反应过程与设备 教学课件 作者 雷振友 主编管式反应器.ppt

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1、项目二管式反应器的设计和操作项目二管式反应器的设计和操作二、管式反应器结构由单管（直管或盘管）连续或多根平行排列的管子组成。一般设有套管或壳管式换热装置。操作时，物料自一端连续加入，在管中连续反应，从另一端连续流出，便达到了要求的转化率。任务一认识管式反应器在化工生产中，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。一、管式反应器项目二管式反应器的设计和操作三、管式反应器工作原理项目二管式反应器的设计和操作项目二管式反应器的设计和操作四、类型：直管式、盘管式、多管式、U形管式等。水

2、平管式反应器项目二管式反应器的设计和操作1.直管式反应器(1)水平管式反应器(a)结构类似单程套管换热器；(b)结构由无缝管与U型管连接而成，类似多程套管换热器。此类反应器是进行气相或液相均相反应常用的一种管式反应器，这种结构易于加工制造和检修。(a)(b)（a）单程式（b）夹套式立管式反应器项目二管式反应器的设计和操作（2）立管式反应器（a）为单程式立管式反应器；（b）为夹套式立管式反应器，其特点是将一束立管安装在一个加热套筒内，以节省地面。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、盘管式反应器项目二管式反应器的设计和操作2.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φ400mm的空间，便于安装和检修。项目二管式反应器的设计和操作3.多管反应器多管反应器1-反应物料；2-产物；3-换热介质多管式反应器的传热面积较大，可适用于热效应较大的均相反应过程。多管式反应器的反应管内还可充填固体颗粒，以提高液体湍动或促进非均相流体的良好

4、接触，并可用来贮存热量使反应器温度能够更好的控制，亦可适用于气-固、液-固非均相催化反应过程项目二管式反应器的设计和操作4.U形管式反应器U形管式反应器上图是一种内部设有搅拌和电阻加热装置的U形管式反应器。U形管式反应器的管内设有挡板或搅拌装置，以强化传热与传质过程。U形管的直径大，物料停留时间增长，可以应用于反应速率较慢的反应。五、管式反应器的传热方式：1.套管传热2.套筒传热3.短路电流加热4.烟道气加热项目二管式反应器的设计和操作项目二管式反应器的设计和操作六、管式反应器特点：1．由于反应物的分子在反应器内

5、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反应速度快、流速快，所以它的生产效率高。4．管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产，便于自动化控制。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。项目二管式反应器的设计和操作七、适用场合：具有容积小，比表面大，返混少，反应混合物连续性变化，易于控制等优点。但对于慢速反应，需

6、要管子长，压降较大。主要用于气相或液相连续反应过程。由于管式反应器能承受较高的压力，故用于加压反应尤为合适。任务二管式反应器设计项目二管式反应器的设计和操作操作过程：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。反应器内的浓度变化：项目二管式反应器的设计和操作一、平推流反应器相关知识①稳定流动，各点温度、浓度、反应速率不随时间而变②沿流动方向，

7、温度、浓度、反应速率随位置逐渐改变，而在径向上一致。③稳定状态下，单元时间、微元体积内，反应物积累量为零。④各物料质点在反应器内的停留时间相同，返混程度为零。二、理想置换反应器的特点项目二管式反应器的设计和操作三、理想置换反应器的基础方程取微元时间、微元体积dV，对关键组分A组分进行物料衡算：平推流反应器物料衡算示意图项目二管式反应器的设计和操作进入量－排出量+反应量＝积累量因为所以带入上式得：故上式为理想管式流动反应器的基础计算方程式。将其积分，可以用来求取反应器的有效体积和空间时间。——反应组分A进入反应器的

8、摩尔流量，kmol/h；——反应组分A进入微元体积的摩尔流量，kmol/h。式中：对整个反应器而言，积分因为所以得项目二管式反应器的设计和操作式中——物料进口处的体积流量，m3/h；——连续管式反应器中的空间时间，等容过程为物料在反应器中的停留时间，h。对于恒容过程：cA＝cA0(1－xA)dcA＝－dcA0dxA若积分下限不为零，则平推流反应器的设计方程为：则项目二管式