管式反应器和釜式反应器.ppt

管式反应器 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. 管式反应器的特点 管式反应器有以下几个特点。 （1）由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，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。 管式反应器的分类 管式反应器是应用较多的一种连续操作反应器，常用的管式反应器有以下几种类型： (1)水平管式反应器 图3.1给出的是进行气相或均液相反应常用的一种管式反应器， 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。 水平管式反应器 给出几种立管式反应器。（a）为单程式立管式反应器，（b）为带中心插入管的立管式反应器。有时也将一束立管安装在一个加热套筒内，以节省安装面积，（c）所示。 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。 （a）单程式 （b）中心插入管式 （c）夹套式 (2)立管式反应器 (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。图3.3所示的反应器由许多水平盘管上下重叠串联组成。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。 盘管式反应器 (4) U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形管的直径大，物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。例如带多孔挡板的U形管式反应器，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液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。图3.4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 （５）多管并联管式反应器 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的反应器中反应制氯乙烯，气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨。 多管并联管式反应器 管式反应器的加热或冷却可采用各种方式 (1)套管或夹套传热反应器，均可用套管或夹套传热结构。 (2)套筒传热反应器可置于套筒内进行换热。 (3)短路电流加热，将低电压、大电流的电源直接通到管壁上，使电能转变为热能。这种加热方法升温快、加热温度高、便于实现遥控和自控。短路电流加热以应用于邻硝基氯苯的氨化和乙酸热裂解制乙烯酮等管式反应器的反应上。 (4)烟道气加热，利用气体或液体燃料 燃烧产生的烟道气辐射直接加热管式反应器，可达数百度的高温，此法在石油化工中应用较多。图3.5表示一种采用烟道气加热的圆筒式管子炉。 图3.5 圆筒式管子炉 管式反应器可用于气相、均液相、非均液相、气液相、气固相、固相等反应。例如：乙酸裂解制乙烯酮、乙烯高压聚合、对苯二甲酸酯化、邻硝基氯苯氨化制邻硝基苯氨、氯乙醇氨化制乙醇胺、椰子油加氢制脂肪醇、石蜡氧化制脂肪酸、单体聚合以及某些固相缩合反应均已采用管式反应器进行工业化生产。 釜式反应器 釜式反应器的概念 一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。 釜式反应