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管式反应器4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。
解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题 3.2中已算出：0275.8/=Q l h 0 1.231/=A C mo l l 所以，所需反应器体积：00000000(1)()275.80.95818.61 5.2 1.23110.95=--===-⨯-⎰AX Ar A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X l kC X由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的4.4在内径为76.2mm 的活塞流反应器中将乙烷热裂解以生产乙烯： 26242⇔+C H C H H 反应压力及温度分别为2.026×105Pa 及815℃。
进料含50%(mol)C 2H 6,其余为水蒸汽。
进料量等于0.178kg/s 。
反应速率方程如下：-=AA dp kp dt式中p A 为乙烷分压。
在815℃时，速率常数11.0-=k s，平衡常数47.4910=⨯K Pa ，假定其它副反应可忽略，试求：（1） （1） 此条件下的平衡转化率；（2） （2） 乙烷的转化率为平衡转化率的50%时，所需的反应管长。
解：（1）设下标A —乙烷，B —乙烯，H —氢。
此条件下的平衡转化率可按平衡式求取：=B Hp A p p K p5015050150110 1y y y y 5011501y y y 11111 50Py , 1y y y 100B0B 000A A0000000eA eA e A eA AA A AA A HB eA e A A A A A A A A i i AA A AA Ai i i AA A AA A ii i X .X *.X .X *.*X y X X .)X (.X y X .y p X y X X y Xp p p +=+--=+-==+-=+-=+==+-=+-=δννδδδννδνν＝－＝， 61014497150150422.X *.P )X )(X .(X .P y P y y p p p K Ae Ae Ae A H B A H B Ae==-+===若以1摩尔C 2H 6为基准，反应前后各组分的含量如下：262422,,⇔+∑C H C H H H O反应前 1 0 0 1 2 平衡时 1-X e X e X e 1 2+ X e 因此，平衡时各组分分压为：111(1),,222-===+++e e e B H A e e e P X P X P X p p p X X X 将其代入平衡式有：2541() 2.02610/7.491022-⨯⨯=⨯++e ee eX X X X解此一元二次方程得：0.61=e X（2） （2） 所需的反应管长：首先把反应速率方程变为()3/,/.-=A A d p RT kp kmol m sdt RT以保证速率方程的单位与物料衡算式相一致。
毕业论文题目管式反应器操作与控制专业应用化工生产技术年级姓名指导教师定稿日期：2013年5月25日目录一、管式反应器的概述 (1)二、管式反应器的特点 (2)三、管式反应器的分类 (3)四、管式反应器的日常维护 (5)五、管式反应器故障分析及处理 (5)六、关于管式反应器的计算 (7)七、管式反应器生产实例 (12)八、相关习题 (15)（一）判断题 (15)（二）选择题 (15)（三）填空题 (15)（四）问答题 (15)（五）参考答案 (15)结语 (16)参考文献 (16)致谢 (17)管式反应器操作与控制一、管式反应器的概述管式反应器是一种呈管状、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。
管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。
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。
二、管式反应器的特点1、反应物的分子在反应器内停留时间相等，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返混小，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。
6、反应器内各处的浓度未必相等，反应速率随空间位置而变化；7、由于径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。
4 管式反应器4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应： 6532664+→+C H CH H C H CH在反应条件下该反应的速率方程为：0.51.5,/.=T H r C C mol l s式中C T 及C H 分别为甲苯及氢的浓度，mol/l ，原料处理量为2kmol/h ，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。
若反应器的直径为50mm ，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。
解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即：00=T H C C ，则有：0(1)==-T H T T C C C X示中下标T 和H 分别代表甲苯与氢，其中：53300330000.5 1.01310 5.6810/8.3141010732/21/0.27810/--⨯⨯===⨯⨯⨯====⨯T T T T p C kmol mRT F Q C kmol h kmol s所以，所需反应器体积为：00000.5 1.500 2.50.95333 1.5 1.501.5 1.5(10.95)10.278100.4329 3.0061.5(5.6810)(1) 1.51---==--=⨯=⨯=⨯--⎰⎰⎰TT X X T Tr T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX mX 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4=⨯m4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。
解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题3.2中已算出：0275.8/=Q l h 0 1.231/=A C mol l所以，所需反应器体积：00000000(1)()275.80.95818.61 5.2 1.23110.95=--===-⨯-⎰AX Ar A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X lkC X由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。
氯醇化管式反应器的设计计算方法第13卷第4期1997年l2月弓6(1L一弓化学反应工程与工艺Chemiea]ReactionEngineefingandTechnologyV0l13,No4Dec,l997丁仅z2弓,氯醇化管式反应器的设计计算方法谢声札赵海峰裒向前王家莲(华东理工太学化学工程系?上撵200237)摘要根据氯醇化反应的特点,利用气液反应的双暧理论,导出了宏观反应速率式,结合管式反应器的流动模型,提出了一个简便,有效的反应器的设计计算方法.关键词:翌堕型;传质系数邛丙雨砩氧酵化1前言笞武旺嚣.氯醇法生产环氧丙烷工艺中丙烯氯醇化反应是一个典型的气液非均相的快速反应CH一CH一CH(气)+Hcl()(藏)—一CH.一CH—CH(主反应)0HCl选择一个台适的有较高传质效率的反应器对降低丙烯单耗是至关重要的.在万吨级环氧丙烷工业试验装置中,采用新型管式反应器作为氯醇化反应的反应器.在进行万吨级环氧丙烷工业装置的开发中,本文提出了一个近似且有效的设计新型管式反应器的计算方法.2气液反应宏观动力学模型在实际操作区域内,氯丙醇的选择性可达90以上,所以氯醇化反应可简化为A(丙烯)+占(次氯酸水溶披)—一R(氯丙醇)由于反应中采用丙烯过量,次氯酸浓度很低,据气液反应的双膜理论,丙烯和次氯酸在膜中的浓度可简化成图1为了确定气液反应的宏观动力学方程,首先必须确定液膜内的二物质的浓度分布.根据Fiek定律.在液膜一侧可得如下一组物料衡算方程组[D1dc1()/dx一f1()c2()(1)D2dc2(_z)/dz一虹1()()(2)边界条件;=01(0)一cc2(0)≈0—dc2(z一)一1997—03一鲫收到初稿,1997一o8一∞收到修改稿联系』,及第一作者:坩声札,男56岁.副教授齐鲁石化公司研究院工作.第蝴谢声礼等氯醇化管式反应器的设计计算方法365z一1(a1)一1b(3L)一c2b式中:,D.为丙烯,次氯酸在水中的扩散系数[m./s];c为气液界面丙烯的浓度[kmol/m];山为丙烯,次氯酸的液相主体浓度[kmol/m.]解上面方程组,由(1),(2)式得d2q(x一)Dtd2e~(-x)D(3)dz.dz0…二次积分(3)式,结合边界条件有{十×()一气相主体I气液界面I液相主体图1膜内浓度分布图Fig.1Concentrationdistributioninthefilm 尝+1])()一b''}J纯传质(没有化学反应存在)时的速率NI一D,LI(c;有化学反应存在时的传质速率I一一DI.增强系数E一一c×为了使E有一个解析解,作一近似的假定Ib一0即液相主体丙烯的浓度为零,则(4)式变为.DI××(SC--,,dA(x).(7)式变为一根据边界条件:z一0,(0)一0;结合(9),(10)得(j)(7)(8)(10)366化学反应工程与工艺1997芷+昱×怎E]+志Ll一JE一+舍×等由增强系数定义可知,氯醇化反应的宏观动力学速率式E*NI一_(1+器)爱_f】)~(1+黔+kc警3管式反应器设计方法在作者先前开发的氯醇化液相强制循环工艺流程中,气液二相在管式反应器内的流动状态可简化成如下的非均相流的模型咖(如图(2)所示):气相(丙烯)呈活塞流;.V.液相(次氯酸)呈活塞流;yf7气体流量以惰性气体的摩尔流量F表示,液体流量以体积流量V表ffl示,为气相中丙烯tL惰性气体的比摩尔数,为液相中的次氯酸浓II++I度.在管式反应器中取一微元体,并当过程为等温时,由物料衡算得1IlFgdY^一VLdfB(14)1Il,二lLd一A凡dL(15)lII^IlJJ式中A为管式反应器的截面积,凡为氯醇化反应的宏观反应速率式,lll由管式反应器的大型冷模实验得到的雷诺数与传质系数的关系式确一Lr_1一J 定.联立(13)(14)(15)式就可得到最终的管式反应器长度举例计一'假设工况次氯的初浓度为0?07756[kmol/m],惰性气体的摩尔图2管应器流量为2.994×10[kmo[/s]t液体体积流量为0.0833[m./s],初始的流动模型的丙烯比摩尔数(丙烯摩尔数/惰性气体摩尔数)为24,次氯酸的转Fjg2Flowm~eelo 化率为0.9999,管式反应器直径为0.53[m],传质系数为0.6[1/s],tubularreactor丙烯的亨利常数为10.391[M?MPa/kmo1],丙烯在液相中的扩散系数为2.624×10 [m./s],次氯酸在液相中的扩散系数为3.716×10[m./s],气体的进13总压0.3MPa,管式反应器内的平均压力为0.2MPa.由于原料丙烯含量在96以上,可忽略气膜阻力,所以气液界面的丙烯浓度c一PfH一?pfHt16)…368化学反应工程与工艺1997益反应器的设计计算是合理,有效的,它的设计计算式简便.便于应用.符号说明D——反应韧在承中的扩散系数,m./sc.——气液相界面反应物的浓度kmol/m.fb——反应物谊相主俸维麈,kmol/m3——没有化学反应时的传质速率,kmol/M's——化学反应存在时的传质速率,kmo]/M?S——增强系数F——惰性气体的摩尔流量,kmol/sh——液相体积流量,M./s丙烯比摩尔数(丙烯knml/惰性气体ktoo1)c——次氯酸的韧始浓度,kmo]/Mf——出口捉瓤酸浓度,kmo]/MA——管式反应器的截面积,MRA——宏观反应速率,kmol/M?sH^——丙烯的亨利常数,MMPa/ktool——丙烯的分压,MPah——传质系数,I/s——丙烯的摩尔分率丙烯kmol/[丙烯ktool+惰性气体ktoo1)]参考文献l周玉英,陆行如李春等,石油I}匕工,1989,18(10)?699～7032AhrmE.RodriguesJ0sephM.Cb,NormanHsweed,MaltlphaseChemkalReactors.VNum sI.FundamentMs,SiltkoffandNoordhoffinternatlonalPublishers.MarylandUSA.1981.133～2253李绍芬编着.化学与催I}匕反应工程.北京:化学工业出艋社,1986388~4184谢声礼.陈敏恒,石油化工,1994,24(4):247～2515钱建美.静态混合器的气液特性(硬士学位论文),上海:华东理工大学,1988 DESIGN0FTHETUBULARREACT0R^INCHL0R0HYDRINA T10NPR0CESS XieShengliZhaoHaifengYuanXiangqianWangJialian (DepartmentofChemicalEngineering,EastChinaUniversityof ScienseandTechnology.Shanghai200237) ABSTRACTAccordingtothecharacteristicsoftheprocessDfchlorohydrination,thetwo filmtheoryofgas—liquidphaseswasapplied.Thefluxinthepresenceofchemicalreactionwasderived.Then,bytheapplicationofthemodelofcocurrentoperationintubularreactorand themasstrans{erdatafromourtest,thedesignoftubularreactorispresentedconveniently andreasonably.Keywords;Two—filmtheory.Masstransfer。
