4 管式反应器
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 5.6810/8.314101073
2/21/0.27810/??××===×××====×T T T T p C kmol m RT 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
???==??=×=×=×??∫
∫∫T T X X T T r T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX m X 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4
=×m 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 mol l 所以，所需反应器体积：00000000(1)()
275.80.95818.61 5.2 1.23110.95
=??===?×?∫A X A r 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。
4.31.013×105Pa 及20℃下在反应体积为0.5m 3的活塞流反应器进行一氧化氮氧化反应：
2
2432222 1.410,/.+→=×NO NO O NO O NO r C C kmol m s 式中的浓度单位为kmol/m 3。进气组成为10%NO,1%NO 2,9%O 2,80%N 2,若进气流量为0.6m 3/h （标准状况下），试计算反应器出口的气体组成。
解：由NO 氧化反应计量方程式可知此过程为变容过程，其设计方程为：
20400 1.410=×∫A X r A A A B V dX C Q C C （A ）
示中A,B 分别代表NO 和O 2。由题意可知，若能求得出口转化率，由（2.54）式得：
0001?
=+i i A A A i A A A y y X y y X ννδ便可求出反应器出口气体组成。已知：
003430202330
233
01,0.10,0.092
0.6(27320)/2730.644/ 1.788810/0.6 2.67710/22.42.677100.1 4.15910/0.6442.677100.09 3.74310/0.644
??????==?===+==×=
=×××==×××==×∑i A A B A i A B y y Q m h m s
F kmol h C kmol m C kmol m νδν所以，反应速率为：
2200042234
3
1(1)()21.410(10.05)(10.05)
(1)(3.743 2.078)101.410(10.05)???=×????×=×?A A B A A A A A A A A C X C C X r X X X X X 再将有关数据代入（A ）式：
管式反应器
管式反应器 除了上一章的两类理想反应器，管式反应器也是一类理想反应器模型（活塞流模型）。与间歇釜式反应器不同，全混流和活塞流模型用于流动过程。 根据上一章所学的知识，物料在反应器中的停留时间是决定化学反应转化程度和产物分布的一个重要因素。全混流和活塞流模型均是根据特定的停留时间分布规律建立起来的（这部分内容将在下一章中详细阐述），是两种极端的情况，是分析许多问题的出发点，也是各种实际反应器设计的理论基础。本章将涉及到如下的具体内容： 活塞流模型的基本假定 等温管式反应器设计与分析 管式反应器与釜式反应器的性能比较 循环管式反应器的分析计算 管式反应器的变温操作 第一节活塞流假定 流体流动是非常复杂的物理现象，影响到系统的反应速率和转化程度。 一、流动状况对反应过程的影响 1. 流动情况影响 例1. （1）空管中, 图4.1 （a）(b) 内部各部分流体的停留时间不同，因此反应时间也不一样，反应速率和最终转化率也不一样 第二节等温管式反应器的设计
一、单一反应 在管式反应器中进行的单一反应，取如图4.2所示的微元体（高为dZ） 图 4.2 管式反应器示意图 在定态条件下， 由此得到 或 ∴（4-4） ∴（4-5）假设 =常数（=X Af下的值），则 --釜式反应器的设计方程 式（4-5）可以进一步变成：
（间歇釜式的设计的方程为） 注意：二者尽管形式上相同，但一个是反应时间t，一个空时τ（与所选择的进口状态有关）。另外，间歇釜式反应器总是恒容的。如果管式反应器也在恒容下进行，则有τ=t；否则，τ≠t。 对于式（4-4），设反应器的截面积为A，则有dV r=Ad Z，那么 对于恒容过程 C A=C AO（1-X A）则 时间变量转化为位置变量。 例4.1 例4.2 例4.3例4.4例4.5 第三节管式与釜式反应器反应体积的比较 在处理量、组成、T、XAf相同的条件下进行对比。对于二级可逆反应，使用不同形式的理想反应器时所需要的反应体积如表4-1所示，即有 （本章前面和上一章的例题给出的结果） 一般来说，比较按正常动力学和反常动力学两种情况讨论：
4 管式反应器
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 5.6810/8.314101073 2/21/0.27810/??××===×××====×T T T T p C kmol m RT 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 ???==??=×=×=×??∫ ∫∫T T X X T T r T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX m X 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4 =×m 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 mol l 所以，所需反应器体积：00000000(1)() 275.80.95818.61 5.2 1.23110.95 =??===?×?∫A X A r A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X l kC X
第四章题解
4-1 在定态操作反应器的进口物料中脉冲注入示踪物料。出口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。假设在该过程中物料的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与 ])(2)(4[3109753864210c c c c c c c c c c t dt c i +++++++++?=?∞ ]0)5.20.1025.1(2)0.10.55.125.6(40[3 2 ++++++++= =100 min)/1(100 ) ()(0 ti i c dt c t c t E ==?∞
} )(])()()()([2])()()()([4)({3 10109977553 38866442211_ t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t t +++++++++?= ]0)03.08.05.0(2)14.05.075.013.0(40[3 2 +++++++++=min 187.6= ?∞ =-=-=0 22 2 2971.8187.625.47)(t dt t E t t σmin 2 4-2 无量纲方差表达式的推导 （1）推导无量纲方差2 22 /t t σσθ=； （2）推导CSTR 的2 2t t =σ。 1. τ θt = 2. τ τ t e t E - =1 )( 证明： 2 22)(i i i i t t t t E t -?=∑∞σ ? ∞ --= 2 21 t dt e t t τ τ 2 2)()()()(ττθθττθ--=?∞ - d t E ()]1)1([0 22 --=?∞ θθθτd E 22θστ= 222/τσσθt =∴ 220 2 2 2)(1 )(- - ∞ -=-=??t dt e t t dt t E t t t ττ σ
管式反应器课程设计
化学化工学院 化工专业课程设计 设计题目：管式反应器设计 化工系
化工专业课程设计——设计文档质量评分表（100分） 评委签名: 日期：
目录 绪论 .........................................................错误!未定义书签。1设计内容与方法介绍..........................................错误!未定义书签。 反应器设计概述............................................错误!未定义书签。 设计内容..................................................错误!未定义书签。 生产方法介绍..............................................错误!未定义书签。 反应器类型特点............................................错误!未定义书签。 反应器选择及操作条件说明..................................错误!未定义书签。2工艺计算....................................................错误!未定义书签。 主要物性数据..............................................错误!未定义书签。 计算，确定管长，主副反应收率.............................错误!未定义书签。 管数计算..................................................错误!未定义书签。3压降计算公式................................................错误!未定义书签。4催化剂用量计算..............................................错误!未定义书签。5换热面积计算................................................错误!未定义书签。6反应器外径计算..............................................错误!未定义书签。7壁厚计算....................................................错误!未定义书签。 8 筒体封头计算................................................错误!未定义书签。9管板厚度计算................................................错误!未定义书签。10设计结果汇总...............................................错误!未定义书签。11设计小结...................................................错误!未定义书签。
理想管式循环反应器
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。 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。 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2 3 23A A F F R == νν。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 。 这里，为了便于计算，给出以下定义。 A X ：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0 2 02A A A A F F F X -= 。 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
反应工程 答案 第四章精品文档15页
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： 在反应条件下该反应的速率方程为： 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： 所以，所需反应器体积为： 00000.5 1.500 2.50.95 333 1.5 1.501.5 1.5(10.95)10.278100.4329 3.0061.5(5.6810)(1) 1.51 ---==--=?=?=?--???T T X X T T r T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX m X 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4=?m 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： 所以，所需反应器体积： 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。 4.3 1.013×105Pa 及20℃下在反应体积为0.5m 3的活塞流反应器进行一氧化氮氧化反应： 式中的浓度单位为kmol/m 3。进气组成为10%NO,1%NO 2,9%O 2,80%N 2,若进气流量为0.6m 3/h （标准状况下），试计算反应器出口的气体组成。 解：由NO 氧化反应计量方程式可知此过程为变容过程，其设计方程为： 20400 1.410=??A X r A A A B V dX C Q C C （A ） 示中A,B 分别代表NO 和O 2。由题意可知，若能求得出口转化率，由（2.54） 式得： 便可求出反应器出口气体组成。已知： 所以，反应速率为： 再将有关数据代入（A ）式：
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解 小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：①管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。②釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。③有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。④塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。 一、管式反应器 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。
分类： 1、水平管式反应器 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。
2、立管式反应器 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。
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。
连续循环反应器中返混状况测定
实验二连续循环反应器中返混状况测定 实验目的 实验原理 在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器内由足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应。在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定。 在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管内流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混。若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混。返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比 R 为： 循环物料的体积流量 离开反应器物料的体积流量循环比 R 是连续均相管式循环反应器的重要特征，可自零变至无穷大。当R=0 时，相当于平推流管式反应器。当R=∞时，相当于全混流反应器。因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比 R，得到不同返混程度的反应系统。一般情况下，循环比大于 20 时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。 停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量 Q 的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。 由停留时间分布密度函数的物理含义，可知f(t)dt=V?C(t)dtQ Q=∫0∞VC(t)dt 所以f(t)=VC(t)/∫0∞VC(t)dt=C(t)/∫0∞C(t)dt 由此可见 f (t )与示踪剂浓度 C(t )成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以
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。 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。
管式反应器
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。 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。