管式反应器课程设计报告书
反应器设计课程设计
反应器设计课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习反应器设计的基本原理和方法，使学生掌握化学反应器的设计和分析能力。
具体目标如下：1.掌握化学反应器的基本类型及其工作原理。
2.了解反应器设计的主要参数和计算方法。
3.理解反应器操作条件对反应结果的影响。
4.能够运用反应器设计的基本理论解决实际问题。
5.能够独立完成反应器设计的相关计算和分析。
6.能够阅读和理解反应器设计的英文文献。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和科学精神。
2.增强学生对化学工程学科的兴趣和热情。
3.培养学生关注社会发展和环境保护的责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.反应器类型的介绍和分析。
包括釜式反应器、管式反应器、固定床反应器、流动床反应器等。
2.反应器设计的基本参数和计算方法。
如反应器的体积、压力、温度、流量等。
3.反应器操作条件对反应结果的影响。
如温度、压力、搅拌速度等。
4.反应器设计的实例分析。
通过具体案例，使学生掌握反应器设计的过程和方法。
三、教学方法本课程将采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：通过讲解反应器设计的基本原理和概念，使学生掌握相关知识。
2.讨论法：通过分组讨论，引导学生深入思考和理解反应器设计的实际问题。
3.案例分析法：通过分析具体案例，使学生学会运用所学知识解决实际问题。
4.实验法：通过实验操作，使学生了解反应器的工作原理和操作方法。
四、教学资源本课程将采用教材《化学反应器设计》为主要教学资源。
同时，还将利用参考书、多媒体资料、实验设备等辅助教学资源。
这些资源将有助于支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等方式，评估学生的参与度和积极性。
2.作业：布置相关的反应器设计练习题，评估学生对知识的理解和运用能力。
3.考试：定期进行反应器设计相关的考试，评估学生的知识掌握和应用能力。
化工专业实验“管式反应器流动特性”实验报告
化工专业实验预习报告“管式反应器流动特性”实验报告学生姓名：班级：学号：实验组号：同组姓名：实验时间：任课老师：撰写实验报告时间：20 年月日管式反应器流动特性测定实验1 实验目的１.了解连续均相管式循环反应器的返混特性； ２.分析观察连续均相管式循环反应器的流动特征； ３.研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n 。
2 实验原理及要点在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器内由足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应。
在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。
对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定。
在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管内流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混。
若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混。
返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比R 为：流量离开反应器物料的体积循环物料的体积流量R (1)其中，离开反应器物料的体积流量就等于进料的体积流量循环比R 是连续均相管式循环反应器的重要特征，可自零变至无穷大。
当R=0时，相当于平推流管式反应器； 当R=∞时，相当于全混流反应器。
因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比R ，得到不同返混程度的反应系统。
一般情况下，循环比大于20时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器。
返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。
然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。
第四章管式反应器_反应工程上课简版
4.2 等温管式反应器的设计
平行反应
A P rP k1c A A Q rQ k 2c A
间歇釜
c 1 n A 0 k1 k 2 cA
对各组分作物料衡算
dc (k1 k2 )c A A 0 dt
dcP k1c A 0 dt
ck k2c A
P
t
c A c A0 e[(k1 k2 )t ]
讨论2 活塞流反应器与连续釜式反应器？
X Af Vr dX A PFR c A0 0 Qo [R A ( X A )]
CSTR
c A0 X Af Vr Qo R A ( X Af )
正常动力学
4.2 等温管式反应器的设计
讨论3.间歇釜与活塞流反应器的浓度（转化率） 变化规律？
4.1 活塞流假定
重要的概念
全混流模型：
Q0
Q
基本假定 径向混合和轴向返混都达到最大 符合此假设的反应器，物料的停 留时间参差不齐。
ci 0
ci
Vr
剧烈搅拌的连续釜式反应器 －可按全混流处理
特点
反应物系的所有参数在径向上均一， 轴向上也均一，即：各处物料均一，
均为出口值。
4.1 活塞流假定
--不同位置上的T～XA关系
BR：
--不同时间下的T～XA关系
T T0 CSTR：
c A0 (H r )T0
--在等温下操作，在出口处
c pt
XA
的XA一定、温度T也一定
讨论2.绝热操作温度
等温反 应 XA 吸热反 应 T XA 和 T的关系图 放热反应
wA0 (H r） Tr T T0 XA M A c pt
任务5连续管式反应器设计
y A0
nA0 nt 0
为A组分占反应开始时总物
质的摩尔分数
恒温变容管式反应器计算公式
化学反应
速率方程
计算式
A
P（零级） -rA=k
VR xA
FA0
kA
A
P（一级） -rA=kCA
VR (1 A yA0 ) ln(1 xA ) A yA0 xA
换句话说，若反应器体积相同，连续操作管式反应 器所达到的转化率比连续操作釜式反应器更高。
27
1.间歇操作釜式反应器和连续操作管式反应器比较
对间歇操作釜式反应 器，其反应时间为：
对连续操作管式反应 器，其反应时间为：
m
CA0
xAf 0
dxA rA
p
VRp V0
xAf
CA0
特征：同一截面上不同径向位置的流体特性（T，CA） 是一致的。所有物料在反应器中的停留时间相同, 即 无返混.操作时，反应器内的状态只随轴向位置变， 不随时间变
2
一、 基础设计方程式
连续操作管式反应器具有以下特点： 1.在正常情况下，它是连续定态操作，故在反应
器的各处截面上，过程参数不随时间而变化； 2.反应器内浓度、温度等参数随轴向位置变化，
复合反应
反应器 的大小
影响
过程的 经济性
影响
产物分布 （选择性、收率等）
单一反应
复合反应
26
（一）简单反应的反应器生产能力的比较
简单反应是指只有一个反应方向的过程。其优化目 标只需考虑反应速率，而反应速率直接影响反应 器生成能力。
即：对简单反应，单位时间、单位体积反应器所能 得到的产物量，为达到给定生产任务所需反应器 体积最小为最好。
精细化工过程与设备教案第三章管式反应器
学习必备
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管径及排列方式，其工艺特性差异较大（见表）。 SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。中国的燕山石油化工
公司，扬子石油化工公司和齐鲁石油化工公司的 300kt 乙烯生产装置均采用此种裂 解炉。
超选择性裂解炉 简称 USC炉。每组四根管， 它是美国斯通－韦伯斯特公司在 70年代开发的一种炉 型，炉子的基本结构与 SRT炉大体相同， 但反应管由多组 W型变径管组成 （图 3.12 ）， 每组四根管，前两根材质为 HK-40，后两根为 HP-40，全部离心浇铸和内部机械加工 平整，管径由小到大，一般为 50～ 83mm，长为 10～ 20m。按照生产能力的要求，每台 炉可装 16、24或32个管组，裂解产物离开反应管后迅速进入一种专用急冷锅炉 (USX)， 每两组反应管配备一个急冷锅炉。 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。 林德－西拉斯裂解炉 简称 LSCC炉。 是林德公司和西拉斯公司在 70年代初合作研制而成的一种炉型。 炉子的基本结构与 SRT炉相似。可耐 1050℃高温。炉膛中央吊装构形特殊的反应管 （图 3.13 ），一般采用主要成分为含镍 20％、铬25％的 HK-40合金钢作为裂解反应管材料， 每组反应管是由 12根小口径管 （前 8根组成 4对平列管， 后 4根组成两对平列管） 以及 4根中口径管 （由 4根管组成两对平列管） 和一根大口径管组成， 管径为 6～15cm，管 总长 45～ 60m。裂解产物离开反应管后立即进入急冷锅炉骤冷。 急冷锅炉随裂解炉型 而有所不同。 LSCC 炉反应器的特点是原料入口处为小口径管双排双面辐射加热，物料能迅速 升温，缩短停留时间，后继的反应管则为单排双面辐射，管径采取逐管增大方式以 达到降低烃分压的目的。 物料在反应管中的停留时间为 0.2 ～ 0.4s 。短停留时间和低 烃分压使裂解反应具有较高的选择性，乙烯产率高。
带搅拌的管式反应器的设计研究的开题报告
带搅拌的管式反应器的设计研究的开题报告1.研究背景管式反应器是一种常见的化工反应器，一般用于进行气液相反应。
在管式反应器中，液体流经一系列管子，随着反应的进行，化学品被消耗或生成，产物和副产物被吸收和析出。
然而，管式反应器在某些应用中，可能需要进行更强的搅拌以加快反应速率和增加传质，如氧气传递到液相中。
为了解决这个问题，目前已经有很多研究针对带搅拌的管式反应器进行了深入研究。
2.研究目的本研究的主要目的是设计一种合适的带搅拌的管式反应器，并对其进行实验验证，以评估其在气液相反应中的反应速率和传质能力。
具体研究目标如下：-设计带有高效搅拌的管式反应器，以提高反应速率和传质性能。
-评估带搅拌的管式反应器在气液相反应中的反应速率和传质能力的表现。
-探讨实验结果，提出改进意见，进一步优化管式反应器的设计。
3.研究方法本研究采用以下方法：-综合分析现有带搅拌的管式反应器的工艺设计和反应性能特点，并结合当前实验技术进行设计。
-采用数值模拟的方法对带搅拌的管式反应器进行模拟分析，探讨流场和传质特性。
-通过实验验证，评估带搅拌的管式反应器在气液相反应中的反应速率和传质性能，并开展相应数据分析。
4.研究内容本研究的主要内容包括：1) 带搅拌管式反应器的流体力学和传质特性分析；2) 带搅拌管式反应器的实验研究和数据分析；3) 带搅拌管式反应器的设计优化和改进措施。
5.预期成果本研究预期取得以下成果：-设计一种高效的带搅拌管式反应器；-评估带搅拌管式反应器在气液相反应中的反应速率和传质性能；-明确管式反应器设计优化的方向和改进措施；-提供管式反应器设计与工程实践的参数参考值。
管式反应器课程设计
化学化工学院化工专业课程设计设计题目：管式反应器设计化工系化工专业课程设计——设计文档质量评分表（100分）评委签名: 日期：目录绪论 .........................................................错误!未定义书签。
1设计内容与方法介绍..........................................错误!未定义书签。
反应器设计概述............................................错误!未定义书签。
设计内容..................................................错误!未定义书签。
生产方法介绍..............................................错误!未定义书签。
反应器类型特点............................................错误!未定义书签。
反应器选择及操作条件说明..................................错误!未定义书签。
2工艺计算....................................................错误!未定义书签。
主要物性数据..............................................错误!未定义书签。
计算，确定管长，主副反应收率.............................错误!未定义书签。
管数计算..................................................错误!未定义书签。
3压降计算公式................................................错误!未定义书签。
4催化剂用量计算..............................................错误!未定义书签。
管式反应器
2.盘管式反应器
盘管式反应器
盘管式反应器是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。 盘管式反应器由许多水平盘管上下重叠串联而成。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φ400 mm的空间，便于安装和检修。
项目二管式反应器的设计和操作
相关知识
一、平推流反应器
连续操作管式反应器可近似看成理想置换反应器，简称 PFR。反应物和产物都处于连续流动的状态，物料在反应器内 没有积累，系统中的浓度、温度、压力等参数在一定位置处是 定值，即不随时间而变。但在反应器中不同位置这些参数是不 同的。
操作过程：
反应器内的浓度变化：
项目二管式反应器的设计和操作
Vt V0 (1 y A0 A x A )
1 xA c A c A0 1 y A0 A x A
Ft F0 (1 y A0 A x A )
p A p A0 1 xA 1 y A0 A x A
1 xA y A y A0 1 y A 0 A x A
得：
xA VR dxA c A0 0 kc2 (1 x ) 2 V0 A0 A
VR xA V0 kcA0 (1 x A )
V0 x A VR V0 kcA0 (1 x A )
项目二管式反应器的设计和操作
求解方法：解析法、图解积分法、数值积分法
平推流反应器图解计算示意图
项目二管式反应器的设计和操作
解：由于 c A0 c B 0 ，并且是等摩尔反应
所以反应速率方程式为
(rA ) kcAcB kc
2 A
反应在理想间歇反应器内所需反应时间为
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反应器物理、数学模型合理性（5 分）
反应器机械结构设计、图纸及其合理性 （20 分）
反应器物料衡算（7 分）
反应器换热设计校核及合理性（10 分）
反应器热量衡算（7 分）
反应器控制方案、危险及其相应安全措 施（10 分）
反应器设计文档质量（20 分）
小计
小计
总计
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日期：
目录
绪论 ..................................................................................................................................................1 1 设计容与方法介绍........................................................................................................................2
1.1 反应器设计概述.................................................................................................................2 1.2 设计容.................................................................................................................................2 1.3 生产方法介绍....................................................................................................................3 1.4 反应器类型特点................................................................................................................3 1.5 反应器选择及操作条件说明............................................................................................4 2 工艺计算........................................................................................................................................5 2.1 主要物性数据.....................................................................................................................5 2.2MATLAB 计算，确定管长，主副反应收率 ......................................................................5 2.3 管数计算.............................................................................................................................6 3 压降计算公式................................................................................................................................7 4 催化剂用量计算............................................................................................................................7 5 换热面积计算................................................................................................................................7 6 反应器外径计算............................................................................................................................8 7 壁厚计算........................................................................................................................................8 8 筒体封头计算...............................................................................................................................9 9 管板厚度计算................................................................................................................................9 10 设计结果汇总..............................................................................................................................9 11 设计小结 ...................................................................................................................................10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化学化工学院
化工专业课程设计
设计题目：
管式反应器设计
化工系
化工专业课程设计——设计文档质量评分表（100 分）
指标点 2.2 问题分析能力（25 分）
指标点 3.1 设计解决方案（75 分）
反应规模及方案（3 分）
反应器设计符合标准、规（10 分）
反应器动力学及其来源（3 分）
反应器选型合理性（5 分）