管式反应器 (2).ppt

管式反应器简介 管式反应器的发展 管式反应器的分类 管式反应器的应用 管式反应器的展望 管式反应器的特点 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 发展情况 根据管式反应器内流体的流动特性 麦克莫林 R B Macmullin 等首先引出了理想管式反应器的概念 认为其管道轴向不存在流体的混和 而其径向发生着流体的完全混和 实际管式反应器与理想管式反应器有一定的出入 波司岛斯 R Bosworth 考虑到管道径向速度梯度和扩散过程的影响 提出著名的管式反应器的修正模型 并由此得到滞流型管式反应器和湍流型管式反应器的停留时间的分布函数 1951年丹雷 K G Denligh 在波司岛斯停留时简的统计分析的基础上 得到了进行着二级反应的滞流型管式反应器的特殊解 泰勒 莱文斯彼尔 蒂却赛克等认为流体流经管道时存在着逆向混和现象 或称纵向混和 纵向扩散等 1 造成这种现象的原因为轴向的分子扩散和湍动扩散 2 流体微团在不同的轴向位置作相对的朝向运动 其中前者与后者相比 其影响常可忽略 后者则大大取决于速度分布的形状和径向的扩散速率 他们认为滞流型的速度分布能产生大的逆向混和 而湍流型的速度分布则反有较小程度的逆向混和发生 当雷诺准数为无穷大时 管道截面的速度趋于均一 此时 管道内已无逆向混和产生 这样的流型称作为活塞式 活塞式流动即为推演理想管式反应器方程的基本假定 与一般类型的连续反应器相比 管式反应器的其它特点为其单位反应空间的传热面积较大 流体与器壁间的给热系数高 管式反应器还便于进行分段控制 创造最适宜的温度梯度 压力梯度和浓度梯度 从而使管式反应器具有较高的转化程度和选择性 常用的管式反应器有以下几种类型 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 高压反应管道的连接采用榫槽面整体对焊法兰 可承受1 6 10MPa压力 如用透镜面钢法兰 承受压力可达10 20MPa 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 3 盘管式反应器如下图 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 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 管式反应器在电化学中的应用 随着世界各国工业的迅猛发展 废水的排放量急剧增加 目前有机废水的处理方法大致可分为物化法 生物法 化学法等 在这些处理方法中 高级氧化技术以有效的促使这类难降解有机物无害化而受到了广泛的关注 与其他废水处理方法相比具有 多功能性 高度的灵活性 无污染或少污染性 易于控制性等许多优点 已受到国内外的广泛关注 随着电极材料的开发 反应器的研制及对传统电化学工艺的改进 电化学水处理技术必将得到广泛的应用 电化学处理有机废水是管式电化学反应器最广泛和最成功的应用领域 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 在磷复肥行业中 通常所说的管式反应器是指十字管反应器 磷酸和硫酸分别进入十字管反应器相对两支管中 在这里二者充分混合后 再与中心管来的气氨 或液氨有时加水 进行反应 进入的氨量应使磷酸硫酸全部中和 反应生产的料浆通过一肘型管喷到造粒机中 它主要用于磷酸一铵 磷酸二铵的生产 在其返料系统中添加钾盐 则生产NPK产品 十字管反应器通常采用耐蚀镍基合金C 276制造 管式反应器在聚乙烯醇生产中的应用 在高碱法的聚乙烯醇生产过程中 每生产一吨聚乙烯醇将产生8 8吨的醇解废液 其中约含有2 的醋酸钠 工业上把这些醋酸钠用硫酸进行酸解以回收醋酸和硫酸钠 每生产一吨聚乙烯醇可从中回收110 120公斤醋酸 约占回收醋酸量的8 回收的醋酸可用于醋酸乙烯的合成 生成的硫酸钠 芒硝 经提纯以后可用于维尼纶生产 因此 酸解反应在聚乙烯醇生产中有着重要的意义 反应的好坏不仅影响回收醋酸的质量和聚乙烯醇的成本 而且还影响设备的腐蚀 醋酸钠和硫酸进行酸解反应生成醋酸和硫酸钠 其反应式如下 2CH3COONa H2SO4 2CH3COOH Na2SO4 革新前后流程对比这项工艺上的革新 图7 槽式酸解反应槽 图9 管式酸解反应槽 这一革新大大简化了流程和设备 其有占地面积小 基建投资省 动力消耗低的特点 并在生产能力与质上超过了原引进装置的水平 两者的质量和技木经济指标分别见表1 硫酸含量为反应液的主要控制指标 福建维尼纶厂在无自动调节的工业酸度计情况下 采用管式酸解反应 其反应液中的硫酸含量也比北京有机化工厂的低得多 而后者则带有自动调节的工业酸度计 这说明管式酸解反应比槽式的要完全 由表1的技术经济指标来看 管式反应比槽式反应优越 其中福建维尼纶厂管式反应器的生产能力很大 其最大生产能力尚未得到考核 管式反应器的展望 人们发现采用常规的化学反应已难于再大幅度提高反应速率 特别是对于一些难反应的液固相系统 当把化学反应置于如电磁 超声 辐射等外场中时 将对反应和结晶产生很大的影响 加速或者阻尼反应与结晶的进行 而特殊设计的管式