管式反应器的结构及其应运

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。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。管式反应器的特点管式反应器的分类D直管式反应器B多管反应器C盘管式反应器AU形管式反应器直管式反应器水平管式反应器(1)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。(a)(b)（a）单程式（b）夹套式立管式反应器（2）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。直管式反应器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φ400mm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。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。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。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。图3.7直管二，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。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。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150-200'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。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、引发剂及其不同的注入部泣，以及由于助剂注入方法、产品的处理、返回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。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。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。管式法生产高压聚乙烯