应器 如图6所示，U形管式反应器 的管内设有多孔挡板或搅拌装置， 以强化传热与传质过程。U形管 的直径大，物料停留时间长，可 应用于反应速率较慢的反应，如 带多孔挡板的U 形管反应器被应 用于己内酰胺的聚合反应。带搅 拌装置的U 形管式反应器适用于 非均相物料或液固相悬浮物料， 如甲苯的连续硝化，蒽醌的连续磺化等反应器。
如深圳的许多具有排污及排洪双重作用的河流，由 于沿岸污水不断排入而受到严重污染，给附近居民 的工作、生活带来很大不便，甚至危及健康，同时 严重影响了流域周围环境和城市市容。采用管式电 反应系统对这些河流污水进行了处理研究，COD、 TP、SS 的去除率分别达到了81%、91%和89%。 此外，还有人利用管式电反应系统对五金加工废水 进行了处理，污染物种类为COD、磷酸盐、色度、 总锌，经处理COD、TP、SS、Zn 和色度的去除率 分别达到了94%、99.9%、89%、83%、和90%。
图2.水平管式反应器
2.立管式反应器 如下图所示为立管式反应器，它主要用于液相氨 化反应，液相加氢反应，液相氧化反应等工艺中， 它包括单程式立管反应器，和带中心插入管的立式 反应器，有时也将一束立管安装在一个加热套筒内 以节省地面。
图4.立管式反应器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.2 等温管式反应器的计算
6.2.1 反应体积 在管式反应器内，反应组份浓度、转化率随物料 流动的轴向而变化，故可取微元体积dVR对关键组 份A作物料衡算 输入量： FA0
FA FA0 (1 x A )
所以rA= kCA0n(1-xA)n，代入反应体积的积分式得
FV 0 (1 - (1 - x A ) ) dx A VR FV 0C A0 ∫ n 1 n -1 0 rA k (n - 1)C A0 (1 - x A )
xA
n -1
当n=1时，积分结果为
dx A FV 0 1 VR FV 0C A0 ∫ ln 0 rA k 1 xA
881.0kg/m3 ；混合物粘度为 1.5×10-2Pa· s 。要
求使A的转化率达到0.98，求反应体积，并从
Φ24×6,Φ35×9, Φ43×10三种管材中选择一
种。
解：反应物的体积流量FV0=FVA+FVB=0.56m3 密度ρ=(FVAρA+FVB ρB)/(FVA+FVB)=948.0kg/m3 反应器任意位臵，CA=CA0(1-xA)
可常压操作也可加压操作，常用于对温度不敏 感的快速反应。常见型式有水平、立式、盘管、
U型管等
2
图6-1水平管式反应器
3
图6-2几种立式管式反应器
4
图6-3盘管式反应器
图6-4U形管式反应器图
5
管式反应器的加热或冷却方式
• • • • ①套管或夹套传热 ②套筒传热 ③短路电流加热 ④烟道气加热
输出量： FA dFA FA0 (1 - ( xA dxA )) 反应量：
FA
rA dVR
于是
FA0 (1 - xA ) FA0 (1 - ( xA dxA )) rAdVR
化简之
FA0 dxA rAdVR
FA0 FV 0CA0
又
其中FV0、CA0为已知的常量，rA为反应速率，等 温时可表达为转化率xA的函数，分离变量后积分
du 4 F V0 由 Re = 其中 u = 2 d 4 FV 0 4VR 所以 d = ;L = 2 Re d
(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算 管长L，再检验Re是否>104
L = u ;d =
1 4VR 2 ( )
L
(3)根据标准管材规格确定管径d，再计算管长L， 再检验Re是否>104
6-5圆筒式管式炉
6
6.1.2 物料在管式反应器中的流动（理想臵换假设） 流体在管内流动是一种复杂的物理现象，而管 内流动的流体进行化学反应时，其流动状况必 然影响到化学反应的进行。流体在管内的流动 状态通常被概括为层流、过度流、湍流。湍流 时，管内流动主体各点上的流体流速可近似认 为相同。以此为基础，可对管式反应器内流体 的流动模型进行合理的假设
xA 0
比较第三章间歇釜式反应器的反应时间
dxA rA
二者右边形式完全一样，是否就可以得出t=τ的结论呢？
6.2.2 管径与管长的确定
在反应体积VR确定后，便可进行管径和管长的设 计，由VR=πd2L/4可知，d、L 可有多解，但应使 Re>104，满足湍流操作。通常有以下几种算法 (1)先规定流体的 Re(>104)，据此确定管径d，再计 算管长L
第六章
管式反应器
6.1物料在反应器中的流动 6.2等温管式反应器的计算
6.3 变温管式反应器 6.4管式反应器与连续釜式反应器的比较 6.5循环反应器
6.6管式反应器的最佳温度序列
6.1 .1 管式反应器的特点、型式和应用
管式反应器既可用于均相反应又可用于多相反 应。具有结构简单、加工方便、传热面积大、 传热系数高、耐高压、生产能力大、易实现自 动控制等特点
理想臵换假设的内容是①假定径向流速分布均 匀，即所有的质点以相同的速率从入口流向出 口，就像活塞运动一样，所以理想臵换所对应 的流型又称为活塞流；②轴向上的同截面上浓 度、温度分布均匀 可归纳为①同截面质点流速相等，流经反应器 所用的时间相同，径向混合均匀；②轴向上不 同截面上浓度不同，温度可能也有差异，是化 学反应的结果，而不是返混的结果
• 空时的倒数为空速，其意义是单位反应体积单位 时间内所处理的物料量，因次为[时间]-1，用SV表 示
FV 0 1 F A0 SV = = = V R C A0V R
12
对于恒容过程
VR = FV
或
VR = FV 0
xA 0
(恒容) ，也就是
C A0
dx A rA
t C A0
xA
• 对于连续操作的反应系统，定义反应体积VR与物 料体积流量 FV 之比接触时间，亦称为停留时间， 用τ表示：
VR 反应体积 = = FV 反应器中物料的体积流 量
• 在操作条件下，进入反应器的物料通过反应体积 所需的时间，称为空时，用τ表示
:
VR 反应体积 = = FV 0 进料的体积流量
VR FV 0C A0
xA
0
x A dx dx A A FAo 0 rA rA
设在理想臵换管式反应器中进行等温恒容n级不可 逆反应， rA=kCAn 。设 A 的浓度为 CA 时， A 的摩尔 流量为nA，则结合转化率的定义，有 CA=nA/FV0=(nA0(1-xA))/FV0=CA0(1-xA)
4 FV 0 4VR L = 2 或L = u = 2 d d
(4) 对于传热型的管式反应器，可根据热量衡
算得出的传热面积 A ，确定管 2 d L 所以 VR = 4 4VR A d= ;L = A d
例6.1 化学反应A+2B→C+D在管式反应器中实 现 ， rA=1.98×10-2CACBkmol/(m3· min) 。 已 知 A 、 B 的进料流量分别为 0.08m3/h 和 0.48m3/h ； 混 合 后 A 、 B 的初浓度分别为 1.2kmol/m3 和 15.5kmol/m3 ； 密 度 分 别 为 1350.0kg/m3 和
CB=CB0-2CA0xA，所以 rA=kCACB=CA0(1-xA)(CB0-2CA0xA)