管式反应器放大注意事项21页PPT
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第六章_管式反应器1
所以rA= kCA0n(1-xA)n，代入反应体积的积分式得
FV 0 (1 - (1 - x A ) ) dx A VR FV 0C A0 ∫ n 1 n -1 0 rA k (n - 1)C A0 (1 - x A )
xA
n -1
当n=1时，积分结果为
dx A FV 0 1 VR FV 0C A0 ∫ ln 0 rA k 1 xA
du 4 F V0 由 Re = 其中 u = 2 d 4 FV 0 4VR 所以 d = ;L = 2 Re d
(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算 管长L，再检验Re是否>104
L = u ;d =
1 4VR 2 ( )
L
(3)根据标准管材规格确定管径d，再计算管长L， 再检验Re是否>104
输出量： FA dFA FA0 (1 - ( xA dxA )) 反应量：
FA
rA dVR
于是
FA0 (1 - xA ) FA0 (1 - ( xA dxA )) rAdVR
化简之
FA0 dxA rAdVR
FA0 FV 0CA0
又
其中FV0、CA0为已知的常量，rA为反应速率，等 温时可表达为转化率xA的函数，分离变量后积分
n = nA0(1-xA)+nB0-bnA0xA/a+snA0xA/a+rnA0xA/a
= nA0+nB0+nA0xA((s+r-b)/a-1)
( s r ) - ( a b) n0 n A0 x A a ( s r ) ( a b ) 定义 为A的摩尔膨胀系数， A a
4 FV 0 4VR L = 2 或L = u = 2 d d
FV 0 (1 - (1 - x A ) ) dx A VR FV 0C A0 ∫ n 1 n -1 0 rA k (n - 1)C A0 (1 - x A )
xA
n -1
当n=1时，积分结果为
dx A FV 0 1 VR FV 0C A0 ∫ ln 0 rA k 1 xA
du 4 F V0 由 Re = 其中 u = 2 d 4 FV 0 4VR 所以 d = ;L = 2 Re d
(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算 管长L，再检验Re是否>104
L = u ;d =
1 4VR 2 ( )
L
(3)根据标准管材规格确定管径d，再计算管长L， 再检验Re是否>104
输出量： FA dFA FA0 (1 - ( xA dxA )) 反应量：
FA
rA dVR
于是
FA0 (1 - xA ) FA0 (1 - ( xA dxA )) rAdVR
化简之
FA0 dxA rAdVR
FA0 FV 0CA0
又
其中FV0、CA0为已知的常量，rA为反应速率，等 温时可表达为转化率xA的函数，分离变量后积分
n = nA0(1-xA)+nB0-bnA0xA/a+snA0xA/a+rnA0xA/a
= nA0+nB0+nA0xA((s+r-b)/a-1)
( s r ) - ( a b) n0 n A0 x A a ( s r ) ( a b ) 定义 为A的摩尔膨胀系数， A a
4 FV 0 4VR L = 2 或L = u = 2 d d
管式反应器的放大注意事项
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 数高温。四、管式反应器的特点
（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。
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。
dxA rA VR d( A,0 qV ,0cA,0 得
x A dx VR A c A, 0 x A, 0 r qV , 0 A
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 数高温。四、管式反应器的特点
（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。
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。
dxA rA VR d( A,0 qV ,0cA,0 得
x A dx VR A c A, 0 x A, 0 r qV , 0 A
管式反应器的结构及其应运演示幻灯片
图3.9 带接管的T形透镜环
2020/4/13
14
管式反应器的结构
四，管件 反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行。所以对
法兰、螺柱和螺母都有一定要求。
五，机架 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在
基础桩的柱头上，安装管子支架部位装有托架。管子用抱 箍与托架固定。
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15
管式法生产高压聚乙烯
管式反应器长径此为10000-100000。乙烯在管中流速为8-30m/s， 停留时间为0.5至数分钟。以空气、氧气或有机过氧化物为引发剂 (催化剂)。聚合反应产生的热量可使最高温度达到330'C,经反应器 冷却段冷后再添加引发剂聚合。在反复放热一冷却后，抽出反应产 物在高压分离器中分离出聚合物和未反应的乙烯。聚合物经后处理 即成产品。目前，乙烯单程转化率已从初期的8-15%提高到24-30%。 当采用25.4mm反应管径时，生产能力可以达到10-20kt/a。
管式反应器的结构及其应运
2
1
管式反应器
管式反应器是一种呈管状、长径比很 大可连续操作的由多根细管串联或并 联而构成的一种反应器。是一种适用 于气体和液体、液体和液体的反应的 设备，还可用于腐蚀性物料的稀释。2020/4/13源自2管式反应器的特点
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。
2020/4/13
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管式法生产高压聚乙烯
至今为止，各种管式法工艺的基本流程大体上与上述 工艺相同。然而，由于采用了不同的聚合反应器的进料点， 分子量调节剂、引发剂及其不同的注入部泣，以及由于助 剂注入方法、产品的处理、返回乙烯的量和送出部位的不 同，也就形成了各种不同特点的工艺。
管式反应器介绍
(4)烟道气加热，利用气体或液体燃料燃烧产生.5表示一种采用烟道气加热的圆筒 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。 图3.5 圆筒式管子炉
图3.9
带接管的T形透镜环
管式反应器的结构
四，管件 反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行。所以对法兰、 螺柱和螺母都有一定要求。 五，机架 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在基础桩 的柱头上，安装管子支架部位装有托架。管子用抱箍与托架固定。
管式反应器的结构
下面以套管式反应器为例介绍管式反应器具体结构。 套管式反应器由长径比很大（L/D=20～25）的细长管和密封环通过连接件的紧固串联安放在机架 上面组成（见图3.6）。
图 图3.6 套管式反应器结构 3 1-直管；2-弯管；3-法兰；4-带接管的T形透镜环；5-螺母；6-弹性螺柱； . 7-圆柱形透镜环；8-联络管；9-支架（抱箍）；10-支架；11-补偿器；12-机架 6
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器的结构
管式反应器举例
图3.2
（b）中心插入管式
（c）夹套式 立管式反应器 图 3
(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Φ 400mm的空间，便于安装和检修。
第四章管式反应器
流体相中的反应物需向面体催化剂表面上传递，生成的反应产 物又需作反方向传递。 与化学反应进行的同时必然产生一定的热效应，于是固体催化 剂与流体间还存在着热量传递。 那么，固体催化剂上反应组分的浓度与流体相将是不同的；固 体催化剂的温度也与流体的温度不同。 如果两者间的传质和传热的速率很大，则两者的浓度及温度的 差异将很小。虽为多相催化反应，若忽略这些差异，则在动力 学表征上与均相反应并无两样。所以，根据这种简化假定而建 立的模型称为拟均相模型。 拟均相模型：忽略相间传递对反应的影响的模型。
已不足以描述整个反应过程，需分别对各关键组分作 物料衡算，以获得管式反应器的设计方程组。 如果在反应器中存在K个独立反应，就需要确定K个 组分来描述反应系统的状态，因此就需要可建立 K个 物料衡算方程。 dFi
Vr 0, Fi Fi 0 , i 1,2,K 同单一反应一样，只要将i组分的摩尔流量与转化速 率变化为转化率的函数，就可积分求出反应器体积。 实际反应过程中更关心反应的收率与选择性。
即所有流体粒子均以相同速度从进口向出口运动，就像一个活
塞一样有序地向前移动，故称之为活塞流。
3
活塞流假设（ Plug (Piston) Flow Reactor 简称PFR ）
返混(Back mixing) ：在反应器中停留时间不同的流体粒子之间的
混合。返混又称逆向混合。 所谓逆向混合指的是时间概念上的逆向，既然活塞流假设径向流速 分布均匀，那么在同一横截面上所有流体粒子的停留时间必然相同， 自然不存在逆向混合。 活塞流模型还假设在流体流动的方向上即轴向上不存在流体的返混， 就整个反应器而言，如符合活塞流假设，则同一时刻进入反应器的 流体粒子必定在另一时刻里同时离开，即所有流体粒子在反应器内 的停留时间相同。（间歇反应器也是如此，因此间歇反应器中也不 存在返混） 活塞流反应器虽然不存在返混，但由于流体的主体流动和发生化学 反应的结果，各个横截面上反应物料的浓度和温度则可以是各不相 同的 。
4-管式反应器PPT文档65页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
4-管式反应器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
END
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
4-管式反应器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
END
理想管式反应器 ppt课件
其中FA0 CA0v 0
v0 V k
x Af
0
dxA (1 xA )
v0 V k
x Af
0
(1 xA )dxA (1 xA )
代入数据求解
代入数据求解
请思考，忽略反应体积变化，所求得的反应器体积会偏大还是偏小？？
ppt课件 13
本章要点
1、理解连续、理想、管式反应器（PFR）
空时：处理在进口条件下一个反应器体积的物料所需要的时间 空速：单位时间可以处理标准状态下多少个反应器体积的物料
降低空时OR提高空速，提高反应器的生产能力
ppt课件 5
停留时间
停留时间：反应物料从进入反应器开始，到离开反应器为 止，所经历的时间，也可以将其称为寿命。 PFR中所有物料具有相同的停留时间
第四章 理想流动管式反应器
Pipe Flow Reactor (PFR)
管式反应器、理想、连续 由物料衡算得到PFR的设计式及应用
空时、空速、平均停留时间的概念 变容反应的处理方法
ppt课件
1
第一节 PFR的特征
层流
紊流
活塞流
ppt课件 2
1. 通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一流速流动， 在流动方向（轴向）上无混合； 2. 所有物料质点在反应器中的停留时间都相同； 3. 同一截面（径向）上的物料浓度相同、温度相同； 4. 物料的温度、浓度沿管长连续变化；
反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式
n=0 n=1 n=2 n级 n≠1
rA k
kt CA0 CA kt CA0 xA kt x A CA CA0 kt C
C A0 kt ln CA
kt ln
v0 V k
x Af
0
dxA (1 xA )
v0 V k
x Af
0
(1 xA )dxA (1 xA )
代入数据求解
代入数据求解
请思考，忽略反应体积变化，所求得的反应器体积会偏大还是偏小？？
ppt课件 13
本章要点
1、理解连续、理想、管式反应器（PFR）
空时：处理在进口条件下一个反应器体积的物料所需要的时间 空速：单位时间可以处理标准状态下多少个反应器体积的物料
降低空时OR提高空速，提高反应器的生产能力
ppt课件 5
停留时间
停留时间：反应物料从进入反应器开始，到离开反应器为 止，所经历的时间，也可以将其称为寿命。 PFR中所有物料具有相同的停留时间
第四章 理想流动管式反应器
Pipe Flow Reactor (PFR)
管式反应器、理想、连续 由物料衡算得到PFR的设计式及应用
空时、空速、平均停留时间的概念 变容反应的处理方法
ppt课件
1
第一节 PFR的特征
层流
紊流
活塞流
ppt课件 2
1. 通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一流速流动， 在流动方向（轴向）上无混合； 2. 所有物料质点在反应器中的停留时间都相同； 3. 同一截面（径向）上的物料浓度相同、温度相同； 4. 物料的温度、浓度沿管长连续变化；
反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式
n=0 n=1 n=2 n级 n≠1
rA k
kt CA0 CA kt CA0 xA kt x A CA CA0 kt C
C A0 kt ln CA
kt ln
管式反应器介绍
图3.12 USC炉反应管
一，管式裂解炉
USC炉的主要技术特性为:①采用多组小口径管并双面辐射加 热，炉管比表面较大。加热均匀且热强度高，从而实现了0.3s以 下的短停留时间。②采用变径管以降低过程的烃分压。短的停留 时间和低的烃分压使裂解反应具有良好的选择性。 USC炉单台炉子乙烯年生产能力可达 40kt。中国大庆石油化 工总厂以及世界上很多石油化工厂都采用它来生产乙烯及其相关 产品。
一，管式裂解炉
超短停留时间裂解炉 简称USRT炉，或称毫秒裂解炉。是美国凯洛格公司和日本出光石油化学 公司在70年代末共同开发成功的新型管式裂解炉。炉子由十 多根直径约为 2.54cm,长约10m的单根直管并联组成。反应管吊在辐射室中央，由底部烧嘴进 行双面辐射加热。物料由下部进入上部离开并迅速进入专用的 USX型急冷锅炉, 每两根反应管合用一个USX，多个USX合接一个二次急冷锅炉。裂解过程停留时 间可低于100ms,从而显著提高了反应的选择性。同传 统的管式裂解炉相比， 乙烯相对收率约可提高10％。 USRT炉单台炉的乙烯年产量为50～60kt。此种炉首次应用于日本出光石油 化学公司所属千叶化工厂的年产300kt乙烯的生产装置上。中国兰州石油化学 公司也将采用这种裂解炉生产乙烯。 除了上述几种主要炉型外，工业上曾得到应用的还有日本三菱倒梯台炉 （采用椭圆形裂解反应管）、法国石油研究院(IFP)的梯台炉、美国福斯特-惠 勒梯台炉、多区炉等，但这些炉子现已很少为生产厂采用。
(4)烟道气加热，利用气体或液体燃料燃烧产生.5表示一种采用烟道气加热的圆筒 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。 图3.5 圆筒式管子炉
管式扩散培训资料
磷扩散扩散的目的：形成PN结PN结的制造：制造一个PN结并不是把两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。
必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。
也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。
扩散装置示意图：扩散炉总体结构：控制部分、推舟净化部分、电阻加热炉部分、气源部分。
影响扩散的因素：管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散时间太阳电池磷扩散方法“１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散３．丝网印刷磷浆料后链式扩散本公司目前采用的是第一种方法。
POCl3简介：POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源无色透明液体，具有刺激性气味。
如果纯度不高则呈红黄色。
比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。
POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。
POCl3磷扩散原理：由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。
但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下： ↑+−−−−→−+2522510Cl O 2P 2O过量5O 4PCl 生成的P 2O 5又进一步与硅作用，生成SiO 2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl 3充分的分解和避免PCl 5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 。
在有氧气的存在时，POCl 3热分解的反应式为： ↑+→+252236Cl O 2P O POClPOCl 3分解产生的P 2O 5淀积在硅片表面，P 2O 5与硅反应生成SiO 2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散 。
POCl 3磷扩散原理：POCl 3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN 结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。
管式反应器
du 4 F V0 由 Re = 其中 u = 2 d 4 FV 0 4VR 所以 d = ;L = 2 Re d
(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算 管长L，再检验Re是否>104
L = u ;d =
1 4VR 2 ( )
L
(3)根据标准管材规格确定管径d，再计算管长L， 再检验Re是否>104
设τ=τ时，A转化率为xA，对应的反应混合物的体 积流量为FV，于是
FV = FV 0 + FV 0 y A0 A x A = FV 0 (1 + y A0 A x A )
此时A组份的浓度为CA，所以
n A0 (1 x A ) C A0 (1 x A ) nA CA FV FV 0 (1 y A0 A x A ) 1 y A0 A x A PA0 (1 x A ) PA 所以 1 y A0 A x A PA0 - PA C A0 - C A 或x A xA PA0 (1 y A0 A ) C A0 (1 y A0 A )
第六章
管式反应器6.1物料在反应来自中的流动 6.2等温管式反应器的计算
6.3 变温管式反应器 6.4管式反应器与连续釜式反应器的比较 6.5循环反应器
6.6管式反应器的最佳温度序列
6.1 .1 管式反应器的特点、型式和应用
管式反应器既可用于均相反应又可用于多相反 应。具有结构简单、加工方便、传热面积大、 传热系数高、耐高压、生产能力大、易实现自 动控制等特点
n = nA0(1-xA)+nB0-bnA0xA/a+snA0xA/a+rnA0xA/a
= nA0+nB0+nA0xA((s+r-b)/a-1)
管式反应器-化工
80%
不锈钢
具有优良的耐腐蚀性能和机械性 能，广泛应用于化工、制药等领 域。
100%
钛合金
具有优异的耐腐蚀性能和高温性 能，常用于强腐蚀性介质和高温 反应。
80%
镍基合金
具有较好的耐高温和耐腐蚀性能 ，常用于高温、高压和强腐蚀性 场合。
03
管式反应器的操作与控制
操作流程
准备阶段
检查反应器及其附件的完好性，确保无泄漏、无异常声 响；准备好所需的原料和催化剂，确保其质量和数量满 足要求。
结构
管式反应器通常由一组长短不一的管子组成，管内安装催化剂或 其它反应介质，反应物料在管内流动，通过加热或冷却维持反应 所需的温度条件。
特性
01
02
03
04
高效率
管式反应器具有较高的反应效 率，能够实现连续性操作，有 利于大规模生产。
温度控制
管式反应器通过加热或冷却系 统，能够精确控制反应温度， 确保反应的稳定性和安全性。
投料阶段
按照工艺要求将原料和催化剂加入反应器，并确保投料 过程中无杂物进入。
升温阶段
启动加热系统，缓慢升温至反应温度，并保持恒温状态 。
反应阶段
在恒温条件下进行化学反应，观察反应情况，记录相关 数据。
冷却阶段
反应结束后，关闭加热系统，开启冷却水系统，将反应 器内温度降至安全范围。
结束阶段
将产物取出，清理反应器内残留物，关闭相关阀门和电 源，完成整个操作过程。
安全措施
操作人员培训
确保操作人员经过专业培训，熟悉管 式反应器的操作规程和安全注意事项。
安全防护设备
配备必要的安全防护设备，如防护眼 镜、化学防护服、防爆设备等，确保 操作人员的人身安全。
第三章 管式反应器
图31层流反应器的速度分布示意图计算层流反应器的思路是把层流反应器看作由数个环状反应器构成每环中流体的流速相同为活塞流但各环中流体的流速与其它环中流速不同把活塞流反应器的处理原则用于这些环状反应器在每个环状反应器中实现的转化率等于反应时间相同的理想间歇釜式反应器的转化率把所有各环中实现的转化率加和起来求积分即为总转化率即出口平均转化317312活塞流反应器设计计算1
（3-9） ）
上式（ ）、（ ）、（3-8）、（ ）、（3-7）、（ ）、（3-9） 上式（3-6）、（ ）、（ ）、（ ）均为所表达的平推流反应器的性 能方程，它关联了反应速度、转化率、反应体积和进料量四个参数， 能方程，它关联了反应速度、转化率、反应体积和进料量四个参数，从其 中的三个已知量可求得另一个未知量。 中的三个已知量可求得另一个未知量。 讨论： 讨论： （1）比较（2-5）式与连续操作的定义式，二者完全相同。可见 ）比较（ ）式与连续操作的定义式，二者完全相同。可见PFR测 测 的变化，可以表征化学反应动力学。或者说， 得FA对VR的变化，可以表征化学反应动力学。或者说，活塞流反应器中 CA（或xA）对VR（或反应器轴向位置）的变化，符合动力学规律。 或反应器轴向位置）的变化，符合动力学规律。 （2）注意空时表达式与理想间歇反应器设计式 ）
式中 k
k
为正逆反应的反应速率常数，αi，βi
则为正逆
反应对反应组分i的反应级数。 反应对反应组分 的反应级数。 的反应级数
2．轴向扩散模型 ． 该模型的基本假定为: 该模型的基本假定为 流体以恒定的流速u通过系统 通过系统； ① 流体以恒定的流速 通过系统； 在垂直于流体运动方向的横截面上径向浓度分布均一， ② 在垂直于流体运动方向的横截面上径向浓度分布均一，即径向混合达 到最大； 到最大； 由于湍流混合，分子扩散以及流速分布等传递机理而产生扩散， ③ 由于湍流混合，分子扩散以及流速分布等传递机理而产生扩散，仅 发 生在流动方向（即轴向），并以轴向扩散系数Da表示这些因素的综合作用。 生在流动方向（即轴向），并以轴向扩散系数 表示这些因素的综合作用。 ），并以轴向扩散系数 表示这些因素的综合作用 （1）物料衡算式 ）
（3-9） ）
上式（ ）、（ ）、（3-8）、（ ）、（3-7）、（ ）、（3-9） 上式（3-6）、（ ）、（ ）、（ ）均为所表达的平推流反应器的性 能方程，它关联了反应速度、转化率、反应体积和进料量四个参数， 能方程，它关联了反应速度、转化率、反应体积和进料量四个参数，从其 中的三个已知量可求得另一个未知量。 中的三个已知量可求得另一个未知量。 讨论： 讨论： （1）比较（2-5）式与连续操作的定义式，二者完全相同。可见 ）比较（ ）式与连续操作的定义式，二者完全相同。可见PFR测 测 的变化，可以表征化学反应动力学。或者说， 得FA对VR的变化，可以表征化学反应动力学。或者说，活塞流反应器中 CA（或xA）对VR（或反应器轴向位置）的变化，符合动力学规律。 或反应器轴向位置）的变化，符合动力学规律。 （2）注意空时表达式与理想间歇反应器设计式 ）
式中 k
k
为正逆反应的反应速率常数，αi，βi
则为正逆
反应对反应组分i的反应级数。 反应对反应组分 的反应级数。 的反应级数
2．轴向扩散模型 ． 该模型的基本假定为: 该模型的基本假定为 流体以恒定的流速u通过系统 通过系统； ① 流体以恒定的流速 通过系统； 在垂直于流体运动方向的横截面上径向浓度分布均一， ② 在垂直于流体运动方向的横截面上径向浓度分布均一，即径向混合达 到最大； 到最大； 由于湍流混合，分子扩散以及流速分布等传递机理而产生扩散， ③ 由于湍流混合，分子扩散以及流速分布等传递机理而产生扩散，仅 发 生在流动方向（即轴向），并以轴向扩散系数Da表示这些因素的综合作用。 生在流动方向（即轴向），并以轴向扩散系数 表示这些因素的综合作用。 ），并以轴向扩散系数 表示这些因素的综合作用 （1）物料衡算式 ）
管式反应器
17、支撑点固定螺栓与机架上长孔位置不正 18、套管进出口因管径变化引起汽蚀，穿孔套管定 心柱处冲刷磨损穿孔 19、套管进出接管结构不合理 20、套管材料较差 21、接口处焊接存在缺陷 22、联络管法兰紧固不均匀
管式反应器的故障处理方法
1、按规范要求重新安装 2、把紧紧固螺栓 3、检查、修正相对活动部位 4、更换密封环 5、更换阀杆 6、阀座密封面研磨 7、解体检查重装，并做动作试验 8、更换阀门
9、油压系统故障造成油压降低 10、填料压盖螺母松动 11、膜片存在缺陷 12、爆破片疲劳破坏 13、油压放出阀联系失灵，造成压力过高 14、运行中超温超压发生分解反应 15、安装不当，使弹簧压缩量大，调整垫板厚度不当 16、机架支托滑动面相对运动受阻
管式反应器
管式反应器是由多根细管串联或并联而构 成的一种反应器。是一种适用于气体和液 体、液体和液体的反应的设备，还可用于 腐蚀性物料的稀释。
目录
管式反应器的特点 管式反应器的优点 管式反应器的应用 管式反应器的故障分析 管式反应器的故障处理方法
管式反应器的特点
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，所以它的生产率高。 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于理想置 换流。
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然后将 Fi 和 r 变j 为反应变量的函数，即可求解方程组。
解时一般用数值法。简单情况可解析求解。
4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较
前提条件：进行相同的反应； 采用相同的进料流量与进Biblioteka 浓度； 反应温度与最终转化率相同。
分三种情况 1.正常动力学 2.反常动力学 3.反应速率有极大值的情况
若绝热操作，则
4U dt
(T
TC)
0
得
dTwA0M (AcHprt )TrdXA
TT0wA0M (AcH prt)TrXA
TT X G pd d tc 0 T Z G A 0 ( M w A H A r)Trd d A wX Z 4 AU 0d M t(T AC c HpT ) tr Tr
换热介质的选定：根据所控制的温度范围确定， 原则应保持温差不宜过大，以免传热速率太快，操 作不稳定。
例如： 高温--烟道气、熔盐、高压蒸气等；低温--水、
空气等。也可以适当安排利用产物的余热来加热原 料。
要点与概述
重点掌握： 等温管式反应器设计方程的推导与应用。 管式和釜式反应器的对比。 循环反应器的计算与分析。 变温管式反应器的分析与计算，包括：热量衡算 方程的建立、绝热温升和非绝热变温管式反应器 的计算等。 深入理解： 活塞流和全混流模型的基本假设与含义，返混的 基本概念。
dV r
j1
该方程组初值为：
解此式可得：T2。
V r0,F iF i0
,i1 ,2,...,k
反应速率有极大值的情况
解该方程组时，需首先选定反应变量，可以选关键组分的 符合上述假设的反应器，同一时刻进入反应器的流体粒子必同一时刻离开反应器，所有粒子在反应器内停留时间相同。
《化工反应原理与设备》课件—03管式反应器
结论：（ 图3-8）
单 1、n>0：xA相同,则VPFR<VCSTR
个
vR相同时则XＡ（PFR）＞XＡ（CSTR）
反 2、当xA低时VPFR/VCSTR→1
应
当xA高时VPFR/VCSTR ↓ 随xA↑,返混的影响↑
器
即过程要求的转化率越高，返混的影响越大
3、 xA一定时：n ↑ VPFR/VCSTR→ ↓
dxA (rA )
dc c A f
A
cA0 (rA )
等 解析法:
容
一级反应:
c
11 ln
k 1 xAf
1 ln cA0 k cAf
VR V0 c
二级反应: c
xAf
1( 1
kcA0 (1 xAf ) k cAf
1) cA0
等温管式反应器的计算
图解法：动力学方程无法用函数表达
等 温 等
c
，
程
Ft MCpdT (rA)(Hr )A,T KdA(T TS ) 0
物衡:
(rA )dVR FA0dxA
FtMCpdT FA0dxA(Hr )A,T KdA(T TS ) 0
变温管式反应器的计算
绝热操作即与外界没有热交换。则：KdA(T TS ) 0
绝
Ft MCpdT FA0dxA(Hr )A,T
解：对于二级反应
c
VR V0
x Af kcA0 (1 xAf )
0.9 3.283105 4 (1 0.9)
6.85104 s 19.04h
物料的处理量：
V0
FA0 c A0
2400 / 24 /146 4
0.171m3 / h
反应器体积： VR V0 C 0.171 19.04 3.26m3