管式反應(yīng)器放大注意事項(xiàng)

1、管式反應(yīng)器的放大注意事項(xiàng) Lorem ipsum 管式反應(yīng)器的概念1管式反應(yīng)器的分類2管式反應(yīng)器傳熱方式3管式反應(yīng)器的特點(diǎn)4管式反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型5管式反應(yīng)器放大應(yīng)注意的問題6一、管式反應(yīng)器的概念 管式反應(yīng)器一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。 這種反應(yīng)器可以很長，如丙烯二聚的反應(yīng)器管長以公里計(jì)。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以是單管，也可以是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng)，如列管式固定床反應(yīng)器。通常，反應(yīng)物流處于湍流狀態(tài)時(shí)，空管的長徑比大于50；填充段長與粒徑之比大于100(氣體)或200（液體），物料的流動(dòng)可近似地視為平推流。二、管式反應(yīng)器

2、的分類二、管式反應(yīng)器的分類2.1水平管式反應(yīng)器 如右圖所示為一種進(jìn)行氣相 或均液相反應(yīng)常用的水平管式反應(yīng)器，它由無縫管與U形管連接而成。這種結(jié)構(gòu)易于加工制造和檢修。 2.2立管式反應(yīng)器主要用于液相氨化反應(yīng)，液相加氫反應(yīng)，液相氧化反應(yīng)等工藝中，它包括單程式立管反應(yīng)器，和帶中心插入管的立式反應(yīng)器，有時(shí)也將一束立管安裝在一個(gè)加熱套筒內(nèi)以節(jié)省地面。2.32.3多管并聯(lián)管式反應(yīng)器多管并聯(lián)管式反應(yīng)器2.4盤管式反應(yīng)器將管式反應(yīng)器做成盤管的形式，設(shè)備緊湊，節(jié)省空間，但檢修和清刷管道比較麻煩。2.52.5U U形管式反應(yīng)器形管式反應(yīng)器 U形管式反應(yīng)器的管內(nèi)設(shè)有多孔擋板或攪拌裝置，以強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)過程。U形管的

3、直徑大，物料停留時(shí)間長，可應(yīng)用于反應(yīng)速率較慢的反應(yīng)。三、管式反應(yīng)器傳熱方式三、管式反應(yīng)器傳熱方式3.1套管傳熱： 套管一般由鋼板焊接而成，它是套在反應(yīng)器筒體外面能夠形成密封空間的容器，套管內(nèi)通入載熱體進(jìn)行傳熱。3.2套筒傳熱： 把一系列管束構(gòu)成的管式反應(yīng)器放置于套筒內(nèi)進(jìn)行傳熱。3.3短路電流加熱： 將低壓的交流電直接通到管壁上，利用短路電流產(chǎn)生的熱量進(jìn)行高溫加熱。3.4煙道氣加熱： 當(dāng)反應(yīng)的溫度要求較高時(shí)，一般利用煤氣，天然氣，石油加工廢氣或燃料油等燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庾鳛闊嵩赐ㄟ^輻射傳熱直接加熱管式反應(yīng)器，可達(dá)到生產(chǎn)過程需要的數(shù)百度高溫。 四、管式反應(yīng)器的特點(diǎn)四、管式反應(yīng)器的特點(diǎn) （1）由

4、于反應(yīng)物的分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間而變化，只隨管長變化。 （2）管式反應(yīng)器具有容積小、比表面大、單位容積的傳熱面積大，特別適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。 （3）由于反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快，所以它的生產(chǎn)能力高。 （4）管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)。 （5）和釜式反應(yīng)器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近與理想流體。 （6）管式反應(yīng)器既適用于液相反應(yīng)，又適用于氣相反應(yīng)。用于加壓反應(yīng)尤為合適。此外，管式反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制。其主要缺點(diǎn)是，反反應(yīng)速率很低時(shí)所需管道過長，工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)應(yīng)速率很

5、低時(shí)所需管道過長，工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)。 四、管式反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型四、管式反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型 管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是:選擇合適的反應(yīng)器型式 ; 確定最佳的工藝條件;計(jì)算需要的反應(yīng)器體積 。設(shè)計(jì)計(jì)算中所應(yīng)用的基本方程式是物料衡算式 、熱量衡算式。反應(yīng)過程如有較大的壓力降并影響反應(yīng)速度時(shí) , 還要加上動(dòng)量衡算式 。管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算也就是上述方程組的求解 。1、物料衡算式RAAnAnAndVrdqqq)(,上式進(jìn)行積分得由 得RAAnAnAndVrdqqq)(,)1 (0,AAnAnxqq)(0,AnRAAqVddxr AAxxAAAnRrdxqV0,0,0,0,0,AVAncqqAAxxAAAVR

6、rdxcqV0,0,0, 2、熱量衡算式 對(duì)于絕熱非等溫系統(tǒng)，應(yīng)考慮溫度改變對(duì)反應(yīng)速率所產(chǎn)生的影響。通過熱量衡算可以求出如下反應(yīng)物料的轉(zhuǎn)化率變化與溫度變化的關(guān)系：)()(0,0,0AAmprAxxCHyTTadmprATCHy)()(,0,)()(0,0AAadxxTTT3、動(dòng)量衡算式 如果物料在管內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生較大的壓力降時(shí)，則應(yīng)考慮壓強(qiáng)的變化對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的影響。 對(duì)于空管，如果位差的影響可以忽略，則用范寧公式計(jì)算： 在空管內(nèi)物料呈層流運(yùn)動(dòng)時(shí)： 在空管內(nèi)物料呈湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)： 式中，f是摩擦因子，Re是雷諾數(shù)Re16f2 . 0Re046. 0fdZduudufdZdp22 綜上所述，管式反應(yīng)器

7、的計(jì)算，如：（1）為恒溫系統(tǒng)而反應(yīng)系統(tǒng)壓強(qiáng)變化很小時(shí)，只用物料衡算式計(jì)算即可；（2）為變溫系統(tǒng)，則用物料衡算式和熱量衡算式聯(lián)立求解；（3）反應(yīng)管很長，阻力損失較大，以致產(chǎn)生不可忽略的壓強(qiáng)變化，則應(yīng)將物料衡算式、熱量衡算式和動(dòng)量衡算式聯(lián)立求解。 進(jìn)行一個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng), 采用數(shù)學(xué)模擬法完成反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)后, 還需結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)通過對(duì)反應(yīng)器的性能進(jìn)行比較而選擇適宜的反應(yīng)器型式和操作方式 。比較的依據(jù)為 : 第一, 生產(chǎn)能力 , 即單位時(shí)間單位體積反應(yīng)器所能得到的產(chǎn)物量 , 也就是在得到同等產(chǎn)物量時(shí)所需反應(yīng)器體積大小的比較 。第二, 反應(yīng)的選擇性 , 即主副反應(yīng)產(chǎn)物的比例 。副產(chǎn)物的多少影響著原料的

8、消耗量、 分離流程的選擇及分離設(shè)備的大小 , 因此應(yīng)選擇能提高主反應(yīng)產(chǎn)物的操作方式。反應(yīng)的選擇性往往是復(fù)雜反應(yīng)的主要矛盾 , 采用數(shù)學(xué)模擬法可使這一反復(fù)過程變得相對(duì)簡單些 。 必須指出 , 采用數(shù)學(xué)模擬法并不是說可以完全脫離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 相反 , 它需要更為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬計(jì)算過程和結(jié)果正確性, 只是需要的實(shí)驗(yàn)量較小 , 可大大節(jié)省人力物力財(cái)力。五、管式反應(yīng)器放大應(yīng)注意的問題五、管式反應(yīng)器放大應(yīng)注意的問題1、為了保持反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)狀況在放大后與放大前相同，無論是作層流還是作湍流流動(dòng)，都應(yīng)保持兩系統(tǒng)物料流動(dòng)的雷諾數(shù)相等； 注：雷諾數(shù)是一種可用來表征流體流動(dòng)情況的無量綱數(shù)，雷諾數(shù)越小意味著粘性力影響越顯著，越大意味著慣性力影響越顯著。2、在保持大小兩反應(yīng)系統(tǒng)幾何相似的前提下，應(yīng)使兩反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)物料流動(dòng)的停留時(shí)間分布函數(shù)相同；3.反應(yīng)器內(nèi)物料流動(dòng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化與總壓相比，如能忽略不計(jì)，則放大后的平均停留時(shí)間可用 計(jì)算；0,/VRqVt 4.對(duì)于氣相反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)