管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及其應(yīng)運

1、管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)運管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器是是一種呈管狀、長徑比很一種呈管狀、長徑比很大可連續(xù)操作的大可連續(xù)操作的由多根細管串聯(lián)或并由多根細管串聯(lián)或并聯(lián)而構(gòu)成的一種反應(yīng)器。是一種適用聯(lián)而構(gòu)成的一種反應(yīng)器。是一種適用于氣體和液體、液體和液體的反應(yīng)的于氣體和液體、液體和液體的反應(yīng)的設(shè)備，還可用于腐蝕性物料的稀釋。設(shè)備，還可用于腐蝕性物料的稀釋。1由于反應(yīng)物的分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任由于反應(yīng)物的分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任何一點上的反應(yīng)物濃度和化學反應(yīng)速度都不隨時間而變化，只隨何一點上的反應(yīng)物濃度和化學反應(yīng)速度都不隨時間而變化，只隨管長變化。管長變化。

2、2管式反應(yīng)器的單位反應(yīng)器體積具有較大的換熱面，特別適用于熱效應(yīng)管式反應(yīng)器的單位反應(yīng)器體積具有較大的換熱面，特別適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。較大的反應(yīng)。3由于反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快，所以它的生產(chǎn)率高。由于反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快，所以它的生產(chǎn)率高。4管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)。管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)。5和釜式反應(yīng)器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流和釜式反應(yīng)器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近于理想置換流。體流型接近于理想置換流。管式反應(yīng)器的特點管式反應(yīng)器的分類D直管式反應(yīng)器直管式反應(yīng)器B多管反應(yīng)器多

3、管反應(yīng)器C盤管式反應(yīng)器盤管式反應(yīng)器AU U形管式反應(yīng)器形管式反應(yīng)器直管直管式反應(yīng)器式反應(yīng)器水平管式反應(yīng)器水平管式反應(yīng)器 (1)水平管式反應(yīng)器水平管式反應(yīng)器(a)(a)結(jié)構(gòu)類似單程套管換熱器；結(jié)構(gòu)類似單程套管換熱器；(b)(b)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由無縫管與由無縫管與U U型管連接而成，類似多程套管換熱器。型管連接而成，類似多程套管換熱器。 此類反應(yīng)器此類反應(yīng)器是進行氣相或液相均相反應(yīng)常用的一種管是進行氣相或液相均相反應(yīng)常用的一種管式反應(yīng)器，這種結(jié)構(gòu)易于加工制造和檢修。式反應(yīng)器，這種結(jié)構(gòu)易于加工制造和檢修。(a) (b)(a) (b)（a）單程式）單程式 （b）夾套式）夾套式 立管式反應(yīng)器立管式反應(yīng)器 （2

4、 2）立管式反應(yīng)器）立管式反應(yīng)器 （a a）為單程式立管式反應(yīng)器；）為單程式立管式反應(yīng)器；（b b）為夾套式立管式反應(yīng)器，其特點是將一束立管安裝）為夾套式立管式反應(yīng)器，其特點是將一束立管安裝 在一個加熱套筒內(nèi)，以節(jié)省地面。在一個加熱套筒內(nèi)，以節(jié)省地面。 立管式反應(yīng)器被應(yīng)用于液相氨化反應(yīng)、液相加氫反應(yīng)、立管式反應(yīng)器被應(yīng)用于液相氨化反應(yīng)、液相加氫反應(yīng)、液相氧化反應(yīng)等工藝中。液相氧化反應(yīng)等工藝中。直管直管式反應(yīng)器式反應(yīng)器盤管式反應(yīng)器盤管式反應(yīng)器盤管式反應(yīng)器盤管式反應(yīng)器 盤管式反應(yīng)器是將管式反應(yīng)器做成盤管的形式，設(shè)備緊湊，盤管式反應(yīng)器是將管式反應(yīng)器做成盤管的形式，設(shè)備緊湊，節(jié)省空間，但檢修和清刷管道比

5、較麻煩。節(jié)省空間，但檢修和清刷管道比較麻煩。 盤管式反應(yīng)器由許多水平盤管上下重疊串聯(lián)而成。每一個盤管式反應(yīng)器由許多水平盤管上下重疊串聯(lián)而成。每一個盤管是由許多半徑不同的半圓形管子相連接成螺旋形式，螺盤管是由許多半徑不同的半圓形管子相連接成螺旋形式，螺旋中央留出旋中央留出400 mm400 mm的空間，便于安裝和檢修。的空間，便于安裝和檢修。多管反應(yīng)器多管反應(yīng)器 多管式反應(yīng)器的傳熱面積較大，可適用于熱效應(yīng)較多管式反應(yīng)器的傳熱面積較大，可適用于熱效應(yīng)較大的均相反應(yīng)過程。多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)還可大的均相反應(yīng)過程。多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)還可充填固體顆粒，以提高液體湍動或促進非均相流體充填固體顆粒，以

6、提高液體湍動或促進非均相流體的良好接觸，并可用來貯存熱量使反應(yīng)器溫度能夠的良好接觸，并可用來貯存熱量使反應(yīng)器溫度能夠更好的控制，亦可適用于氣更好的控制，亦可適用于氣- -固、液固、液- -固非均相催化固非均相催化反應(yīng)過程。反應(yīng)過程。 通常按管式反應(yīng)器管道的連接方式的不同，把管式通常按管式反應(yīng)器管道的連接方式的不同，把管式反應(yīng)器分為反應(yīng)器分為多管串聯(lián)管式多管串聯(lián)管式反應(yīng)器和反應(yīng)器和多管并聯(lián)管式多管并聯(lián)管式反反應(yīng)應(yīng)器器多管并聯(lián)結(jié)構(gòu)多管并聯(lián)結(jié)構(gòu) 的管式反應(yīng)器一般的管式反應(yīng)器一般用于氣固相反應(yīng)，例如氣相氯化用于氣固相反應(yīng)，例如氣相氯化氫和乙炔在多管并聯(lián)裝有固相催氫和乙炔在多管并聯(lián)裝有固相催化劑的反應(yīng)器

7、中反應(yīng)制氯乙烯，化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)制氯乙烯，氣相氮和氫混合物在多管并聯(lián)裝氣相氮和氫混合物在多管并聯(lián)裝有固相鐵催化劑的反應(yīng)器中合成有固相鐵催化劑的反應(yīng)器中合成氨。氨。多管反應(yīng)器多管反應(yīng)器多管串聯(lián)結(jié)構(gòu)多管串聯(lián)結(jié)構(gòu) 的管式反應(yīng)器，一的管式反應(yīng)器，一般用于氣相反應(yīng)和氣液相反應(yīng)。般用于氣相反應(yīng)和氣液相反應(yīng)。例如烴類裂解反應(yīng)和乙烯液相氧例如烴類裂解反應(yīng)和乙烯液相氧化制乙醛反應(yīng)?；埔胰┓磻?yīng)。U U形管式反應(yīng)器形管式反應(yīng)器U形管式反應(yīng)器形管式反應(yīng)器 上圖是一種內(nèi)部設(shè)有攪拌和電阻加熱裝置的上圖是一種內(nèi)部設(shè)有攪拌和電阻加熱裝置的U U形管式反應(yīng)器。形管式反應(yīng)器。U U形管式反應(yīng)器的管內(nèi)設(shè)有擋板或攪拌裝置，以強化

8、傳熱與傳形管式反應(yīng)器的管內(nèi)設(shè)有擋板或攪拌裝置，以強化傳熱與傳質(zhì)過程。質(zhì)過程。 U U形管的直徑大，物料停留時間增長，可以應(yīng)用于反應(yīng)速率形管的直徑大，物料停留時間增長，可以應(yīng)用于反應(yīng)速率較慢的反應(yīng)。較慢的反應(yīng)。管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 它包括直管、彎管、密封環(huán)、法蘭及緊固件、溫度補償器、它包括直管、彎管、密封環(huán)、法蘭及緊固件、溫度補償器、傳熱夾套及聯(lián)絡(luò)管和機架等幾部分。傳熱夾套及聯(lián)絡(luò)管和機架等幾部分。 一，直管一，直管 直管的結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。內(nèi)管長8米，根據(jù)反應(yīng)段的不同，內(nèi)管內(nèi)徑通常也不同，有27mm和34mm，夾套管用焊接形式與內(nèi)管固定。夾套管上對稱地安裝一對不銹鋼

9、形補償器，以消除開停車時內(nèi)外管線膨脹系數(shù)不同而附加在焊縫上的拉應(yīng)力。 反應(yīng)器預(yù)熱段夾套管內(nèi)通蒸汽加熱進行反應(yīng)，反應(yīng)段和冷卻段通熱水移去反應(yīng)熱或冷卻。所以在夾套管兩端開了孔，并裝有連接法蘭，以便和相鄰夾套管相連通。為安裝方便，在整管中間部位裝有支座。圖圖3.73.7直管直管二，彎管二，彎管 彎管結(jié)構(gòu)與直管基本相同（見圖3.8）。彎頭半徑R5D（14%）。彎管在機架上的安裝方法允許其有足夠的伸縮量，故不再另加補償器。內(nèi)管總長（包括彎頭弧長）也是8米。 圖圖3.8 3.8 彎管彎管 管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 三，密封環(huán)三，密封環(huán) 套管式反應(yīng)器的密封環(huán)為透鏡環(huán)。

10、透鏡環(huán)有兩種形狀。一種是圓柱形的，另一種是帶接管的T形透鏡環(huán)，如圖3.9.圓柱形透鏡環(huán)用反應(yīng)器內(nèi)管同一材質(zhì)制成。帶接管的T形透鏡環(huán)是安裝測溫、測壓元件用的。 圖圖3.9 3.9 帶接管的帶接管的T T形透鏡環(huán)形透鏡環(huán)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)四，管件 反應(yīng)器的連接必須按規(guī)定的緊固力矩進行。所以對法蘭、螺柱和螺母都有一定要求。五，機架 反應(yīng)器機架用橋梁鋼焊接成整體。地腳螺栓安放在基礎(chǔ)樁的柱頭上，安裝管子支架部位裝有托架。管子用抱箍與托架固定。管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯 1933年(英)ICI公司超高壓反應(yīng)研究組在高溫高壓下制得白色蠟狀聚乙烯，并將其應(yīng)用作為高頻絕緣材料，在1939年建成loot/

11、a中試裝置，實現(xiàn)了高壓法工業(yè)生產(chǎn)聚乙烯。1942年出現(xiàn)了高壓釜式法生產(chǎn)聚乙烯1943美國 DuPon公司和UCC公開發(fā)了管式反應(yīng)器法。 圖為管式法高壓聚乙烯生產(chǎn)工藝示意。管式管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯法生產(chǎn)高壓聚乙烯 乙烯與低壓循環(huán)氣在前段渦輪壓縮機壓縮至25-30MPa，再經(jīng)后段往復(fù)超高壓壓縮機壓縮至反應(yīng)壓力(250-320MPa)，并預(yù)熱至150-200C后送入管式反應(yīng)器。在此狀態(tài)下，乙烯的密度約0.50g/cm3后段壓縮機的生產(chǎn)能已為35t/h，目前已大型化達到70t/h。 管式反應(yīng)器長徑此為10000-100000。乙烯在管中流速為8-30m/s，停留時間為0.5至數(shù)分鐘。以空氣、氧氣或有機

12、過氧化物為引發(fā)劑(催化劑)。聚合反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可使最高溫度達到330C,經(jīng)反應(yīng)器冷卻段冷后再添加引發(fā)劑聚合。在反復(fù)放熱一冷卻后，抽出反應(yīng)產(chǎn)物在高壓分離器中分離出聚合物和未反應(yīng)的乙烯。聚合物經(jīng)后處理即成產(chǎn)品。目前，乙烯單程轉(zhuǎn)化率已從初期的8-15%提高到24-30%。當采用25.4mm反應(yīng)管徑時，生產(chǎn)能力可以達到10-20kt/a。管式管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯法生產(chǎn)高壓聚乙烯 至今為止，各種管式法工藝的基本流程大體上與上述工藝相同。然而，由于采用了不同的聚合反應(yīng)器的進料點，分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑及其不同的注入部泣，以及由于助劑注入方法、產(chǎn)品的處理、返回乙烯的量和送出部位的不同，也就形成了各種不同特點的

13、工藝。 下圖對各種管式法高壓聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)進行比較。管式管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯法生產(chǎn)高壓聚乙烯管式管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯法生產(chǎn)高壓聚乙烯 為了降低壁量，提高傳熱效率，防止局部過熱，實際為了降低壁量，提高傳熱效率，防止局部過熱，實際生產(chǎn)中采取以下各種措施。生產(chǎn)中采取以下各種措施。（1）為適應(yīng)高溫高壓操作，反應(yīng)管的壁很厚，使傳熱阻力增加。為了提高傳熱效率，應(yīng)使物料維持很高的流速，一般可達到每秒十幾米。另一方面提高流速可使物料在管中的流速分布趨于平坦，流型更接近與平推流。因而使徑向濃度與溫度分布更趨均勻，粘壁物減少，產(chǎn)品質(zhì)量提高。（2）當操作運行時，為了盡可能降低粘壁物，可采用壓力脈沖反應(yīng)器，即使管內(nèi)壓力周期性的突然下降7-10MPa,然后再逐漸回復(fù)到原來的壓力。當壓力脈沖在管內(nèi)傳遞時，引起流速突然增大，因而能將黏附于壁上的積存物沖刷下來，從而減少熱阻，改善傳熱性能。管式管式法生產(chǎn)高壓聚乙烯法生產(chǎn)高壓聚乙烯（3）