管式反应器的结构及特点

管式反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。管式反应器可以很长,例如,丙烯二聚的反应器管长以公里计。

1)反应物分子在反应器内的停留时间相等,在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速率都不随时间而变化,只随管长变化;

2)管式反应器具有容积小、比表面积大等特点,换热效率高,安全性高,特别适用于热效应较大的反应;

3)管式反应器属于平推流反应器,相比于釜式反应器,管式反应器的物料返混较小,在流速较低的情况下,其管内流体流型接近于理想流体;

4)管式反应器应用范围广,既适用于液相反应,又适用于气相反应,对于加压反应尤为适合;

5)管式反应器可以实现停留时间的 控制,以及分段控温操作;

6)管式反应器单位体积处理量大,适用于反应速率快的大型化和连续化的化工生产。

管式反应器最主要的缺点是,反应速率很低时,需要较长的反应管道,工业上不易实现。

管式反应器的分类

1)水平管式反应器

水平管式反应器是进行气相或均液相反应常用的一种管式反应器,它由无缝钢管和U形管法兰连接而成,结构简单,易于加工制造和检修,如果进行高压反应,通常采用标准槽对焊钢法兰,可承压1600KPa-10000KPa,更高的压力可采用透镜面钢法兰,承受压力可达10000KPa-20000KPa。

2)盘管式反应器 ,将管式反应器做成盘管的形式,结构紧凑,节省空间,但是检修和清洗管道比较困难,图3中的盘管式反应器是由许多水平盘管上下重叠串联而成,每个盘管是由许多半径不同的半圆形管子连接成螺旋型式,螺旋中间流出几百毫米的空间,便于安装和检修。

3)U形管式反应器

U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传质与传热过程,U形管的直径较大,物料停留时间增长,可应用于反应速率相对较慢的反应。

例如带多孔挡板的U形管式反应器,被用于己内酰胺的聚合反应;带搅拌装置的U形管式反应器适用于非均液相物料或液固相悬浮物料,如甲苯的连续硝化、蒽醌的连续磺化等反应。

4)多管并联管式反应器

多管并联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取氯乙烯,气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的管式反应器中合成氨。

管式反应器的结构及特点

1)采用内外双换热结构,中空螺旋板或缠绕管结构加强传质的同时,与外层夹套双重作用,增强换热效果;

2)可用于粘稠液体的液液相混合反应过程,尤其适用于硝化反应等快速强放热反应;

3)亦适用于液液相或气液相反应生成固相产物的工艺过程。

适合用于硝化反应,传统反应釜存在诸多问题,如生产效率低下、易发生副反应、废酸处理量大等。内螺旋管式反应器通过内螺旋结构强化传质,内外夹击双重换热可以大幅提高生产效率、有效避免副反应的发生、显著降低酸的用量。