当前位置：文档之家 › 理想管式循环反应器

理想管式循环反应器

  • 格式：doc
  • 大小：479.50 KB
  • 文档页数：9

下载文档原格式

  / 9

合集下载

管式反应器介绍

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。

理想管式反应器的特点

理想管式反应器的特点

理想管式反应器的特点
理想管式反应器的特点：
1、反应容器成形结构优越性：理想管式反应器采用比较合理的管式成形，外部表面结构较精密，比其他反应容器的外观美观，制造和安装方便，可以实现更精确的流量受控对绝热反应。

2、优良的温度分布性：理想管式反应器采用比较均匀的温度分布，可以有效地避免温度梯度值过大，从而提高反应精度和反应效率。

3、反应容器内壁易维护及耐腐蚀：它整个结构比较紧凑，可以更好地抗腐蚀，内部设备的维护和更换也更为便利。

4、多道管结构可选择性：理想管式反应器可以单道向一侧结构，也可以采用多道管结构，增加多道管的数量，从而提升容积，完善反应过程。

5、独特的运动方式：在理想管式反应器中，可以更有效地控制循环液体的运动方式，从而实现反应运动的混合均匀性。

6、真空条件下稳定性高：其结构优异，整体稳定性较强，在真空条件下也可以良好的保持稳定的状态，尤其在比较高的温度和压力下，运
行效果更加优良。

7、反应方程式把握可控：使用理想管式反应器，可以更好地调整反应方程式，从而控制反应速度和输出质量，有效提升工作效率。

化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的反应器体积最小。

参考答案:平推流2.工业反应过程优化的决策变量包括参考答案:操作方式_工艺条件_结构变量3.均相反应应该满足下述哪2个条件？参考答案:反应体系互溶_预混合过程很快4.对串联反应而言，存在一个最优反应温度使反应产物收率最大。

参考答案:错误5.化学反应工程的研究方法是经验放大方法参考答案:错误6.连续流动釜式反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器进口物料的浓度和温度。

参考答案:错误7.理想间歇反应器中搅拌越激烈，混合越均匀，则反应速率越快。

参考答案:错误8.化学反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。

参考答案:错误9.产生返混的原因是参考答案:不均匀的速度分布_空间上的反向流动10.限制返混的措施包括参考答案:横向分割_纵向分割11.化学反应工程的研究对象是以化学实验室中进行的化学反应过程。

参考答案:错误12.化学反应工程优化的技术指标是参考答案:反应选择率_能耗_反应速率13.活化能E与反应的热效应相关，活化能大的反应其反应热也大。

参考答案:错误14.零级反应的重要特征是反应时间由残余浓度决定，与初始浓度关系不大。

参考答案:错误15.可逆放热反应的最优温度随转化率xA变大而增大。

参考答案:错误16.限制返混的措施是分割，主要是横向分割。

参考答案:正确17.理想管式反应器的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。

参考答案:正确18.对自催化反应A+P®P+S而言，必定存在最优反应时间使反应的转化率最大。

参考答案:错误19.小于1级的简单不可逆反应，反应转化率可以在有限时间里达到100%。

参考答案:正确20.空速1000（1/h)表示每小时能够处理的进口物料体积为反应器体积的1000倍。

管式反应器

管式反应器

2.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φ400 mm的空间，便于安装和检修。
项目二管式反应器的设计和操作
相关知识
一、平推流反应器
连续操作管式反应器可近似看成理想置换反应器，简称 PFR。反应物和产物都处于连续流动的状态，物料在反应器内 没有积累，系统中的浓度、温度、压力等参数在一定位置处是 定值，即不随时间而变。但在反应器中不同位置这些参数是不 同的。
操作过程：
反应器内的浓度变化：
项目二管式反应器的设计和操作
Vt V0 (1 y A0 A x A )
1 xA c A c A0 1 y A0 A x A
Ft F0 (1 y A0 A x A )
p A p A0 1 xA 1 y A0 A x A
1 xA y A y A0 1 y A 0 A x A
得：
xA VR dxA c A0 0 kc2 (1 x ) 2 V0 A0 A
VR xA V0 kcA0 (1 x A )
V0 x A VR V0 kcA0 (1 x A )
项目二管式反应器的设计和操作
求解方法：解析法、图解积分法、数值积分法
平推流反应器图解计算示意图
项目二管式反应器的设计和操作
解：由于 c A0 c B 0 ，并且是等摩尔反应
所以反应速率方程式为
(rA ) kcAcB kc

2 A
反应在理想间歇反应器内所需反应时间为

西工大《化学反应工程》复试试题

西工大《化学反应工程》复试试题

化学反应工程1.催化剂使用一段时间后，活性下降的原因不包括（）。

A.结构变化B.物理失活C.化学中毒D.化境变化答案:D2.当床层厚度（）颗粒直径时，轴向热质扩散（轴向返混）对出口转化率所造成的影响可以忽略不计。

A.大于50倍B.小于50倍C.大于10倍D.小于10倍答案:A3.气液相反应的基本理论是（）。

A.吸附理论B.双膜理论C.渗流理论D.不平衡增长理论答案:B4.气液相反应的特点和适用范围不包括（）。

A.液体沿填料表面向下流动，持液量小B.气液接触界面近似等于填料表面积C.气液传质过程可以按双膜理论计算D.适用于慢反应及极慢反应过程答案:D5.化学反应工程是一门研究化学反应的（）的科学。

A.工程问题B.过程问题C.时间问题D.效率问题答案:A6.（）是化学反应工程的基础。

A.二传一反B.三传一反C.二一正D.三传一正答案:B7.化学反应困呈按操作方法分为三种操作，其中不包括（）。

A.分批式操作B.半分批式C.连续式操作D.间断操作答案:D8.不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称（）。

A.数学函数B.数学模型C.数学变量D.数学参数答案:B9.在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量恒算式的一般式为（）。

A.累积量＝输入量B.累积量＝输出量C.累积量＝输入量－输出量D.累积量＝输入量+出量答案:C10.管式反应器，一般长径比（）。

A.大于3B.大于30C.1—3D.3—30答案:B11.槽式反应器，一般高径比为（）。

A.大于3B.大于30C.1—3D.3—30答案:C12.塔式反应器，一般高径比在（）之间。

A.1—3B.3—10C.1—30D.3—30答案:D13.下列（）措施不属于防止爆炸的措施。

A.严格控制温度、压力、浓度等操作参数B.控制整体温度，局部超温不处理C.超限报警，联锁停车，排放可燃物D.安全阀，阻火器，防爆膜答案:B14.半衰期为20小时的放射性流体以hr-1的流量通过两个串联的全混流反应器后，其放射性衰减了（）。

管式-反应器ppt课件

管式-反应器ppt课件

二、管式反应器的结构
反应器的结构可以是单管， 也可以是多管并联；可以是空 管，也可以是在管内填充颗粒 状催化剂的填充管。
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。
三、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、根据是否存在填充剂可分为空管 和填充管。
• 3、根据管式反应器的连接方式可以 分为串联管式反应器和并联管式反应 器。
• 4、根据反应器放置方式可分为横管 式反应器和竖管式反应器
五、应用
1、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。
管式裂解炉
用于烃类裂解制乙烯及其相关产品 的一种生产设备，为目前世界上大型 石油化工厂所普遍采用。
目前国际上应用较广的管式裂解炉 有短停留时间炉、超选择性炉、林德西拉斯炉、超短停留时间炉。
大型石油化工厂管式裂解炉
乙烯裂解炉加料控制过程
2、 多管并联结构的管式反应器， 一般用于气固相反应。例如气相氮 和氢混合物在多管并联装有固相铁 催化剂中合成氨，气相氯化氢和乙 炔在多管并联装有固相催化剂中反 应制氯乙烯。
谢谢观赏
Make Presentation h more fun
@WPS官方微博 @kingsoftwps
理想管式反应器
人们设想了一种理想流动，即 假设在反应器内具有严格均匀的 速度分布，且轴向没有任何混合。 这是一种不存在的理想化流动。 管式反应器当管长远大于管径时， 比较接近这种理想流动，通常称 为理想管式反应器。
传热方式

反应工程 2012-2013 第 4 章 管式反应器 PFR

Chemical Reaction Engineering
42/20
4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较
Chemical Reaction Engineering
42/21
4.4 循环反应器
对于单程转化率不高的情况，为提高原料的利用率，将 反应器出口物料中的产品分离后再循环进入反应器入口， 与新鲜原料一起进行反应。
Qr 设循环物料与新鲜原料量之比为循环比： Q0
故,反应器的物料处理量为：
Q0 Qr (1 )Q0
在混合点M处对A做物料衡算：
Q0cA0 Q0cA0 (1 X Af ) (1 )Q0cA0 (1 X A0 )
化简后得： X A0
X Af 4.23 1
0
' X Af
X Am
X Af
XA
此时，可以： 釜式与管式的串联
42/19
Chemical Reaction Engineering
4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较
在A点保持较高速率进行，先用CSTR进行反 应到XAm，然后送入PFR中到XAf，则VR最小。 对多个反应，二者的比较主要是看在相同的最终转 化率下，哪一个目的产物最终收率大。 So～XA关系见图3-10（a）。 ①反应物CA低，获得高的选择性，选釜式反应器。 ②反应物CA高，则管式反应器优于釜式反应器。
二者的差别： CSTR PFR 返混 返混
最大（∞） 无（0）
都属于理想化流动模型，是返混程度的两个极端。
Chemical Reaction Engineering
42/6
4.2 等温管式反应器的设计
Fi 0
单一反应 进入量 = 排出量 + 反应量 + 累积量

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


• 因此，反应器的物料处理量（即反应器入口处的关键组分 的体积流量）：
Q0 Q0 Qr 1 Q0
2019/12/24
29
现对M点作组分A的物料衡算（是对组分A的物质量 进行衡算）：
进入M点的物质的量： （量纲：kmol/h）
Q0CA0 QrCA Q0CA0 Q0CA0 1 XAf
平推流反应器的特征
（1）通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一 流速流动，在流动方向上没有返混。
（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。
2019/12/24
3
平推流反应器示意图
0
Z/2
Z
2019/12/24
4
dX A rA 2
1 2 3
2019/12/24
25
3.10.3.1 平推流反应器的并联操作
VR1 VR2 V01 V02
即：VR1：VR2
V01：V02
结论：并联操作的多个平推流反应器，只 要物料的体积流量按反应器的体积大小分 配，就可使组合反应器总的体积最小。同 时保证各个反应器的出口组成一致。
VR FA0
xA f 0
dxA rA
或，( / 4)D2Z FA0
xA f 0
dxA rA
E
2019/12/24
k k0 exp[ RT ]
19
2) 非绝热变温管式反应器
绝热反应器的不足之处在于：反应器的进出 口温差太大。如 如果为可逆放热反应，T↑，平衡转化率↓ （见P113图4.8） 产物分布的控制也不容易作到 （不利于提高 选择性） 对于可逆吸热反应，T↓速率变慢 。

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。
THANKS
感谢您的观看
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
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
这里，为了便于计算，给出以下定义。
：A组分的转化率，也就是反应的A的物质的量与输入的A的物质的量之间的比值。
为了更好的分析整体的情况，我们将中间的反应过程看做一个黑箱（如图3所示），那么总的转化率 。
图3循环反应器的黑箱模型
为了得到循环反应器的设计方程，通常会沿用PFR设计方程，以如下的公式作为循环反应器设计方程：
这类反应器广泛地用于自催化反应、生化反应和某些自热反应。不同类型的循环反应器有不同的目的。对于反应热很大的反应，采用循环反应器可以进行器外换热，更好地控制床层温度；对于自催化反应，循环部分产品可以加快反应速率；对于反应转化率高时二次反应大的反应，采用循环反应器可以降低原料的一次反应深度，提高主要产品的选择性。
而
因此
此即循环反应器的设计方程。但上式中 、 、 均未知，因此需要先将这几个未知量求出。
显然，稳态时，从循环反应器流出的物流组分与最终的输出组分相同，即 。循环物流 ，而由 可得 ，因此 。当将该部分循环物流中已经反应了的A再次转化为A的时候，该部分物流流量为 。因此，假想态的 为：
接下来计算 ， 的计算也要依据上述原则，即从循环中假想的 处开始计算。因此
图6 图像（补充）
从图像上也可以看出，当R→0时，该反应器为PFR， ；当R→∞时，该反应器为CSTR， ；而一般情况下，即为循环反应器， 。
五、循环反应器优化
在实际操作中，最常见的是反应器已经建好，需要通过调整循环比来得到最佳的反应物转化率。依据式子 ，在最佳循环比时， 。
令
则
而
因此
上式化为
之前定义了
（*注：此式有误）
但是这里存在一个误区。在PFR设计中，选择 处的 作为设计方程中的流量值，而这里同样也需要一个 处的 ，而不是 。所以这里需要引入一个假想状态，也就是在这个管式反应器前面假设有两个反应器，如图4红色框线部分所示。
图4带有假想反应器的循环反应器模型
上图中，红色框线中左侧的反应器将循环回来的物流中所有的已转化了的A组分重新逆向转化为A，而右侧反应器的输入则是 、 的物流。假设右侧反应器的体积为 ，原循环反应器的体积为 ，则对这二者组成的系统进行分析，可以知道其设计方程为
二、循环反应器设计方程
关于反应器的计算，其关键是设计方程的导出。由于存在循环，因此循环反应器不同于之前学过的CSTR或PFR，设计方程也有很大不同。这里仅仅考虑理想的管式循环反应器。
循环反应器模型如图2所示。
图2管式循环反应器模型
依据上述循环比定义，这里的循环比为 。也可以看到，当R=0时，该反应器就是PFR；当R→∞时，该反应器就是CSTR。
将上述计算出来的三个未知量带入原设计方程中，得
即
该式即为理想管式循环反应器的设计方程。在反应的动力学已对应循环反应器体积可以依据上式求出。
三、循环反应器摩尔衡算汇总
计算中包含假想部分的循环反应器模型如图4所示。
图4带假想反应器的循环反应器模型
而
因此
因此
其中 ，而 是转化率为 时的瞬时反应速率。在上述式子中，左侧 与右侧 分别只是 的函数，在化学反应工程中通常使用作图法来寻找最优循环比，也就是 。
接下来利用图7来说明如何用图像法寻找最优循环比。
图7寻找最优循环比的图像法
在已知 与 的情况下，先根据 得到下方大矩形的面积，该矩形靠上的边与 相交于两点，左侧点所对应的横坐标 即为 ，利用 即可得到最优循环比。
理想管式循环反应器
一、循环反应器简介
循环反应器是一种把出口产物的一部分循环至反应器入口再进行反应的反应器。最常见的循环反应器是管式循环反应器。其基本的结构如图1所示。
图1管式循环反应器基本结构图
循环反应器中一个最重要的概念就是循环比——循环流量与出口流量之比。随着旬环比的增加，平推流反应器内的轴向浓度梯度降低，这种循环操作的平推流反应器越来越接近全混流反应器。
其中主要位置的摩尔衡算汇总如下：
四、 图像及意义
通常的 图像如图5所示。
图5 图像
之前已经得到 ，因此
面积 ，
因此 。也就是已知R的情况下，求出 ，再从图像中得到 在 与 之间的面积，将该部分面积重新化为以 为底的矩形，并将矩形的上边向左延长，得到的大矩形的面积即为循环反应器 的值。
为上述图像补充另外一个矩形，再对上述图像进行分析，如图6所示。