间歇釜式反应器连续釜式反应器管式反应器
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• ①套管或夹套传热 • ②套筒传热 • ③短路电流加热 • ④烟道气加热
6-5圆筒式管式炉
16
6.1.3 物料在管式反应器中的流动（理想置换假设）
流体在管内流动是一种复杂的物理现象，而管 内流动的流体进行化学反应时，其流动状况必 然影响到化学反应的进行。流体在管内的流动 状态通常被概括为层流、过度流、湍流。湍流 时，管内流动主体各点上的流体流速可近似认 为相同。以此为基础，可对管式反应器内流体 的流动模型进行合理的假设
• 濮阳甲醇厂的技术人员对季戊四醇的生产工艺进行了改进。用管式反 应器代替传统工艺中的釜式反应器，由敞口常压操作改为密闭压力 （0.4MPa）下操作，提高了转化率。反应温度提高，反应速率增加， 提高了生产能力。濮阳甲醇厂开发的这项技术可使季戊四醇生产成本 降低500元/t 左右。
15
6.1.2管式反应器的加热或冷却方式
nA0dxA rAdVR
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
VR
FV 0CA0
xA 0
dxA rA
nAo
xA 0
dxA rA
设在理想置换管式反应器中进行等温恒容n级不可
逆反应，rA=kCAn。设A的浓度为CA时，A的摩尔 流量为nA，则结合转化率的定义，有 CA=nA/FV0=(nA0(1-xA))/FV0=CA0(1-xA)
理想置换假设的内容是①假定径向流速分布均 匀，即所有的质点以相同的速率从入口流向出 口，就像活塞运动一样，所以理想置换所对应 的流型又称为活塞流；②轴向上的同截面上浓 度、温度分布均匀
可归纳为①同截面质点流速相等，流经反应器 所用的时间相同，径向混合均匀；②轴向上不 同截面上浓度不同，温度可能也有差异，是化 学反应的结果，而不是返混的结果
空间，但检修和请刷管道比较麻烦。图6-3所示的 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。
图6-3盘管式反应器
四、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6-4是—种内部设
有搅拌和电阻加热装置的U形管式反应器。
图6-4 U形管式反应器9图
10
11
12
13
14
管式反应器的应用
• 世界上季戊四醇产量的70%以上主要用来合成醇酸树脂涂料。以季戊 四醇为原料制造的醇酸树脂涂料的快干性能、硬度和色泽较好。
• 季戊四醇丙烯酸酯广泛用于辐射固化涂料和快干的印刷油墨，也用于 制造水溶性醇酸树脂，其聚合物乳液则可用作胶粘剂。
4
第六章 管式反应器
6.1物料在反应器中的流动 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
SV
=
FV 0 VR
kR kS
C
A
mn 一般而言，对于第(1)种情 况，应采用间歇反应器、管式
连续反应器或多釜连续反应器；对于第(2)种
情况，宜采用单釜连续操作
3
第六章 管式反应器
长度远远大于其直径的反应器 一 般称为管式反应器。而釜式反应器的 直径和长度相差不多或高度稍大于直 径。
高度远远大于其直径的反应器 一 般称为塔设备，第八章学习。
所以rA= kCA0n(1-xA)n，代入反应体积的积分式得
VR
FV 0CA0
xA 0
dxA rA
FV 0 (1- (1- xA )n-1)
k
(n
-
1)C
n1 A0
(1
-
x
A
源自文库
)n-1
当n=1时，积分结果为
VR
FV 0CA0
xA 0
dxA rA
FV 0 k
ln 1 1 xA
• 对于连续操作的反应系统，定义反应体积VR与物料体积流
Questions
什么叫“飞温”或“温度失控”？ 什么叫稳定的定常态、不稳定的定常态？
1
解释这个图
图5-10放热反应的Qr和Qg线
着火点或起燃点 熄火点
2
哪一种情况返混对生成主产物R有利？
(1) m>n，即主反应的级数大于副反应级数
(2) m<n，即主反应的级数小于副反应级数
rR rS
dCR dCS
湍流操作(Re>104)时，上述假设与实际情况基 本吻合。据此，可对管式反应器进行设计计算
6.2 等温管式反应器的计算
6.2.1 反应体积
在管式反应器内，反应组份浓度、转化率随物料
流动的轴向而变化，故可取微元体积dVR对关键组
份A作物料衡算 输入量：
nA0
nA
FV 0CA0 (1- xA ) nA0 (1 xA ) 输出量：
量FV之比称为接触时间，亦称为停留时间，用τ表示：
= VR FV
反应体积 = 反应器中物料的体积流
量
• 在操作条件下，进入反应器的物料通过反应体积所需的时
间，称为空时，用τ表示 :
=
VR FV 0
=
反应体积 进料的体积流量
• 空时的倒数为空速，其意义是单位反应体积单位时间内所
处理的物料量，因次为[时间]-1，用SV表示
nA0(1 (xA dxA)) FV 0CA0(1- (xA dxA))
反应量：
rAdVR
于是
FV 0CA0 (1- xA ) FV 0CA0 (1- (xA dxA )) rAdVR
nA0 (1 xA) nA0 (1 (xA dxA) rAdVR
化简之 FV 0CA0dxA rAdVR
要求湍流。停留时间长、反应慢的不适用。
可常压操作也可加压操作，常用于对温度不 敏感的快速反应。常见型式有水平、立式、盘 管、U型管等
6
一、水平管式反应器
图6-1 水平管式反应器
7
二 、 立 管 式 反 应 器
图6-2几种立式管式反应器
8
三、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
6-5圆筒式管式炉
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6.1.3 物料在管式反应器中的流动（理想置换假设）
流体在管内流动是一种复杂的物理现象，而管 内流动的流体进行化学反应时，其流动状况必 然影响到化学反应的进行。流体在管内的流动 状态通常被概括为层流、过度流、湍流。湍流 时，管内流动主体各点上的流体流速可近似认 为相同。以此为基础，可对管式反应器内流体 的流动模型进行合理的假设
• 濮阳甲醇厂的技术人员对季戊四醇的生产工艺进行了改进。用管式反 应器代替传统工艺中的釜式反应器，由敞口常压操作改为密闭压力 （0.4MPa）下操作，提高了转化率。反应温度提高，反应速率增加， 提高了生产能力。濮阳甲醇厂开发的这项技术可使季戊四醇生产成本 降低500元/t 左右。
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6.1.2管式反应器的加热或冷却方式
nA0dxA rAdVR
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
VR
FV 0CA0
xA 0
dxA rA
nAo
xA 0
dxA rA
设在理想置换管式反应器中进行等温恒容n级不可
逆反应，rA=kCAn。设A的浓度为CA时，A的摩尔 流量为nA，则结合转化率的定义，有 CA=nA/FV0=(nA0(1-xA))/FV0=CA0(1-xA)
理想置换假设的内容是①假定径向流速分布均 匀，即所有的质点以相同的速率从入口流向出 口，就像活塞运动一样，所以理想置换所对应 的流型又称为活塞流；②轴向上的同截面上浓 度、温度分布均匀
可归纳为①同截面质点流速相等，流经反应器 所用的时间相同，径向混合均匀；②轴向上不 同截面上浓度不同，温度可能也有差异，是化 学反应的结果，而不是返混的结果
空间，但检修和请刷管道比较麻烦。图6-3所示的 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。
图6-3盘管式反应器
四、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6-4是—种内部设
有搅拌和电阻加热装置的U形管式反应器。
图6-4 U形管式反应器9图
10
11
12
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管式反应器的应用
• 世界上季戊四醇产量的70%以上主要用来合成醇酸树脂涂料。以季戊 四醇为原料制造的醇酸树脂涂料的快干性能、硬度和色泽较好。
• 季戊四醇丙烯酸酯广泛用于辐射固化涂料和快干的印刷油墨，也用于 制造水溶性醇酸树脂，其聚合物乳液则可用作胶粘剂。
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第六章 管式反应器
6.1物料在反应器中的流动 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
SV
=
FV 0 VR
kR kS
C
A
mn 一般而言，对于第(1)种情 况，应采用间歇反应器、管式
连续反应器或多釜连续反应器；对于第(2)种
情况，宜采用单釜连续操作
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第六章 管式反应器
长度远远大于其直径的反应器 一 般称为管式反应器。而釜式反应器的 直径和长度相差不多或高度稍大于直 径。
高度远远大于其直径的反应器 一 般称为塔设备，第八章学习。
所以rA= kCA0n(1-xA)n，代入反应体积的积分式得
VR
FV 0CA0
xA 0
dxA rA
FV 0 (1- (1- xA )n-1)
k
(n
-
1)C
n1 A0
(1
-
x
A
源自文库
)n-1
当n=1时，积分结果为
VR
FV 0CA0
xA 0
dxA rA
FV 0 k
ln 1 1 xA
• 对于连续操作的反应系统，定义反应体积VR与物料体积流
Questions
什么叫“飞温”或“温度失控”？ 什么叫稳定的定常态、不稳定的定常态？
1
解释这个图
图5-10放热反应的Qr和Qg线
着火点或起燃点 熄火点
2
哪一种情况返混对生成主产物R有利？
(1) m>n，即主反应的级数大于副反应级数
(2) m<n，即主反应的级数小于副反应级数
rR rS
dCR dCS
湍流操作(Re>104)时，上述假设与实际情况基 本吻合。据此，可对管式反应器进行设计计算
6.2 等温管式反应器的计算
6.2.1 反应体积
在管式反应器内，反应组份浓度、转化率随物料
流动的轴向而变化，故可取微元体积dVR对关键组
份A作物料衡算 输入量：
nA0
nA
FV 0CA0 (1- xA ) nA0 (1 xA ) 输出量：
量FV之比称为接触时间，亦称为停留时间，用τ表示：
= VR FV
反应体积 = 反应器中物料的体积流
量
• 在操作条件下，进入反应器的物料通过反应体积所需的时
间，称为空时，用τ表示 :
=
VR FV 0
=
反应体积 进料的体积流量
• 空时的倒数为空速，其意义是单位反应体积单位时间内所
处理的物料量，因次为[时间]-1，用SV表示
nA0(1 (xA dxA)) FV 0CA0(1- (xA dxA))
反应量：
rAdVR
于是
FV 0CA0 (1- xA ) FV 0CA0 (1- (xA dxA )) rAdVR
nA0 (1 xA) nA0 (1 (xA dxA) rAdVR
化简之 FV 0CA0dxA rAdVR
要求湍流。停留时间长、反应慢的不适用。
可常压操作也可加压操作，常用于对温度不 敏感的快速反应。常见型式有水平、立式、盘 管、U型管等
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一、水平管式反应器
图6-1 水平管式反应器
7
二 、 立 管 式 反 应 器
图6-2几种立式管式反应器
8
三、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