管式反应器(上

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

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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 1

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。 2 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。 8、理想管式反应器的反应结果唯一地由化学反应动力学所确定。 9、结构简单紧凑，强度高，抗腐蚀强，抗冲击性能好，使用寿命长，便于检修。 3 4

三、 管式反应器的分类 管式反应器按结构可分为： 直管式、U型管式、盘管式和多管式 1、直管式：结构简单，处理量小，可用作多管式反应器的实验装置

2、U型管式： 3、盘管式： 4、多管式： 多管式反应器按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。  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。  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中反应制氯乙烯，气相氮和氢混合物在多管并联 5

装有固相铁催化剂中合成氨。 四、 管式反应器的日常维护 管式反应器与釜式反应器相比较，由于没有搅拌器一类的转动部件故具有密封可靠、振动小、管理和维护简便的特点。但是经常性的巡回检查仍是不可少的。运行中出现故障时必须及时处理绝不能马虎了事。 其维护要点如下： 1、反应器的振动通常有二个来源：一是超高压压缩机的往复运动造成的压力脉动的传递；二是反应器末端压力调节阀频繁动作而引起的压力脉动。振幅较大时要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及本体抱箍是否有松动，若有松动应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的紧固只能在停车后才能进行。同时要注意碟形弹簧垫圈的压缩量一般允许为压缩量的50%，以保证管子热膨胀时的伸缩自由。反应器振幅控制在0.1mm以下。 2、要经常检查钢结构地脚螺栓是否有松动，焊缝部分是否有裂纹等。 3、开停车时要检查管子伸缩是否受到约束，位移是否正常。除直管支架处碟形弹簧垫圈不应卡死外，弯管支座的固定螺栓也不应该压紧，以防止反应器伸缩时的正常位移受到阻碍。

五、 管式反应器常见故障分析与处理 故障分析 故障处理 1 安装密封面受力不均 按规范要求重新安装 2 振动引起紧固件松动 把紧紧固螺栓

3 滑动部件受阻造成热胀冷缩局部不均匀 检查、修正相对活动部位 4 密封环材料处理不符合要求 更换密封环 6

5 阀杆弯曲度超过规定值 更换阀杆 6 阀芯、阀座密封面受伤 阀座密封面研磨

7 装配不当，使油缸行程不足；阀杆与油缸锁紧螺母不紧；密封面光洁度差；装配前清洗不够 解体检查重装，并做动作试验

8 阀体与阀杆相对密封面过大，密封比压减小 更换阀门 9 油压系统故障造成油压降低 检查并修理油压系统 10 填料压盖螺母松动 拧紧螺母或更换 11 膜片存在缺陷 注意安装前爆破片的检验 12 爆破片疲劳破坏 按规定定期更换

13 油压放出阀联系失灵，造成压力过高 检查油压放出阀联锁系统

14 运行中超温超压发生分解反应 分解反应爆破后，应做下列各项检查：接头箱超声波探伤；相接邻近抄高压配管超声波探伤。经检查不合格接头箱及高压配管应更新

15 安装不当，使弹簧压缩量大，调整垫板厚度不当 重新安装，控制碟形弹簧压缩量，选用适当厚度的调整垫板 16 机架支托滑动面相对运动受阻 检查清理滑动面

17 支撑点固定螺栓与机架上长孔位置不正 调整反应管位置或修正机架孔

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 停车局部修理 19 套管进出接管结构不合理 改造套管进出接管结构 20 套管材料较差 选用合适的套管材料 21 接口处焊接存在缺陷 焊口按规范修补 22 联络管法兰紧固不均匀 重新安装联络管，更换垫片 7

六、 管式反应器的相关计算 理想管式反应器基本方程式

流入量＝ 流出量 ＋ 反应量 ＋ 累积量 0

为理想管式反应器的基本方程式。无论是等温、变温或反应过程中反应物料的总摩尔数是否发生变化均可适用，只要满足平推流这一假定即可。

在下列两种情况下可以直接进行求解：  等温理想管式反应器。反应速率常数为常数。  绝热理想管式反应器。反应的热效应全部用作加热或冷却反应物料，反应物料沿反应器长度温度变化可以用热量衡算与反应转化率关联。反应速率常数可转化为转化率的函数。 除上述两种情况，对于非绝热非等温过程，需结合热量衡算式联立求解。对于反应器压降较大的，如管式裂解反应器，还需要再与动量衡算式联立求解。 对装有固体催化剂的固定床反应器，只要满足平推流的基本假定，同样可以适用。

空时、空速和停留时间

空时 空速 8

停留时间 对于恒容过程，系统物料的密度不随反应转化率而变，即 ，所以空时和停留时间两者相等。对于非恒容过程，反应器内物料的体积流率随反应转化率而变化，因此空时和停留时间两者就有差异。

对于等温恒容过程，只要把理想管式反应器空时代之理想间歇反应器中的反应时间t，则在理想间歇反应器中的结论完全适用于理想管式反应器。 等温等容理想管式反应器中简单反应的结果

反应前后分子数变化的气相反应  在间歇反应器中分子数发生变化的气相反应，由于反应器的容积恒定，其结果使反应系统的总压变化，称之为恒容过程。  在连续流动的理想管式反应器中进行的气相反应，反应物料从反应器进口加入，如果忽略物料在管内流动的压力降，则反应器进口和出口系统压力不变，称之为恒压过程。 表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。 膨胀率法

基于物系体积随转化率呈线性关系，即