管式反应器的结构及其应运
管式反应器结构、流程及仪表介绍
管式反应器结构、流程及仪表介绍全文共四篇示例，供您参考第一篇示例：管式反应器是一种常见的化工设备，用于在一定条件下进行化学反应。
它的结构、流程和仪表的设计及运用对于生产过程起着至关重要的作用。
下面我们将介绍一份关于管式反应器结构、流程及仪表方面的详细内容。
一、管式反应器的结构管式反应器通常由反应器主体、加热装置、搅拌装置和控制系统组成。
其中反应器主体是由管道、容器和支撑构件构成的，通常采用不锈钢或碳钢材料制造，以确保其具有良好的耐压性、耐腐蚀性和密封性能。
加热装置主要包括外部加热方式和内部加热方式，以确保反应物在适当的温度下进行化学反应。
搅拌装置则能够保证反应物在反应器内充分混合，使反应过程更加均匀。
控制系统则通过传感器、执行器和控制器来监控和调节反应器的各项参数，从而确保反应过程的安全、稳定和高效。
二、管式反应器的流程管式反应器的流程通常包括加料、反应、卸料和清洗等步骤。
需要将反应物通过管道加入反应器主体中，然后通过加热装置使反应物达到所需的温度。
在反应过程中，搅拌装置将反应物进行充分混合和反应，直至达到反应末态。
接着，对反应产物进行卸料处理和清洗反应器，清除残留物和污垢，为下一轮的生产做好准备。
三、管式反应器的仪表介绍管式反应器的仪表通常包括温度传感器、压力传感器、液位传感器、流量计和控制器等。
温度传感器用于实时监测反应器内部的温度变化，确保反应温度的稳定性。
压力传感器用于监测反应器内部的压力变化，保证反应过程的安全性。
液位传感器用于监测反应物的液位变化，确保反应器内反应物的稳定供应和控制。
流量计用于测量反应物的流量，控制反应物的进出流程。
控制器则根据传感器所得的数据来对反应器进行自动控制，以确保反应过程的精准性和稳定性。
总结：管式反应器作为一种重要的化工设备，在化学生产过程中扮演着不可替代的角色。
正确的结构设计、合理的操作流程以及精准的仪表控制，对于保证生产过程的安全、高效和稳定至关重要。
管式反应器.
流程说明
一、 来自界区的烯烃在液位控制下进入D201 烯烃原料罐，经烯烃回收单元回收的烯烃也 送入D201，混合后的烯烃经进料泵 P200A/B 送进反应器系统。
二、来自界区的催化剂在流量控制下，进入 第一个环管反应器 R201。来自界区的氢气在 流量控制下，分两路分别进入R201和R202。
三、两个环管反应器内浆液的温度是通过 其反应器夹套中闭路循环的脱盐水系统 来控制的。
管式反应器传热方式
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：聚丙烯的生产 环管聚丙烯通过催化剂的引发，在一 定温度和压力下烯烃单体聚合成聚烯烃， 聚合后的浆液经蒸汽加热后，高压闪蒸， 分离出的烯烃经烯烃回收系统回收循环 使用，聚合物粉末部分送入下一工段。
目 录
1. 2. 3. 4. 管式反应器简介 管式反应器的结构 管式反应器的传热方式 管式反应器的应用
管式反应器简介
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。管式反应器是化工生产中应用较多的一种 连续操作反应器，在20 世纪40 年代起开始开发 应用。主要特点：比表面积大，容积小，返混少， 且能承受较高的压力，反应操作易于控制，但反 应器的压降较大，动力消耗大。 应用举例：乙酸裂解制乙烯酮，乙烯高压 聚合，对苯二甲酸酯化，椰子油加氢制脂肪醇等。
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 修和清刷管道比较麻 烦。
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4. U形管式反应器
如图所示，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 时间长，可应用于反应 速率较慢的反应。
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备,主要有以下类型：①管式反应器。
由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。
②釜式反应器。
由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜(见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
③有固体颗粒床层的反应器。
气体或（和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程,包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
④塔式反应器。
用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。
一、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。
分类:1、水平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。
2、立管式反应器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.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。
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.性能特点: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。
精细化工过程与设备教案第三章管式反应器
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管径及排列方式，其工艺特性差异较大（见表）。 SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。中国的燕山石油化工
公司，扬子石油化工公司和齐鲁石油化工公司的 300kt 乙烯生产装置均采用此种裂 解炉。
超选择性裂解炉 简称 USC炉。每组四根管， 它是美国斯通－韦伯斯特公司在 70年代开发的一种炉 型，炉子的基本结构与 SRT炉大体相同， 但反应管由多组 W型变径管组成 （图 3.12 ）， 每组四根管，前两根材质为 HK-40，后两根为 HP-40，全部离心浇铸和内部机械加工 平整，管径由小到大，一般为 50～ 83mm，长为 10～ 20m。按照生产能力的要求，每台 炉可装 16、24或32个管组，裂解产物离开反应管后迅速进入一种专用急冷锅炉 (USX)， 每两组反应管配备一个急冷锅炉。 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。 林德－西拉斯裂解炉 简称 LSCC炉。 是林德公司和西拉斯公司在 70年代初合作研制而成的一种炉型。 炉子的基本结构与 SRT炉相似。可耐 1050℃高温。炉膛中央吊装构形特殊的反应管 （图 3.13 ），一般采用主要成分为含镍 20％、铬25％的 HK-40合金钢作为裂解反应管材料， 每组反应管是由 12根小口径管 （前 8根组成 4对平列管， 后 4根组成两对平列管） 以及 4根中口径管 （由 4根管组成两对平列管） 和一根大口径管组成， 管径为 6～15cm，管 总长 45～ 60m。裂解产物离开反应管后立即进入急冷锅炉骤冷。 急冷锅炉随裂解炉型 而有所不同。 LSCC 炉反应器的特点是原料入口处为小口径管双排双面辐射加热，物料能迅速 升温，缩短停留时间，后继的反应管则为单排双面辐射，管径采取逐管增大方式以 达到降低烃分压的目的。 物料在反应管中的停留时间为 0.2 ～ 0.4s 。短停留时间和低 烃分压使裂解反应具有较高的选择性，乙烯产率高。
列管式反应器的工作
列管式反应器的工作列管式反应器是一种常见的工业设备，通常用于化学反应、催化剂反应和热交换。
由一组密封列管组成，由外部或内部壳体封装，内部放置一定数量的换热器、反应器和催化剂反应器等多种反应器。
管式反应器具有尺寸小、功耗低、泄漏少和使用成本低等优点。
具有专业的技术水平和可靠的运行，是制造高质量的特殊化学品的理想设备。
1、列管式反应器的工作原理列管式反应器是一种多功能、节能的反应器，其工作原理是在壳体内安装一系列有序的列管，列管中加入反应物，采用外部热源加热或冷却。
管之间可以直接进行热交换，从而起到换热的作用。
两个相邻的列管之间的温差可以通过使用内部热交换技术来实现。
时，也可以在反应器内部添加辅助反应剂，在反应器中控制温度和压力，进行一系列的反应，从而产生特定的物质。
2、列管式反应器的结构和材料列管式反应器一般由外壳体、列管、反应器、支架、膜片等组成。
管可以采用不锈钢、铜、铝、钛合金、铝镁合金等材料制成，这些材料有良好的强度和耐腐蚀性，能够保证列管反应器的价值。
壳体可以由不锈钢、钢板、铝板等材料制成，反应器中加入换热器、反应器和催化剂反应器等多种反应器，能够帮助反应物完成反应。
3、列管式反应器的优点（1）尺寸小、制造成本低，可以满足工业生产的要求；（2）温度、压力、流量和流动性能等参数控制准确，可以有效地控制反应的质量和特性；（3）可以实现多种化学反应，满足不同工艺要求；（4）可以充分利用催化剂，实现高效且可控、可重复的反应；（5）具有低排放、环保、安全性能。
4、列管式反应器的应用列管式反应器在化学、冶金、电力、石油、制药等行业中应用广泛，能够用于生产化学品、石油化学品、能源材料等。
例如：用于丙烯和丁二烯的反应，去除草酸等有机废水中的有机污染物，用于氢化反应等。
还可以用于焦化炉、催化裂化炉、烯烃裂化炉和气体吸附炉等工艺装置中，有效地提高反应质量、降低能耗。
5、结论列管式反应器是一种结构紧凑、抗腐蚀性能好、操作成本低的反应设备，具有尺寸小、功耗低、泄漏少、使用成本低等优点，可以有效地控制反应过程，满足各种工艺要求，是制造高质量的特殊化学品的理想设备。
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：①管式反应器。
由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。
②釜式反应器。
由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
③有固体颗粒床层的反应器。
气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
④塔式反应器。
用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。
一、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。
分类：1、水平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 。
2、立管式反应器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。
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。
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。
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 。
管式反应器的结构与应用知识
——————————————————————————————————————— 管式反应器的结构与应用知识（原创）摘要：本文通过对管式反应器的工作原理、内部构造、应用范围、一般计算等方面的知识介绍，使得大学生、工程技术人员、生产经营者等相关读者，对该设备有较为全面的了解。
2021年10月管式反应器的结构与应用知识基本原理与结构：在化学反应过程中，因反应介质、工艺以及密闭与连续在线反应的需要，往往会采用管式反应设备。
所谓管式反应设备通常指反应物料在流经一段特制管道而快速完成反应的一类恒容形反应器，又称管式（道）反应器。
管式反应器从外形上看，就类似于长短不一的一段管道，常见形状有直管和曲管等两种。
直管反应器曲管反应器按照化学反应的工艺要求，除特别设计外，通常在静态混合器结构基础上，根据物料反应的要求改制而来，它以不同管内结构件，不同的流体流向流态，通过调节径长比，调整或延长反应停留时间，最终达到工艺设计的反应要求。
由于设计内构件呈多样性结构型式，如SV型、SK型；SL型、SX 型、SD型等，可根据反应介质的理化数据，计算出它的压力降损失。
在实际应用中，可选用直管式、U型式、多管并联、四窜节式，加热（冷却）夹套等形式，亦可在管内填充颗粒状等各种固态催化剂等填充物。
因管道反应器没有运动部件，完全依靠输送流体的动能来推动介质流动，使得二种或二种以上、互不相溶的液液、液气、气气之间，经过各自碰撞、分散、———————————————————————————————————————交融、反应、催化、裂解等物理过程，达到反应的目的。
当反应物料处于湍流状态时，压力会损失会变大，通过管径放大，增长长度，使物料的流动状态可近似地视为平推流。
它的流向可以由上而下，也可以由下而上，并且通过提高管内壁的光滑度以及内件表面的光洁度来减少物料的阻力，亦也可以使管内壁和内件表面，经喷砂凹凸处理后来增加反应时间。
由于管式反应器返流比小，容积利用效率高，反应无死角，能耗低，环保无渗漏，已广泛被化工设计人员所选用。
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解小7:这里给大家介绍一下常用得反应器设备,主要有以下类型:①管式反应器。
由长径比较大得空管或填充管构成,可用于实现气相反应与液相反应。
②釜式反应器。
由长径比较小得圆筒形容器构成,常装有机械搅拌或气流搅拌装置,可用于液相单相反应过程与液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程得称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）;用于气液固相反应过程得称为搅拌釜式浆态反应器。
③有固体颗粒床层得反应器。
气体或(与)液体通过固定得或运动得固体颗粒床层以实现多相反应过程,包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
④塔式反应器。
用于实现气液相或液液相反应过程得塔式设备,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等(见彩图)。
一、管式反应器一种呈管状、长径比很大得连续操作反应器。
这种反应器可以很长,如丙烯二聚得反应器管长以公里计。
反应器得结构可以就是单管，也可以就是多管并联；可以就是空管,如管式裂解炉,也可以就是在管内填充颗粒状催化剂得填充管,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,空管得长径比大于50;填充段长与粒径之比大于1０0(气体)或2００(液体),物料得流动可近似地视为平推流。
分类:１、水平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与检修。
高压反应管道得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。
2、立管式反应器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、盘管式反应器将管式反应器做成盘管得形式,设备紧凑，节省空间。
但检修与清刷管道比较困难。
４、U形管式反应器U形管式反应器得管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传热与传质过程。
U形管得直径大,物料停留时间增长,可应用于反应速率较慢得反应。
５、多管并联管式反应器多管并联结构得管式反应器一般用于气固相反应,例如气相氯化氢与乙炔在多管并联装有固相催化剂得反应器中反应制氯乙烯,气相氮与氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂得反应器中合成氨。
管式反应器操作与控制
知识点二 管式反应器分类及传热方式
三、管式反应器的分类
——水平管式反应器
——立管式反应器
知识点二 管式反应器分类及传热方式
三、管式反应器的分类
——盘管式反应器
—— U形管式反应器
知识点三 管式炉及管式裂解炉
管式炉是工业炉的一种结构形式，是炼油、化工、 石油化工装置以及油田建设和长输管道工程中的 重要工艺生产设备。 所谓工业炉，一般是相对蒸汽锅炉而言的，通常 是指除蒸汽锅炉之外的用于各工业生产装置中的 各种炉窑。如冶金工业用的各种高炉、热风炉、 立式转炉和卧式转炉、平炉、混铁炉、反射炉、 闪速炉、煅烧炉和焙烧炉，化工工业用的转化炉、 裂解炉、煤气发生炉、焚烧炉，石油工业用的加 热炉、重整炉以及玻璃制造工业用的玻璃熔窑等 等。
1.2.2 光纤通信系统分类
1．按传输信号划分
（1）光纤模拟通信系统 （2）光纤数字通信系统（目前广泛采用 ）
2．按光波长和光纤类型划分
（1）短波长（0.85 µm）多模光纤通信系统 通信速率低于34 Mb/s，中继间距在10 km以内。
（2）长波长光纤通信系统 （见下页）
① 1.31 µm多模光纤通信系统
釜式反应器 全混流反应器
长 容易
管式反应器 平推流反应器
短 难
知识点二 管式反应器分类及传热方式
二、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率都不随时间而变化，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率快、流速快，所以它的生产能力高。 管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 4.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 型接近于理想流体。 5.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。 6.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。
3精细化工过程与设备_第三章_管式反应器
图3.3 盘管式反应器
§3.1概述
(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 图3.4 U形管式反应器 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
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。
§3.2 管式反应器的结构
§3.2 管式反应器的结构
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§3.2 管式反应器的结构
它包括直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温度 补偿器、传热夹套及联络管和机架等几部分。
一，直管 直管的结构如图3.7所示。内管长8米，根据反应段
的不同，内管内径通常也不同，有Φ27mm和Φ34mm， 夹套管用焊接形式与内管固定。夹套管上对称地安装 一对不锈钢Ω形补偿器，以消除开停车时内外管线膨 胀系数不同而附加在焊缝上的拉应力。
§3.1概述
二，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 图3.1 水平管式反应器 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。
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)
理想管式反应器
01
02
03
04
反应物进入
原料按一定比例通过进口进入 反应器内。
混合与传质
在反应器内，反应物在混合装 置的作用下充分混合，确保反
应物之间充分接触。
反应进行
在设定的温度和压力条件下， 反应物在反应器内发生化学反
应，转化为目标产物。
产物收集
反应完成后，产物从出口流出 ，进入后续处理工序。
关键参数与性能指标
维护保养策略及周期建议
特殊维护 根据反应器运行情况和原料性质，制定针对性的维护计划。 对于特殊故障或问题，及时联系专业人员进行维修和处理。
06
理想管式反应器的
发展趋势与挑战
技术创新方向预测
高效传热与传质技术
通过改进反应器结构、优化操作条件，提高传热传质效率，实现 反应过程的强化。
智能化控制技术
降较大的问题。
03
与流化床反应器的比较
流化床反应器具有良好的传热、传质性能和较宽的操作范围，但返混程
度较大。与之相比，管式反应器具有较小的返混和较窄的停留时间分布，
但操作弹性相对较小。
04
理想管式反应器的
设计与优化
设计原则与方法
流动特性
确保反应器内流体流动均匀、稳定，避免死 区和短路现象。
传热效率
环保挑战
化工行业对环境的影响不容忽视，反应器技术需要不断向绿色化方向发展。应对策略包括 加强环保法规建设、推广清洁生产技术、开展环保技术研发等。
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均匀混合
反应物在管道内充分混合，确保反应在均匀的环 境中进行。
连续流动
反应物在管道内连续流动，使得反应过程可以持 续进行。
恒定的温度和压力
管式反应器的特点与分类
特点
总结词
管式反应器具有高效、连续化、易控等优点，但也存在一 些局限性，如对高粘度物料的处理能力有限。
详细描述
管式反应器具有以下特点
1. 高效
管式反应器采用连续流动的物料，可以充分利பைடு நூலகம்热量和物 质传递，提高反应效率。
2. 连续化
管式反应器可以实现连续化生产，提高生产效率和产量。
3. 易控
管式反应器的操作条件相对稳定，可以方便地控制温度、 压力和物料流量等参数，有利于实现自动化生产。
管式反应器的特点与分类
目 录
• 管式反应器的定义与特点 • 管式反应器的分类 • 管式反应器的应用领域 • 管式反应器的未来发展与挑战
01
管式反应器的定义与特点
定义
总结词
管式反应器是一种长管状的高效反应设备，广泛应用于化工、石油、制药等领 域。
详细描述
管式反应器是一种长管状的高效反应设备，通常由一段或几段直管和弯头组成， 用于进行连续或间歇的化学反应。这种反应器结构简单，操作方便，适用于大 规模生产和连续化生产。
通过电热元件加热管内物质，适用于 需要精确控制温度的化学反应。
按工艺流程分类
单程管式反应器
物料在管内单向流动，适用于连续操 作和批量生产。
循环管式反应器
物料在管内循环流动，适用于需要反 复进行化学反应的过程。
03
管式反应器的应用领域
石油化工领域
石油裂化
管式反应器广泛应用于石油裂化过程中，通过高温和高压条件将重质油裂解成轻 质油品，如汽油、柴油等。
4. 局限性
管式反应器对于高粘度物料的处理能力有限，可能会引起 流动不均和传热不良等问题。此外，对于某些特殊化学反 应，管式反应器的适用性也受到限制。
管式反应器的结构及其应运演示幻灯片
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直管式反应器
（2）立管式反应器
（a）单程式
（b）夹套式 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。
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盘管式反应器
（1±4%）。弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩 量，故不再另加补偿器。内管总长（包括弯头弧长）也是8 米。
图3.8 弯管
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管式反应器的结构
三，密封环 套管式反应器的密封环为透镜环。透镜环有两种形状。
一种是圆柱形的，另一种是带接管的T形透镜环，如图3.9. 圆柱形透镜环用反应器内管同一材质制成。带接管的T形透 镜环是安装测温、测压元件用的。
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管式法生产高压聚乙烯
1933年(英)ICI公司超高压反应研究组在高温高压下制得白色蜡状聚 乙烯，并将其应用作为高频绝缘材料，在1939年建成loot/a中试装置，实 现了高压法工业生产聚乙烯。1942年出现了高压釜式法生产聚乙烯1943美 国 DuPon公司和UCC公开发了管式反应器法。
管式反应器的分类
直管式反应器 D C 盘管式反应器
多管反应器 B A U形管式反应器
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直管式反应器
(1)水平管式反应器
(a)
(b)
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。
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
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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
（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 ）
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管式法生产高压聚乙烯
管式法生产高压聚乙烯
为了降低壁量，提高传热效率，防止局部过热，实际 生产中采取以下各种措施。 （1）为适应高温高压操作，反应管的壁很厚，使传热阻 力增加。为了提高传热效率，应使物料维持很高的流速， 一般可达到每秒十几米。另一方面提高流速可使物料在管 中的流速分布趋于平坦，流型更接近与平推流。因而使径 向浓度与温度分布更趋均匀，粘壁物减少，产品质量提高。 （2）当操作运行时，为了尽可能降低粘壁物，可采用压 力脉冲反应器，即使管内压力周期性的突然下降7-10MPa, 然后再逐渐回复到原来的压力。当压力脉冲在管内传递时， 引起流速突然增大，因而能将黏附于壁上的积存物冲刷下 来，从而减少热阻，改善传热性能。
图3.7直管
管式反应器的结构
二，弯管 弯管结构与直管基本相同（见图3.8）。弯头半径R≥5D （1±4%）。弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩 量，故不再另加补偿器。内管总长（包括弯头弧长）也是8 米。
图3.8
弯管
管式反应器的结构
三，密封环 套管式反应器的密封环为透镜环。透镜环有两种形状。 一种是圆柱形的，另一种是带接管的T形透镜环，如图3.9. 圆柱形透镜环用反应器内管同一材质制成。带接管的T形透 镜环是安装测温、测压元件用的。
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。
通常按管式反应器管道的连接方式的不同，把管式 反应器分为多管串联管式反应器和多管并联管式反 应器
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。
管式法生产高压聚乙烯
管式法生产高压聚乙烯
1933年(英)ICI公司超高压反应研究组在高温高压下制得白色蜡状聚 乙烯，并将其应用作为高频绝缘材料，在1939年建成loot/a中试装置，实 现了高压法工业生产聚乙烯。1942年出现了高压釜式法生产聚乙烯1943美 国 DuPon公司和UCC公开发了管式反应器法。 图为管式法高压聚乙烯生产工艺示意。
一，直管
直管的结构如图3.7所示。内管长8米，根据反应段的不同，内 管内径通常也不同，有Φ 27mm和Φ 34mm，夹套管用焊接形式与内 管固定。夹套管上对称地安装一对不锈钢Ω 形补偿器，以消除开 停车时内外管线膨胀系数不同而附加在焊缝上的拉应力。
反应器预热段夹套管内通蒸汽加热进行反应，反应段和冷却 段通热水移去反应热或冷却。所以在夹套管两端开了孔，并装有 连接法兰，以便和相邻夹套管相连通。为安装方便，在整管中间 部位装有支座。
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。
下图对各种管式法高压聚乙烯生产技术进行比较。
多管反应器
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。
多管串联结构 的管式反应器，一 般用于气相反应和气液相反应。 例如烃类裂解反应和乙烯液相氧 化制乙醛反应。
盘管式反应器
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φ 400 mm的空间，便于安装和检修。
多管反应器
多管式反应器的传热面积较大，可适用于热效应较
管式法生产高压聚乙烯
乙烯与低压循环气在前段涡轮压缩机压缩至25-30MPa，再经后 段往复超高压压缩机压缩至反应压力(250-320MPa)，并预热至150200'C后送入管式反应器。在此状态下，乙烯的密度约0.50g/cm3后
段压缩机的生产能已为35t/h，目前已大型化达到70t/h。
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。
2 3
4
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。
管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
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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。
管式反应器的分类
直管式反应器
D
C
盘管式反应器
多管反应器
B
A
U形管式反应器
直管式反应器
(1)水平管式反应器
(a) 水平管式反应器
(b)
(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。
直管式反应器
（2）立管式反应器
（a）单程式
（b）夹套式
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。
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。
管式反应器的结构
管式反应器的结构
它包括直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温度补偿器、 传热夹套及联络管和机架等几部分。
管式法生产高压聚乙烯
（3）为了防止转化率太高而导致高温，引起乙烯分解。可在反 应管不同的部分补加乙烯和氧。补加的物料必须迅速与管内流
体混合，因为聚合反应在数秒钟内完成，浓度分布的不均匀将
会造成局部过热，分段引入反应物料也可使各段维持高的反应 速率。
（4）管式反应器依靠夹套来传递热量，由于物料的黏度受温度 的影响很大，故冷却剂的温度不能太低，以防因冷却剂温度过 低而使管壁处物料黏度变大，粘壁量增加而造成传热恶化。
管式反应器的结构及其应运
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。
管式反应器的特点
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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。 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。