第三章 管式反应器

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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.

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。

第三章 釜式及均相管式反应器综述

第三章 釜式及均相管式反应器综述
t C A0
x Af 0 CA dxA dCA C A0 rA rA
等容过程,液相反应
图解积分示意图
t C A0
x Af
0
CA dxA dCA C A0 rA rA
[rA]-1
[rA]-1
t/cA0 xA0 xAf x CA0
t CAf CA
二、间歇反应器的数学描述
Standardised stirred tank reactor sizes
标准尺寸( according to DIN)
反应釜规格 总容积 夹套容积 换热面积 400 L L m2 d1 h1 主要尺寸 (mm) d2 h2 533 120 2.5 800 1000 900 1250 630 847 152 3.1 1000 1000 1100 1300 1000 1447 216 4.6 1200 1200 1300 1550 2500 3460 368 8.3 1600 1600 1700 2060 4000 5374 499 11.7 1800 2000 1900 2500 6300 8230 677 15.6 2000 2500 2100 3050
4.155m / h
通过乙酸的起始浓度和原料中各组分的质量比,可求出乙 醇和水的起始浓度为
CB 0 3.908 60 2 10.2(mol / L) 46
3.908 60 1.35 CS 0 17.59(mol / L) 18
然后,将题给的速率方程变换成转化率的函数。
第三章 釜式及均相管式反应器
第一节 第二节 间歇釜式反应器 连续流动均相管式反应器
第一节 间歇反应器
一、釜式反应器的特征
(1)反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀,且反应 器内浓度处处相等,因而排除了物质传递对反应的影响;

精细化工过程与设备教案第三章管式反应器

精细化工过程与设备教案第三章管式反应器

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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。

管式反应器

管式反应器

管式反应器的概述管式反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。

?这种反应器可以很长,如丙烯二聚的反应器管长以公里计。

反应器的结构可以是单管,也可以是多管并联;可以是空管,如管式裂解炉,也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管,以进行多相催化反应,如列管式固定床反应器。

通常,反应物流处于湍流状态时,空管的长径比大于50;填充段长与粒径之比大于100(气体)或200(液体),物料的流动可近似地视为平推流。

管式反应器的特点1、反应物的分子在反应器内停留时间相等,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、管式反应器的单位反应器体积具有较大的换热面,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返混小,反应速度快,流速快,所以它的生产率高。

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于理想置换流。

6、反应器内各处的浓度未必相等,反应速率随空间位置而变化;7、由于径向具有严格均匀的速度分布,也就是在径向不存在浓度变化,所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。

8、理想管式反应器的反应结果唯一地由化学反应动力学所确定。

9、结构简单紧凑,强度高,抗腐蚀强,抗冲击性能好,使用寿命长,便于检修。

管式反应器的分类管式反应器按结构可分为:直管式、U型管式、盘管式和多管式?1、直管式:结构简单,处理量小,可用作多管式反应器的实验装置2、U型管式:3、盘管式4、多管式:?多管式反应器按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。

管式反应器由哪些结构组成由直管,弯管,密封环,法兰及紧固件,温差补偿器,传热夹套及连接管和机架等组成。

?管式法制备HDPE此法采用管式反应器。

原料乙烯(纯度99.9%以上)和氧(做引发剂)压缩至200~300MPa 以上进入反应器。

物料在反应器内停留时间约为30~50秒,反应温度一般在473~573k,单程转化率为20%~30%。

管式反应器的结构与应用知识

管式反应器的结构与应用知识

——————————————————————————————————————— 管式反应器的结构与应用知识(原创)摘要:本文通过对管式反应器的工作原理、内部构造、应用范围、一般计算等方面的知识介绍,使得大学生、工程技术人员、生产经营者等相关读者,对该设备有较为全面的了解。

2021年10月管式反应器的结构与应用知识基本原理与结构:在化学反应过程中,因反应介质、工艺以及密闭与连续在线反应的需要,往往会采用管式反应设备。

所谓管式反应设备通常指反应物料在流经一段特制管道而快速完成反应的一类恒容形反应器,又称管式(道)反应器。

管式反应器从外形上看,就类似于长短不一的一段管道,常见形状有直管和曲管等两种。

直管反应器曲管反应器按照化学反应的工艺要求,除特别设计外,通常在静态混合器结构基础上,根据物料反应的要求改制而来,它以不同管内结构件,不同的流体流向流态,通过调节径长比,调整或延长反应停留时间,最终达到工艺设计的反应要求。

由于设计内构件呈多样性结构型式,如SV型、SK型;SL型、SX 型、SD型等,可根据反应介质的理化数据,计算出它的压力降损失。

在实际应用中,可选用直管式、U型式、多管并联、四窜节式,加热(冷却)夹套等形式,亦可在管内填充颗粒状等各种固态催化剂等填充物。

因管道反应器没有运动部件,完全依靠输送流体的动能来推动介质流动,使得二种或二种以上、互不相溶的液液、液气、气气之间,经过各自碰撞、分散、———————————————————————————————————————交融、反应、催化、裂解等物理过程,达到反应的目的。

当反应物料处于湍流状态时,压力会损失会变大,通过管径放大,增长长度,使物料的流动状态可近似地视为平推流。

它的流向可以由上而下,也可以由下而上,并且通过提高管内壁的光滑度以及内件表面的光洁度来减少物料的阻力,亦也可以使管内壁和内件表面,经喷砂凹凸处理后来增加反应时间。

由于管式反应器返流比小,容积利用效率高,反应无死角,能耗低,环保无渗漏,已广泛被化工设计人员所选用。

《化工反应原理与设备》课件—03管式反应器

《化工反应原理与设备》课件—03管式反应器

结论:( 图3-8)
单 1、n>0:xA相同,则VPFR<VCSTR

vR相同时则XA(PFR)>XA(CSTR)
反 2、当xA低时VPFR/VCSTR→1

当xA高时VPFR/VCSTR ↓ 随xA↑,返混的影响↑

即过程要求的转化率越高,返混的影响越大
3、 xA一定时:n ↑ VPFR/VCSTR→ ↓
dxA (rA )
dc c A f
A
cA0 (rA )
等 解析法:

一级反应:
c
11 ln
k 1 xAf
1 ln cA0 k cAf
VR V0 c
二级反应: c
xAf
1( 1
kcA0 (1 xAf ) k cAf
1) cA0
等温管式反应器的计算
图解法:动力学方程无法用函数表达
等 温 等
c


Ft MCpdT (rA)(Hr )A,T KdA(T TS ) 0
物衡:
(rA )dVR FA0dxA
FtMCpdT FA0dxA(Hr )A,T KdA(T TS ) 0
变温管式反应器的计算
绝热操作即与外界没有热交换。则:KdA(T TS ) 0

Ft MCpdT FA0dxA(Hr )A,T
解:对于二级反应
c
VR V0
x Af kcA0 (1 xAf )
0.9 3.283105 4 (1 0.9)
6.85104 s 19.04h
物料的处理量:
V0
FA0 c A0
2400 / 24 /146 4
0.171m3 / h
反应器体积: VR V0 C 0.171 19.04 3.26m3

反应工程第三章 釜式及均相管式反应器-2

反应工程第三章 釜式及均相管式反应器-2
V0cA0 =V0cA + rAVR VR rA = k1cA τ= V0 VR cA0 = cA + rA = cA (1+ k1τ ) V0
cA0 cA = 1+ k1τ
对P作物料衡算: 作物料衡算:
V0cP0 + rPVR =V0cP
cP = rPτ = ( k1cA − k2cP )τ
k1τ cA0 k1τ cA cP = = 1+ k2τ (1+ k1τ )(1+ k2τ )
升高温度,对活化能高的反应有利 降低温度,对活化能低的反应有利
(2)选择率的浓度效应
rL 1 sL = = rL + rM 1+ k2 Cn2 −n1 A k1
n1>n2 n1<n2 n1=n2
CA升高→选择率增大 升高→ CA 降低→选择率增大 降低→ 选择率与C 选择率与CA无关
需要较高的C 需要较高的CA:
提高cA浓度,降低cP浓度,有利于提高瞬间 浓度, 浓度, 选择性,显然平推流反应器(或间歇反应器) 选择性,显然平推流反应器(或间歇反应器) 比全混流反应器易满足这一条件, 比全混流反应器易满足这一条件,应选用 平推流反应器。 平推流反应器。
全混流反应器的计算( 全混流反应器的计算(计算最佳空间时间 τopt和相应的cPmax值)。 以最简单一级反应为例: 在原料中, 在原料中,cA=cA0,cP0=cS0=0 在恒容过程中, CSTR中对A 在恒容过程中,在CSTR中对A作物料衡算:
二、连串反应
连串反应是指反应产物能进一步反应成其 它副产物的过程。 它副产物的过程。 作为讨论的例子, 作为讨论的例子,考虑下面最简单型式的 连串反应(在等温、恒容下的基元反应) 连串反应(在等温、恒容下的基元反应):
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Steady-state Plug Flow Reactor
• In a plug flow reactor the composition of the fluid varies from point to point along flow path; consequently, the material balance for a reaction component must be made for a differential element of volume dV. Thus for reactant A, the material balance becomes
x A xA0 I ( x A )dxA 3 I 0 4I1 I 3 I 5 2I 2 I 4 I n
• Fig. Below displays these performance equations and shows that the space-time needed for any particular duty can always be found by numerical or graphical integration. However, for certain simple kinetic forms analytic integration is possible– and convenient. Some of the simpler integrated forms for plug flow are as table 3.2-1.
• Equation 3.2-5 allows the determination of reactor size for a given feed rate and required conversion. • As a more general expression for plug reactors. If the feed on which conversion is based, subscript 0, enters the partially converted, subscript i, and leaves at a conversion designated by subscript f, we x Af dx V have A
Example3.2-2 Plug Flow Reactor performance • A homogenous gas reaction A3P has a reported rate at 215℃, (-rA) = 0.01CA1/2 , (mol/liter· sec). Find the space-time needed for 80% conversion of a 50%A-50% inert feed to a plug flow reactor operating at 215 ℃ and 5 atm (CA0=0.0625 mol/liter).
x Af dx V 1 C Af dCA A 0 FA0 C A0 (rA ) C A0 C A 0 (rA )
A 0
These performance equations can be written either in terms of concentration or conversion. Whatever its form, the performance equations interrelate the rate of reaction, the extent of reaction, the reactor volume, and the feed rate, and if any one of these quantities is unknown it can be found from the other three.
Graphical Integration. First evaluate the function to integrated at selected values (see table ) and plot this function (see Fig ).
• Counting squares or estimating by eye we 1 2 find 0.8 1 x
Introducing these three terms in the material balance equation we obtain
Fig 5.5 on page101Lev
FA=(FA+dFA) + (-rA)dV Noting that
dFA=d[FA0(1-xA)]=-FA0dxA We obtain on replacement FA0dxA=(-rA)dV This , then, is the equation which accounts for A in the differential section of reactor of volume dV. For the reactor as a whole the expression must be integrated. Now FA0, the feed rate, is constant, but (-rA) is certainly dependent on the concentration or conversion of materials. Grouping the terms accordingly, we obtain
Referring to Fig left, we see for volume dV that: Input of A, moles/time = FA Output of A, moles/time = FA+dFA Disappearance of A by reaction, moles/time = (rA)dV
• Solution For this stoichiometry and with inerts,
3 1 A 2 1 y A0 0.5 A A y A0 2 0.5 1
In which case the plug flow performance equation becomes
平推流反应器特点:
(1)在正常情况下,它是连续定态操作,故在 反应器的各个截面上,过程参数(浓度、温度 等)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,故反应速率随轴向位置变化。 (3)由于径向具有严格均匀的速度分布,也就 是在径向不存在浓度分布。
ห้องสมุดไป่ตู้
PFR的基础设计方程 对PFR建立物料衡算式,就可以得到PFR的基 础设计方程式。在PFR中进行平推流动时,物 料衡算式有如下特点: (1)由于流动处于稳定状态,各点浓度、温度 和反应速度均不随时间而变化,故单元时间上t 可任取; (2) 由于沿流动方向浓度、温度和(-rA)都 在改变,故应取单元体积△V=dV; (3)稳定状态下,单元时间、单元体积内反应 物的积累量为零。
A Area 1 x dxA 1.70 0.8 1.36 0 A
Numerical Integration. Using Simpson’s rule, applicable to an even number of uniformly spaced intervals on the xA axis, we find
Fig5.6 on page 103
By comparing the batch expressions with these plug flow expressions we find: • For systems of constant density (constantvolume batch and constant-density plug flow ) the performance equations are identical, τfor plug flow is equivalent to t for the batch reactor, and the equations can be used interchangeable. • For systems of changing density there is no direct correspondence between the batch and plug flow equations and the correct equation must be used for each particular situation. In this case the performance equations cannot be used interchangeable.
FA0

C A0

x Ai
(rA )
• For the special case of constant-density systems xA=1-CA/CA0 or dxA=-dCA/CA0 In which case the performance equation can be expressed in terms of concentrations, or
=0
input = output + disappearance by reaction + accumulation
m olesA reacting volum eof tim evolum eof fluid elem ent
第三章 管式反应器
3. 1平推流反应器 the Plug Flow Reactor
• 平推流反应器(PFR):反应器中的流动状态 是人们设想的一种理想流动,即在反应器内具 有严格均匀的速度分布,且轴向没有任何混合。 • PFR is characterized by the fact that the flow of fluid through the reactor is orderly with no element of fluid overtaking or mixing with any other element ahead or behind. Actually, there may be lateral mixing of fluid in a PFR; however, there must be no mixing or diffusion along the flow path. The necessary and sufficient condition for plug flow is for the residence time in the reactor to be the same for all elements of fluid.
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