管式反应器的放大注意事项

1、管式反应器的放大注意事项 Lorem ipsum 管式反应器的概念1管式反应器的分类2管式反应器传热方式3管式反应器的特点4管式反应器的数学模型5管式反应器放大应注意的问题6一、管式反应器的概念 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。二、管式反应器

2、的分类二、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。2.32.3多管并联管式反应器多管并联管式反应器2.4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。2.52.5U U形管式反应器形管式反应器 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

3、直径大，物料停留时间长，可应用于反应速率较慢的反应。三、管式反应器传热方式三、管式反应器传热方式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百度高温。 四、管式反应器的特点四、管式反应器的特点 （1）由

4、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。此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现应速率很

5、低时所需管道过长，工业上不易实现。 四、管式反应器的数学模型四、管式反应器的数学模型 管式反应器设计的基本内容是:选择合适的反应器型式 ; 确定最佳的工艺条件;计算需要的反应器体积 。设计计算中所应用的基本方程式是物料衡算式 、热量衡算式。反应过程如有较大的压力降并影响反应速度时 , 还要加上动量衡算式 。管式反应器的设计计算也就是上述方程组的求解 。1、物料衡算式RAAnAnAndVrdqqq)(,上式进行积分得由 得RAAnAnAndVrdqqq)(,)1 (0,AAnAnxqq)(0,AnRAAqVddxr AAxxAAAnRrdxqV0,0,0,0,0,AVAncqqAAxxAAAVR

6、rdxcqV0,0,0, 2、热量衡算式 对于绝热非等温系统，应考虑温度改变对反应速率所产生的影响。通过热量衡算可以求出如下反应物料的转化率变化与温度变化的关系：)()(0,0,0AAmprAxxCHyTTadmprATCHy)()(,0,)()(0,0AAadxxTTT3、动量衡算式 如果物料在管内流动产生较大的压力降时，则应考虑压强的变化对于化学反应速率的影响。 对于空管，如果位差的影响可以忽略，则用范宁公式计算： 在空管内物料呈层流运动时： 在空管内物料呈湍流运动时： 式中，f是摩擦因子，Re是雷诺数Re16f2 . 0Re046. 0fdZduudufdZdp22 综上所述，管式反应器

7、的计算，如：（1）为恒温系统而反应系统压强变化很小时，只用物料衡算式计算即可；（2）为变温系统，则用物料衡算式和热量衡算式联立求解；（3）反应管很长，阻力损失较大，以致产生不可忽略的压强变化，则应将物料衡算式、热量衡算式和动量衡算式联立求解。 进行一个特定的化学反应, 采用数学模拟法完成反应器的放大设计后, 还需结合反应特点通过对反应器的性能进行比较而选择适宜的反应器型式和操作方式 。比较的依据为 : 第一, 生产能力 , 即单位时间单位体积反应器所能得到的产物量 , 也就是在得到同等产物量时所需反应器体积大小的比较 。第二, 反应的选择性 , 即主副反应产物的比例 。副产物的多少影响着原料的

8、消耗量、 分离流程的选择及分离设备的大小 , 因此应选择能提高主反应产物的操作方式。反应的选择性往往是复杂反应的主要矛盾 , 采用数学模拟法可使这一反复过程变得相对简单些 。 必须指出 , 采用数学模拟法并不是说可以完全脱离实验数据, 相反 , 它需要更为精确的实验数据验证模拟计算过程和结果正确性, 只是需要的实验量较小 , 可大大节省人力物力财力。五、管式反应器放大应注意的问题五、管式反应器放大应注意的问题1、为了保持反应器内物料的流动状况在放大后与放大前相同，无论是作层流还是作湍流流动，都应保持两系统物料流动的雷诺数相等； 注：雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，雷诺数越小意味着粘性力影响越显著，越大意味着惯性力影响越显著。2、在保持大小两反应系统几何相似的前提下，应使两反应系统内物料流动的停留时间分布函数相同；3.反应器内物料流动所产生的压强变化与总压相比，如能忽略不计，则放大后的平均停留时间可用 计算；0,/VRqVt 4.对于气相反应，当反应