管式反应器放大注意事项21页PPT
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第六章_管式反应器1
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
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
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
n = nA0(1-xA)+nB0-bnA0xA/a+snA0xA/a+rnA0xA/a
= nA0+nB0+nA0xA((s+r-b)/a-1)
( s r ) - ( a b) n0 n A0 x A a ( s r ) ( a b ) 定义 为A的摩尔膨胀系数， A a
4 FV 0 4VR L = 2 或L = u = 2 d d
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
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
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
n = nA0(1-xA)+nB0-bnA0xA/a+snA0xA/a+rnA0xA/a
= nA0+nB0+nA0xA((s+r-b)/a-1)
( s r ) - ( a b) n0 n A0 x A a ( s r ) ( a b ) 定义 为A的摩尔膨胀系数， A a
4 FV 0 4VR L = 2 或L = u = 2 d d
管式反应器的放大注意事项
3.1套管传热：
套管一般由钢板焊接而成，它是套在反应器筒体外面能够 形成密封空间的容器，套管内通入载热体进行传热。
3.2套筒传热：
把一系列管束构成的管式反应器放置于套筒内进行传热。
3.3短路电流加热： 将低压的交流电直接通到管壁上，利用短路电流产生的 热量进行高温加热。 3.4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 过辐射传热直接加热管式反应器，可达到生产过程需要的 数高温。四、管式反应器的特点
（1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在 反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时 间而变化，只随管长变化。 （2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热 面积大，特别适用于热效应较大的反应。 （3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所 以它的生产能力高。 （4）管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 （5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情 况下，其管内流体流型接近与理想流体。 （6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。 用于加压反应尤为合适。
二、管式反应器的分类
2.1水平管式反应器
如右图所示为一种进行气相
或均液相反应常用的水平管 式反应器，它由无缝管与U
形管连接而成。这种结构易
于加工制造和检修。
2.2立管式反应器 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。
dxA rA VR d( A,0 qV ,0cA,0 得
x A dx VR A c A, 0 x A, 0 r qV , 0 A
套管一般由钢板焊接而成，它是套在反应器筒体外面能够 形成密封空间的容器，套管内通入载热体进行传热。
3.2套筒传热：
把一系列管束构成的管式反应器放置于套筒内进行传热。
3.3短路电流加热： 将低压的交流电直接通到管壁上，利用短路电流产生的 热量进行高温加热。 3.4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 过辐射传热直接加热管式反应器，可达到生产过程需要的 数高温。四、管式反应器的特点
（1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在 反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时 间而变化，只随管长变化。 （2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热 面积大，特别适用于热效应较大的反应。 （3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所 以它的生产能力高。 （4）管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 （5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情 况下，其管内流体流型接近与理想流体。 （6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。 用于加压反应尤为合适。
二、管式反应器的分类
2.1水平管式反应器
如右图所示为一种进行气相
或均液相反应常用的水平管 式反应器，它由无缝管与U
形管连接而成。这种结构易
于加工制造和检修。
2.2立管式反应器 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。
dxA rA VR d( A,0 qV ,0cA,0 得
x A dx VR A c A, 0 x A, 0 r qV , 0 A
管式反应器的结构及其应运演示幻灯片
图3.9 带接管的T形透镜环
2020/4/13
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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 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在
基础桩的柱头上，安装管子支架部位装有托架。管子用抱 箍与托架固定。
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15
管式法生产高压聚乙烯
管式反应器长径此为10000-100000。乙烯在管中流速为8-30m/s， 停留时间为0.5至数分钟。以空气、氧气或有机过氧化物为引发剂 (催化剂)。聚合反应产生的热量可使最高温度达到330'C,经反应器 冷却段冷后再添加引发剂聚合。在反复放热一冷却后，抽出反应产 物在高压分离器中分离出聚合物和未反应的乙烯。聚合物经后处理 即成产品。目前，乙烯单程转化率已从初期的8-15%提高到24-30%。 当采用25.4mm反应管径时，生产能力可以达到10-20kt/a。
管式反应器的结构及其应运
2
1
管式反应器
管式反应器是一种呈管状、长径比很 大可连续操作的由多根细管串联或并 联而构成的一种反应器。是一种适用 于气体和液体、液体和液体的反应的 设备，还可用于腐蚀性物料的稀释。2020/4/13源自2管式反应器的特点
1 由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任 何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随 管长变化。
2020/4/13
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管式法生产高压聚乙烯
至今为止，各种管式法工艺的基本流程大体上与上述 工艺相同。然而，由于采用了不同的聚合反应器的进料点， 分子量调节剂、引发剂及其不同的注入部泣，以及由于助 剂注入方法、产品的处理、返回乙烯的量和送出部位的不 同，也就形成了各种不同特点的工艺。
管式反应器介绍
(4)烟道气加热，利用气体或液体燃料燃烧产生.5表示一种采用烟道气加热的圆筒 式管子炉。 管式反应器可用于气相、均液相、非均液相、气液相、 气固相、固相等反应。例如：乙酸裂解制乙烯酮、乙烯高压 聚合、对苯二甲酸酯化、邻硝基氯苯氨化制邻硝基苯氨、氯 乙醇氨化制乙醇胺、椰子油加氢制脂肪醇、石蜡氧化制脂肪 酸、单体聚合以及某些固相缩合反应均已采用管式反应器进 行工业化生产。 图3.5 圆筒式管子炉
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 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在基础桩 的柱头上，安装管子支架部位装有托架。管子用抱箍与托架固定。
管式反应器的结构
下面以套管式反应器为例介绍管式反应器具体结构。 套管式反应器由长径比很大（L/D=20～25）的细长管和密封环通过连接件的紧固串联安放在机架 上面组成（见图3.6）。
图 图3.6 套管式反应器结构 3 1-直管；2-弯管；3-法兰；4-带接管的T形透镜环；5-螺母；6-弹性螺柱； . 7-圆柱形透镜环；8-联络管；9-支架（抱箍）；10-支架；11-补偿器；12-机架 6
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器举例
图3.2
（b）中心插入管式
（c）夹套式 立管式反应器 图 3
(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困难。图 3.3所示的反应器由许多水平盘管上下重叠 串联组成。每一个盘管是由许多半径不同的 半圆形管子相连接成螺旋形式，螺旋中央留 出Φ 400mm的空间，便于安装和检修。
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 。
4-管式反应器PPT文档65页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
4-管式反应器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
END
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
4-管式反应器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
END
理想管式反应器 ppt课件
其中FA0 CA0v 0
v0 V k
x Af
0
dxA (1 xA )
v0 V k
x Af
0
(1 xA )dxA (1 xA )
代入数据求解
代入数据求解
请思考，忽略反应体积变化，所求得的反应器体积会偏大还是偏小？？
ppt课件 13
本章要点
1、理解连续、理想、管式反应器（PFR）
空时：处理在进口条件下一个反应器体积的物料所需要的时间 空速：单位时间可以处理标准状态下多少个反应器体积的物料
降低空时OR提高空速，提高反应器的生产能力
ppt课件 5
停留时间
停留时间：反应物料从进入反应器开始，到离开反应器为 止，所经历的时间，也可以将其称为寿命。 PFR中所有物料具有相同的停留时间
第四章 理想流动管式反应器
Pipe Flow Reactor (PFR)
管式反应器、理想、连续 由物料衡算得到PFR的设计式及应用
空时、空速、平均停留时间的概念 变容反应的处理方法
ppt课件
1
第一节 PFR的特征
层流
紊流
活塞流
ppt课件 2
1. 通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一流速流动， 在流动方向（轴向）上无混合； 2. 所有物料质点在反应器中的停留时间都相同； 3. 同一截面（径向）上的物料浓度相同、温度相同； 4. 物料的温度、浓度沿管长连续变化；
反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式
n=0 n=1 n=2 n级 n≠1
rA k
kt CA0 CA kt CA0 xA kt x A CA CA0 kt C
C A0 kt ln CA
kt ln
v0 V k
x Af
0
dxA (1 xA )
v0 V k
x Af
0
(1 xA )dxA (1 xA )
代入数据求解
代入数据求解
请思考，忽略反应体积变化，所求得的反应器体积会偏大还是偏小？？
ppt课件 13
本章要点
1、理解连续、理想、管式反应器（PFR）
空时：处理在进口条件下一个反应器体积的物料所需要的时间 空速：单位时间可以处理标准状态下多少个反应器体积的物料
降低空时OR提高空速，提高反应器的生产能力
ppt课件 5
停留时间
停留时间：反应物料从进入反应器开始，到离开反应器为 止，所经历的时间，也可以将其称为寿命。 PFR中所有物料具有相同的停留时间
第四章 理想流动管式反应器
Pipe Flow Reactor (PFR)
管式反应器、理想、连续 由物料衡算得到PFR的设计式及应用
空时、空速、平均停留时间的概念 变容反应的处理方法
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1
第一节 PFR的特征
层流
紊流
活塞流
ppt课件 2
1. 通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一流速流动， 在流动方向（轴向）上无混合； 2. 所有物料质点在反应器中的停留时间都相同； 3. 同一截面（径向）上的物料浓度相同、温度相同； 4. 物料的温度、浓度沿管长连续变化；
反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式
n=0 n=1 n=2 n级 n≠1
rA k
kt CA0 CA kt CA0 xA kt x A CA CA0 kt C
C A0 kt ln CA
kt ln
管式反应器介绍
图3.12 USC炉反应管
一，管式裂解炉
USC炉的主要技术特性为:①采用多组小口径管并双面辐射加 热，炉管比表面较大。加热均匀且热强度高，从而实现了0.3s以 下的短停留时间。②采用变径管以降低过程的烃分压。短的停留 时间和低的烃分压使裂解反应具有良好的选择性。 USC炉单台炉子乙烯年生产能力可达 40kt。中国大庆石油化 工总厂以及世界上很多石油化工厂都采用它来生产乙烯及其相关 产品。
一，管式裂解炉
超短停留时间裂解炉 简称USRT炉，或称毫秒裂解炉。是美国凯洛格公司和日本出光石油化学 公司在70年代末共同开发成功的新型管式裂解炉。炉子由十 多根直径约为 2.54cm,长约10m的单根直管并联组成。反应管吊在辐射室中央，由底部烧嘴进 行双面辐射加热。物料由下部进入上部离开并迅速进入专用的 USX型急冷锅炉, 每两根反应管合用一个USX，多个USX合接一个二次急冷锅炉。裂解过程停留时 间可低于100ms,从而显著提高了反应的选择性。同传 统的管式裂解炉相比， 乙烯相对收率约可提高10％。 USRT炉单台炉的乙烯年产量为50～60kt。此种炉首次应用于日本出光石油 化学公司所属千叶化工厂的年产300kt乙烯的生产装置上。中国兰州石油化学 公司也将采用这种裂解炉生产乙烯。 除了上述几种主要炉型外，工业上曾得到应用的还有日本三菱倒梯台炉 （采用椭圆形裂解反应管）、法国石油研究院(IFP)的梯台炉、美国福斯特-惠 勒梯台炉、多区炉等，但这些炉子现已很少为生产厂采用。
(4)烟道气加热，利用气体或液体燃料燃烧产生.5表示一种采用烟道气加热的圆筒 式管子炉。 管式反应器可用于气相、均液相、非均液相、气液相、 气固相、固相等反应。例如：乙酸裂解制乙烯酮、乙烯高压 聚合、对苯二甲酸酯化、邻硝基氯苯氨化制邻硝基苯氨、氯 乙醇氨化制乙醇胺、椰子油加氢制脂肪醇、石蜡氧化制脂肪 酸、单体聚合以及某些固相缩合反应均已采用管式反应器进 行工业化生产。 图3.5 圆筒式管子炉