管式反应器(上
毕业论文题目管式反应器操作与控制
专业应用化工生产技术年级
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指导教师
定稿日期：2013年 5月 25日
目录
一、管式反应器的概述 (1)
二、管式反应器的特点 (2)
三、管式反应器的分类 (3)
四、管式反应器的日常维护 (5)
五、管式反应器故障分析及处理 (5)
六、关于管式反应器的计算 (7)
七、管式反应器生产实例 (12)
八、相关习题 (15)
（一）判断题 (15)
（二）选择题 (15)
（三）填空题 (15)
（四）问答题 (15)
（五）参考答案 (15)
结语 (16)
参考文献 (16)
致谢 (17)
管式反应器操作与控制
一、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。
管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。
二、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。
三、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。
◆多管串联结构的管式反应器，一般用于气相反应和气液相反应。例如烃类裂
解反应和乙烯液相氧化制乙醛反应。
◆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
装有固相铁催化剂中合成氨。
四、管式反应器的日常维护
管式反应器与釜式反应器相比较，由于没有搅拌器一类的转动部件故具有密封可靠、振动小、管理和维护简便的特点。但是经常性的巡回检查仍是不可少的。运行中出现故障时必须及时处理绝不能马虎了事。
其维护要点如下：
1、反应器的振动通常有二个来源：一是超高压压缩机的往复运动造成的压力脉动的传递；二是反应器末端压力调节阀频繁动作而引起的压力脉动。振幅较大时要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及本体抱箍是否有松动，若有松动应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的紧固只能在停车后才能进行。同时要注意碟形弹簧垫圈的压缩量一般允许为压缩量的50%，以保证管子热膨胀时的伸缩自由。反应器振幅控制在0.1mm以下。
2、要经常检查钢结构地脚螺栓是否有松动，焊缝部分是否有裂纹等。
3、开停车时要检查管子伸缩是否受到约束，位移是否正常。除直管支架处碟形弹簧垫圈不应卡死外，弯管支座的固定螺栓也不应该压紧，以防止反应器伸缩时的正常位移受到阻碍。
五、管式反应器常见故障分析与处理
故障分析故障处理
1 安装密封面受力不均按规范要求重新安装
2 振动引起紧固件松动把紧紧固螺栓
3 滑动部件受阻造成热胀冷缩局部不
均匀
检查、修正相对活动部位
4 密封环材料处理不符合要求更换密封环
5 阀杆弯曲度超过规定值更换阀杆
6 阀芯、阀座密封面受伤阀座密封面研磨
7 装配不当，使油缸行程不足；阀杆
与油缸锁紧螺母不紧；密封面光洁
度差；装配前清洗不够
解体检查重装，并做动作试验
8 阀体与阀杆相对密封面过大，密封
比压减小
更换阀门
9 油压系统故障造成油压降低检查并修理油压系统
10 填料压盖螺母松动拧紧螺母或更换
11 膜片存在缺陷注意安装前爆破片的检验
12 爆破片疲劳破坏按规定定期更换
13 油压放出阀联系失灵，造成压力过
高
检查油压放出阀联锁系统
14 运行中超温超压发生分解反应分解反应爆破后，应做下列各项检查：接头箱超声波探伤；相接邻近抄高压配管超声波探伤。经检查不合格接头
箱及高压配管应更新
15 安装不当，使弹簧压缩量大，调整
垫板厚度不当
重新安装，控制碟形弹簧压缩量，选
用适当厚度的调整垫板
16 机架支托滑动面相对运动受阻检查清理滑动面
17 支撑点固定螺栓与机架上长孔位置
不正
调整反应管位置或修正机架孔
18 套管进出口因管径变化引起汽蚀，
穿孔套管定心柱处冲刷磨损穿孔
停车局部修理
19 套管进出接管结构不合理改造套管进出接管结构
20 套管材料较差选用合适的套管材料
21 接口处焊接存在缺陷焊口按规范修补
22 联络管法兰紧固不均匀重新安装联络管，更换垫片
六、管式反应器的相关计算
理想管式反应器基本方程式
流入量＝流出量＋反应量＋累积量
为理想管式反应器的基本方程式。无论是等温、变温或反应过程中反应物料的总摩尔数是否发生变化均可适用，只要满足平推流这一假定即可。
在下列两种情况下可以直接进行求解：
◆等温理想管式反应器。反应速率常数为常数。
◆绝热理想管式反应器。反应的热效应全部用作加热或冷却反应物料，反应物
料沿反应器长度温度变化可以用热量衡算与反应转化率关联。反应速率常数可转化为转化率的函数。
除上述两种情况，对于非绝热非等温过程，需结合热量衡算式联立求解。对于反应器压降较大的，如管式裂解反应器，还需要再与动量衡算式联立求解。
对装有固体催化剂的固定床反应器，只要满足平推流的基本假定，同样可以适用。空时、空速和停留时间
空时
空速
停留时间
对于恒容过程，系统物料的密度不随反应转化率而变，即，所以空时和停
留时间两者相等。对于非恒容过程，反应器内物料的体积流率随反应转化率而变化，因此空时和停留时间两者就有差异。
对于等温恒容过程，只要把理想管式反应器空时代之理想间歇反应器中的反
应时间t，则在理想间歇反应器中的结论完全适用于理想管式反应器。
等温等容理想管式反应器中简单反应的结果
反应前后分子数变化的气相反应
◆在间歇反应器中分子数发生变化的气相反应，由于反应器的容积恒定，其结
果使反应系统的总压变化，称之为恒容过程。
◆在连续流动的理想管式反应器中进行的气相反应，反应物料从反应器进口加
入，如果忽略物料在管内流动的压力降，则反应器进口和出口系统压力不变，称之为恒压过程。
表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。
膨胀率法
基于物系体积随转化率呈线性关系，即
上式表示反应在等温等压下进行。
膨胀率的定义是反应组分A全部转化后系统体积变化的分率，即
膨胀因子法
膨胀因子的定义是原料A消耗一衡分子时，反应系统总衡分子数的变化，对反应aA＋bB → pP＋sS
当理想管式反应器进口总摩尔流率为
式中
对等压过程
因此膨胀因子和膨胀率的关系为
变分子数反应过程的反应器计算
对于理想管式反应器中进行变分子气相反应过程，其基本方程式仍为
只是反应速率表达式应把体积变化这一因素考虑进去，当用浓度表示反应速率时
对n级反应，反应速率表达式为
等温、变容理想管式反应器的设计式（膨胀率法）
对于A→P反应
反应级数反应速率式设计式
零级
一级
二级
等温、变容理想管式反应器的设计式（膨胀因子法）当用分压表示反应速率式时，对级反应，反应速率式为反应级数反应速率式设计式
零级A→mp
二级2A→mp
二级A＋B→mp
理想管式反应器中空时和平均停留时间计算式相应为
只有当反应前后分子数不变时，空时和平均停留时间两者相等。
七、管式反应器生产实例——乙酸乙酯管式反应器
(一)乙酸丁酯反应器（管式）的开车
开车操作规程：
装置的开工状态为换热器处于常温常压下，各调节阀处于手动关闭状态，各手操阀处于关闭状态.
1.开车前准备工作：
1、熟悉工艺流程，熟悉操作设备，熟悉控制系统，熟悉开车规程
2、确保检查仪表阀门及相关设备处于正确状态
3、打开冷却水循环泵
2.开车：
◆进料：
（1）微开放空阀V4，准备进料。
（2）向反应釜中进料醋酸、正丁醇跟浓硫酸。
①打开进料阀阀V1，控制流量并向混合罐中充液。
②打开进料阀阀V2，控制流量并向混合罐中充液。
③打开进料阀阀V3，控制流量并向混合罐中充液。
④当液位将达到要求时，控制流量，确保及时关进料阀V1、V2、V3。
◆开车：
①混合罐混合完毕后打开计后阀V6、泵1。
②开启计后阀V5调节转子达到设计的流量。
③混合罐内无物料时，关闭V6、泵1、V4。
④开启预热器观察温度TI。
⑤打开阀门V7使物料进入管式反应器、调节转子流量计达到任务设计要求。
⑥物料进入完毕后关闭V7。
⑦开启泠凝器冷水系统V9、V12。
⑧进料的同时适当打开夹套蒸汽加热阀V10，打开疏水阀，观察压力上升情况，保持适当的温度上升速度。
(二)工艺参数控制要点：
管式反应器管式反应器操作参数的控制主要体现在：
1.工艺参数要求
①管式反应器内压力不得高于1600-10000kPa(水平管式反应器受压能力)。
②管式反应器温度为120℃（酯化反应温度）。
③冷凝器出料温度应低于89.3℃（共沸物沸点）。
④分馏器顶端的温度不高于89.3℃（共沸物沸点）。
⑤控制V7调节流量为0.757m3。
2.主要工艺生产指标的调节方法
①温度调节：操作过程中以温度为主要调节对象，以压力为辅助调节对象。升温慢会引起副反应速度大于主反应速度的时间段过长，因而引起反应的产率低。升温快则容易反应失控。
②压力调节：压力调节主要是通过调节温度实现的，但在超温的时候可以微开放空阀，使压力降低，以达到安全生产的目的。
③收率：由于在89.3℃以下时（要不断蒸出水分），副反应速度大于正反应速度，因此在安全的前提下快速升温是收率高的保证。
3.反应过程的控制
①当管内温度快速升至105～115℃左右关闭V10，停止通蒸汽加热。使得温度稳定在120℃左右。
②当分馏器塔顶温度快速升至105～115℃左右时，开大回流泠凝器冷凝水阀门V12、关小蒸汽阀门V10。控制速度上升。
③当管内温度升至110℃以上时，是反应剧烈的阶段。应小心加以控制，防止超温。
④分离层中分为两层，下层水可通过V13不断放掉。
(三)乙酸丁酯反应器（管式）的停车
①当不能再蒸出水时，可认为酯化反应已达到终点。这时，分馏塔顶部的温度会升高。
②关闭蒸汽阀V10，等排放完关闭冷凝水时疏水阀。
③等分馏器跟换热器温度下降为室温时，打开分馏釜底出料阀V11。
④打开分水器V13放掉反应产生的水，最终收集产品。
⑤对设备进行检查、清洗。
(四)乙酸丁酯反应器（管式）的常见异常现象及处理
序号异常现象原因分析判断操作处理方法
1 密封泄漏
①安装密封受力不均
②振动英气紧固件松动
③滑动部件受阻造成热胀冷
缩不均与
④密封环材料处理不符合要
求
停车修理：
①按照规范要求重构
新安装
②把紧紧固螺栓
③检查、修正相对活动
部位
④更换密封环
2 放出阀泄露①阀杆弯曲度超过规定值停车修理：
②阀芯。阀座密封面受伤
③装配不当，使油缸锁紧螺
母不紧；密封面光洁度；
装配前清洗不够
④油压系统故障造成油压降
低
⑤填料压盖螺母松动①更换阀杆
②阀座密封面研磨
③解体检查重装，兵作
动作实验
④更换阀门
⑤检查兵修理油压系
统
⑥紧螺母或更换
3 爆破片爆破
①膜片存在缺陷
②爆破片疲劳破坏
③油压放出阀连续失灵，造
成压力过高
④运行中超温超压，发生分
解反应
①注意安装前爆破片
得检验
②按规定定期更换
③查油压放出阀连锁
系统
④分解反应爆破后，应
作下检查
4 反应管胀缩卡
死
送
①安装不当是弹簧压缩量
大，调整垫板厚度不当
②机架纸托滑动面相对运动
受阻
③支撑点固定螺栓与机架上
长孔位置不正
①重新安装蝶形弹簧压
缩量；选用适当厚度的
调整垫板
②检查清理滑动面
③调整反应管位置或修
正机架孔
5套管泄露①套管进出口因管径变化气
蚀，穿孔套管进出接管定
心柱处冲刷磨损穿孔
②套管进出接管结构不合理
③套管材料较差
④接口及焊接存在缺陷
⑤连接管法兰紧固不均匀
①停车局部修理
②改造套管进出接管结
构
③选用合适的套管材料
④焊口按规范修补
⑤重新安装连接管，更
换垫片
(五)管式式反应器的维护
管式反应器与釜式反应器相比较，由于没有搅拌器一类的转动部件，故具有密封可靠、振动小、管理和维护简便的特点。但是，经常性的巡回检查仍是不可少的。运行中出现故障时，必须及时处理，绝不能马虎了事。其维护要点如下：1、反应器的振动通常有二个来源，一是超高压压缩机的往复运动造成的压力脉动的传递；二是反应器末端压力调节阀频繁动作而引起的压力脉动。振幅较大时
要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及本体抱箍是否有松动，若有松动，应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的紧固只能在停车后才能进行。同时要注意碟形弹簧垫圈的压缩量，一般允许为压缩量的50%，以保证管子热膨胀时的伸缩自由。反应器振幅控制在0.1mm以下。
2、要经常检查钢结构地脚螺栓是否有松动，焊缝部分是否有裂纹等。
3、开停车时要检查管子伸缩是否受到约束，位移是否正常。除直管支架处碟形弹簧垫圈不应卡死外，弯管支座的固定螺栓也不应该压紧，以防止反应器伸缩时的正常位移受到阻碍。
八、相关习题
(一)判断题：
1按反应器的结构形式，可把反应器分成釜式、管式、固定床和流化床。
2平推流反应器与全混流反应器均不存在返混。
3 管式反应器亦可进行间歇式连续操作。
(二)选择题：
1化学反应器的分类方式很多，按的不同可分为管式、釜式、塔式、固定床、流化床等。
A. 聚集状态； B、换热条件； C、结构； D、操作方式
2管式加热炉传热的主要工艺指标有：全炉热效应.热负荷火墙温度,流速和全炉压力降。
A.炉管结焦时间
B.炉管表面热强度
C.燃烧室辐射强度
D.烟囱抽力
(三)填空题：
1.管式反应器主要用于气相或液相连续反应过程，具有容积，易于
-等优点；能承受较高的，故用于加压反应尤为合适；但对于慢速反应，则有需要管子，压降较大等方面的不足。
2.空间速度简称，是指在单位时间内所通过的原料气的
表示，单位为。
流量。用S
V
(四)问答题：
1.均相反应器有哪些？如何选择均相反应器？
2.管式反应器由哪些结构组成，有什么特点？
(五)参考答案：
1.判断题：T、F、T
2.选择题：C、C
3.填空题：
1、大转换内压长度很长
2、空速固定位置h^-1
4.问答题：
1、答：均相反应器有管式反应器和釜式反应器。
选择依据：①根据物料的聚集状态选择；
②根据生产量选择；
③根据反应速率选择；
④根据动力学特性选择。
2、答：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。
特点：①单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热效应较大的反应
②由于反应物在管式反应器中反应速率快，流速快，所以它的生产效率高。
③适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证。
④与釜式反应器相比较，其犯混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流
刑接近于理想置换流。
结语
从理论和实际分析，我们可以得出一个结论：反应器的选择是结合生产实际以及相关反应自身的特点的，与生产能力相关。不能盲目选用一种特定的反应器材，而要根据场地、反应以及很多很多条件来进行选择。
参考文献：
[1]陈炳和，许宁编：化工反应过程与设备——反应器选择、设计和操作，北京化学工业出版社，2009年7月版
致谢
三年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首三年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师三年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。
学友情深，情同兄妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后，我要感谢老师们。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢老师耐心的辅导。
在过程中老师也给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得系统能够及时开发完成，这里一并表示真诚的感谢。
4 管式反应器
4管式反应器 4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应： 6532664 +→+C H CH H C H CH 在反应条件下该反应的速率方程为： 0.51.5,/.=T H r C C mol l s 式中C T 及C H 分别为甲苯及氢的浓度，mol/l ，原料处理量为2kmol/h ，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50mm ，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。 解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即： 00=T H C C ，则有：0(1) ==?T H T T C C C X 示中下标T 和H 分别代表甲苯与氢，其中： 53300330000.5 1.01310 5.6810/8.314101073 2/21/0.27810/??××===×××====×T T T T p C kmol m RT F Q C kmol h kmol s 所以，所需反应器体积为： 00000.5 1.500 2.50.95333 1.5 1.501.5 1.5(10.95)10.278100.4329 3.0061.5(5.6810)(1) 1.51 ???==??=×=×=×??∫ ∫∫T T X X T T r T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX m X 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4 =×m 4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。 解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题3.2中已算出： 0275.8/=Q l h 0 1.231/=A C mol l 所以，所需反应器体积：00000000(1)() 275.80.95818.61 5.2 1.23110.95 =??===?×?∫A X A r A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X l kC X
微反应器介绍及其研究进展
化工学术讲座课程论文 题目微反应器介绍及其研究进展 学号 姓名 成绩 老师签名 定稿日期：2015 年12 月20 日
微反应器介绍及其研究进展 摘要：近年来，随着微尺度下“三传一反”研究的进展，微尺度流体的性能得到了深入揭示，微反应器技术也被广泛应用于科学研究和工业生产领域。本文系统介绍了微反应器的结构特点、性能优势、研究进展，进而分析了微反应器的发展方向。 关键字：微反应器；微反应技术 1 引言 进入21世纪，化工过程向着更为绿色、安全、高效的方向发展，而新工艺、新设备、新技术的开发对于化工过程的进步是十分重要的。在这样的背景下，微化工系统的出现吸引了研究者和生产者的极大关注。微化工系统并非简单的微小型化工系统，而是指带有微反应或微分离单元的新型化工系统。在微化工系统中，微反应器是重要的核心之一。 “微反应器(microreactor)” 最初是指一种用于催化剂评价和动力学研究的小型管式反应器，其尺寸约为10 mm。随着本来发展用于电路集成的微制造技术逐渐推广应用于各种化学领域，前缀“micro”含义发生变化，专门修饰用微加工技术制造的化学系统。此时的“微反应器”是指用微加工技术制造的一种新型的微型化的化学反应器，但由小型化到微型化并不仅仅是尺寸上的变化，更重要的是它具有一系列新特性，随着微加工技术在化学领域的推广应用而发展并为人所重视。 现在所说的微反应器一般是指通过微加工技术制造的带有微结构的反应设备，微反应器内的流体通道或者分散尺度在微米量级[1]，而微反应器的处理量则依据其应用目的的不同达到从数微升/分钟到数万立方米/年的规模。近年来与微反应器相关的流动、混合、反应等方向的研究工作发展十分迅速，带动了微反应器技术的快速发展。 微反应器内流体的存在状态不同于传统的反应器，其内部流体的流动或分散尺度在1μm到1mm之间，这种流体被称为微流体。微流体相对于常规尺度的流体具有一定的特殊性, 主要体现在流体力学规律的变化、传递过程的强化、固有的安全性以及良好的可控性等。目前，微反应器已经被广泛应用于化学、化工、
管式反应器
管式反应器 除了上一章的两类理想反应器，管式反应器也是一类理想反应器模型（活塞流模型）。与间歇釜式反应器不同，全混流和活塞流模型用于流动过程。 根据上一章所学的知识，物料在反应器中的停留时间是决定化学反应转化程度和产物分布的一个重要因素。全混流和活塞流模型均是根据特定的停留时间分布规律建立起来的（这部分内容将在下一章中详细阐述），是两种极端的情况，是分析许多问题的出发点，也是各种实际反应器设计的理论基础。本章将涉及到如下的具体内容： 活塞流模型的基本假定 等温管式反应器设计与分析 管式反应器与釜式反应器的性能比较 循环管式反应器的分析计算 管式反应器的变温操作 第一节活塞流假定 流体流动是非常复杂的物理现象，影响到系统的反应速率和转化程度。 一、流动状况对反应过程的影响 1. 流动情况影响 例1. （1）空管中, 图4.1 （a）(b) 内部各部分流体的停留时间不同，因此反应时间也不一样，反应速率和最终转化率也不一样 第二节等温管式反应器的设计
一、单一反应 在管式反应器中进行的单一反应，取如图4.2所示的微元体（高为dZ） 图 4.2 管式反应器示意图 在定态条件下， 由此得到 或 ∴（4-4） ∴（4-5）假设 =常数（=X Af下的值），则 --釜式反应器的设计方程 式（4-5）可以进一步变成：
（间歇釜式的设计的方程为） 注意：二者尽管形式上相同，但一个是反应时间t，一个空时τ（与所选择的进口状态有关）。另外，间歇釜式反应器总是恒容的。如果管式反应器也在恒容下进行，则有τ=t；否则，τ≠t。 对于式（4-4），设反应器的截面积为A，则有dV r=Ad Z，那么 对于恒容过程 C A=C AO（1-X A）则 时间变量转化为位置变量。 例4.1 例4.2 例4.3例4.4例4.5 第三节管式与釜式反应器反应体积的比较 在处理量、组成、T、XAf相同的条件下进行对比。对于二级可逆反应，使用不同形式的理想反应器时所需要的反应体积如表4-1所示，即有 （本章前面和上一章的例题给出的结果） 一般来说，比较按正常动力学和反常动力学两种情况讨论：
高效厌氧反应器
高效厌氧反应器(UASB) UASB厌氧反应器，它是20世纪80年代发展起来的技术，目前该技术已成功应用在各行业的污水处理中，具有处理容量高、投资少、占地省、运行稳定等优点，是第三代厌氧反应器的代表工艺之一。 污水由泵提升进入反应器底部，以一定流速自下而上流动，厌氧过程产生的大量沼气起到搅拌作用，使污水与污泥充分混合，有机质被吸附分解；所产沼气经由厌氧反应器上部三相分离器的集气室排出，含有悬浮污泥的污水进入三相分离器的沉降区，沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分，含有少量较轻污泥的污水从反应器上部排出。 UASB厌氧反应器有一个很大的特点，就是能使反应器内的污泥颗粒化，且具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。这使反应器内的污泥浓度更高，泥龄更长，大大提高了COD容积负荷,实现了泥水之间的良好接触。由于采用了高的COD负荷，所以沼气产量高，使污泥处于膨胀流化状态，强化了传质效果，达到了泥水充分接触的目的.
BOD去除率可以达到90％ 性能参数：COD去除率可以达到90％ 应用范围：特别适合COD>20000mg/L的高浓度有机废水重金属去除率99％以上。
UASB反应器原理示意图 UASB反应器工程实景 主要特点：升流式流态——泥水充分混合 三相分离器——充分截留污泥 运行费用低 膜生物反应器(MBR) 膜生物反应器（MBR）是生化反应器和膜分离相结合的高效废水处理系统，用膜分离（通常为超滤）替代了常规生化工艺的二沉池。与传统活性污泥法相比，MBR对有机物的去除率要高得多，因为在传统活性污泥法中，由于受二沉池对污泥沉降特性要求的影响，当生物处理达到一定程度时，要继续提高系统的去除效率很困难，往往需要延长很长的水力停留时间也只能少量提高总的去除效率，而在膜生物反应器中，由于分离效率大大提高，生化反应器内微生物浓度可从常规法的3~5g/L提高到15~30g/L，可以在比传统活性污泥法更短的水力停留时间内达到更好的去除效果，减小了生化反应器体积，提高了生化反应效率，出水无菌体和悬浮物，因此在提高系统处理能力和提高出水水质方面表现出很大的优势。错流式膜分离技术的开发，特别
HCR高效射流反应器基本原理
HCR高效射流反应器基本原理 一.HCR法(高效射流反应器)基本原理 该工艺的问世是好氧生物处理技术的一个飞跃,它融合了当今的高效射流曝气,物相强化传递.,紊流剪切等技术,并具 有深井曝气和流化污泥床的特点.因此空气转化率高的特点,反应器的容积负荷大,水的停留时间短.污水处理效果好. HCR系统主要包括:集成反应器,两相喷头,气浮池及其配套的管路和水泵等.集成反应器为圆形容器,其外筒两段被封闭,连接着各种管道;内筒两段开口.两相喷头安装在反应器上部的正中央,循环水泵提升高压水流经喷头射入反应器, 由于负压作用吸入大量空气.水流和气流的共同作用又使喷头下方形成高速紊流剪切区,把吸入的空气分散成细小的气泡.富含溶解氧的污水经导流管达到反应器的底部,又向上 反流形成环流,再经剪切取向下射流,如此循环往复运行.于是污水被反复充氧,气泡和微生物菌团被不断剪切细化,并 形成致密细小的絮凝体. HCR法具有处理负荷高,抗冲击负荷,氧利用率高,占地面积小,操作运行灵活等特点.多利用在高浓度的废水生活处理. 二.生物脱氮工艺的基本原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理,采用人工法予以控制.首先,污水中的有机氮,蛋白氮在好氧条件下转换成氨氮,然
后由硝化菌变成硝酸盐氮,这个阶段称为好氧硝化,随后在 缺氧条件下,由反硝化菌作用,并外加碳源提供能量,使硝酸盐氮变成氮气逸出,这个阶段称为缺氧反硝化.整个脱氮过 程过程就是氮的分解还原反应,反应能量从有机物中获取. 在硝化和反硝化的过程中,影响脱氮效率的因素是温度,溶 解氧,PH值以及反硝化的碳源等.生物脱氮系统中,消化菌增长缓慢,所以要有足够的污泥泥龄.反硝化菌的生长主要在 缺氧条件下进行,并且要有充裕的碳源提供能量,才可促使 反硝化作用顺利进行. 由此可见,生物脱氮系统这中消化和反硝化反应需要具备如下条件: 硝化阶段:足够的溶解氧值在2mg/L以上.合适的温度,最好是20度.不低于10度,足够长的污泥泥龄,合适的PH值条件. 反硝化阶段:硝酸盐的存在,缺氧条件DO值0.2mg/L左右,充足的碳源,合适的PH值. 通过上述原理,可组成缺氧与好氧池,即所谓A/O系统,A/O 系统的设计中要控制的几个主要参数就是足够的污泥泥龄 与进水的碳氮比. 生物脱氮的影响因素:从生物脱氮的原理看出,两者要求的 有些方面是相互制约的.要正常发挥脱氮系统的效率,详细 分析进水水质是十分重要的:(1)COD浓度,(2)TKN/COD比值,(3)水温.
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。5换热面积计算................................................错误!未定义书签。6反应器外径计算..............................................错误!未定义书签。7壁厚计算....................................................错误!未定义书签。 8 筒体封头计算................................................错误!未定义书签。9管板厚度计算................................................错误!未定义书签。10设计结果汇总...............................................错误!未定义书签。11设计小结...................................................错误!未定义书签。
硫酸氨管式反应器技改项目
硫酸氨管式反应器造粒技术改造项目目录 一.工艺叙述 1.1 工艺流程简述 1.2工艺原理及工艺特点 二管式反应器造粒技术与国内氨酸法对比 2.1国内氨酸法工艺 2.2硫酸、氨管式反应器工艺 三改造所需设备 3.1硫酸、氨管式反应器系统设备 3.2 附属设备 3.3 仪表及计量设备 3.4 氨站设备 3.5 酸站设备 四产品方案 五投资估算
一.工艺叙述 1.1工艺流程简述 1.1.1原料预处理与计量 由于原料磷铵和氯化铵有块状物，影响了原料的输送和计量，需对其进行预处理。上述两种原料经人工解包后，倒入其各自的预处理料斗，经处理后直接落入原料计量料斗，同时尿素也经破碎后进入原料料斗。 原料计量采用电子皮带称，六台电子皮带称分别用于原料磷铵、氯化铵、氯化钾、固体尿素、微量元素的计量。原料电子皮带称采用工控机控制，以实现原料计量报表、历史记录、配方自动调节等功能。 1.1.2 造粒 计量后的原料由位于电子称下方的收集皮带机送入厂房，与系统返料一起进入造粒给料控量料斗，固相造粒物料经给料控量料斗均衡的进入造粒机，保证了造粒固、液比的稳定，同时也保证了造粒的稳定性。 来自合成氨的液氨经液氨蒸发器蒸发后与经硫酸泵送来的硫酸，及洗涤液经计量，调节控制后，以额定量进入硫酸、氨管式反应器，反应器生成的高温低湿硫酸铵料浆借其本身产生的蒸汽自雾化，均匀地喷到造粒床层上，促进造粒物料粒化，并改善造粒物料物性。同时，部分液氨经氨预处理器用蒸汽汽化并混合后通过氨分布器进入造粒床层，与磷铵反应并参与造粒。 1.2工艺原理及工艺特点 本造粒工艺的特点是利用硫酸、氨化学反学热及氨与磷铵的反应热
提升管反应器
提升管反应器的作用 图1 提升管反应器结构示意图 提升管反应器的基本结构形式如图1所示。提升管反应器的直径由进料量确定。工业上一般采用的线速是人口处为4-7m/s ，出口处为12-18m/s。随着反应深度的增大，油气体积流量增大，因此有的提升管反应器由不同直径的两段（上粗下细）组成二提升管反应器的高度由反应所需时间确定，工业设计时多采用2-4s的反应时间。近年来由于进人反应器的再生催化剂温度多已提高到650-720℃，提升管下段进料油与再生催化剂接触处的混合温度较高，当以生产汽油、柴油为上要目标时，反应只需2s左右的时间就已基本完成，过长的反应时间使二次裂化反应增多，反而使口的产物的收率下降。为了优化反应深度，有的装置采用终止反应技术，即在提升管的中上部某个适当位置注人冷却介质以降低终中部的反应温度，从而抑制二次反应。有的还在注人反应终止剂的问时相应地提高或控制混合段的温度，称为混合温度控制技术（MTC）。此项技术的关键是如何确定注人冷却介质的适宜位置、种类和数量。国内有些炼油厂采用了注人终止剂技术，但是仅是凭经验来确定有关的参数，可靠性差。中国石油大学提出的提升管反应器流动—反应模型可以对提升管内的反应过程进行三维模拟，初步解决了科学确定上述有关参数的问题。图2是在某催化裂化装置的提升管的适当位置注入反应终止剂前后提升管沿高的温度及反应产二物产率变化情况
的模拟计算结果。由此可见，注人终止剂后，汽油和柴油的产率都有所提高。注人终止剂的效果与原工况及注人的条件有关。 提升管反应过程 图2 提升管注人终止剂的效果的模拟计算结果 提升管上端出口处设有气—固快速分离构件，其目的是使催化剂与油气快速分离以抑制反应的继续进行。快速分离构件有多种形式，比较简单的有半圆帽形、T字形的构件，为了提高分离效率，近年来较多地采用初级旋风分离器。实际上油气在沉降器及油气转移管线中仍有一段停留时间，从提升管出日到分馏塔约为10-20s。，而且温度也较高一般为450-510℃。在此条件下还会有相当程度的二次反应发生，而且主要是热裂化反应，造成于气和焦炭产率增大。对重油催化裂化，此现象更为严重，有时甚至在沉降器、油气管线及分馏塔底的器壁上结成焦块。因此，缩短油气在高温下的停留时间是很有必要的。适当减小沉降器的稀相空间体积、缩短初级旋风分离器的升气管出口与沉降器顶的旋风分离器入口之间的距离是减少二次反应的有效措施之一。据报道，采取此措施可以使油气在沉降器内的停留时间缩短至3s，热裂化反应明显减少。 提升管下部进料段的油剂接触状况对重油催化裂化的反应有重要影响。对重油进料，要求迅速汽化、有尽可能高的汽化率，而且一与催化剂的接触均匀。原料油雾化粒径小可增人传热面积，而.只由于原料油分散程度高，油雾与催化剂的接触机会较均等，从而提高了汽化速率。实验及计算结果表明，雾滴初始粒径越小则进料段内的汽化速率越高，两者之间呈指数关系。实验结果还表明，对重油催化裂化，提高进料段的汽化率能改善产品产率分布。因此，选用喷雾粒径小，而且粒径分布范围较窄的高效雾化喷嘴对重油催化裂化是很重要的。模拟计算结果表明，当雾滴平均粒径从 60μm减小至50μm时，对重油催化裂化的反应结果仍有明.显的效果。除了液雾的粒径分布外，影响油雾与催化剂的接触状况的因素还有喷嘴的个
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解 小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：①管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。②釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。③有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。④塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。 一、管式反应器 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。
分类： 1、水平管式反应器 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。
2、立管式反应器 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
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。
连续循环反应器中返混状况测定
实验二连续循环反应器中返混状况测定 实验目的 实验原理 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： 循环物料的体积流量 离开反应器物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。 停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量 Q 的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。 由停留时间分布密度函数的物理含义，可知f(t)dt=V?C(t)dtQ Q=∫0∞VC(t)dt 所以f(t)=VC(t)/∫0∞VC(t)dt=C(t)/∫0∞C(t)dt 由此可见 f (t )与示踪剂浓度 C(t )成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以
管式反应器(上
毕业论文题目管式反应器操作与控制 专业应用化工生产技术年级 姓名 指导教师 定稿日期：2013年 5月 25日
目录 一、管式反应器的概述 (1) 二、管式反应器的特点 (2) 三、管式反应器的分类 (3) 四、管式反应器的日常维护 (5) 五、管式反应器故障分析及处理 (5) 六、关于管式反应器的计算 (7) 七、管式反应器生产实例 (12) 八、相关习题 (15) （一）判断题 (15) （二）选择题 (15) （三）填空题 (15) （四）问答题 (15) （五）参考答案 (15) 结语 (16) 参考文献 (16) 致谢 (17)
管式反应器操作与控制 一、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。 管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。
二、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
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。