专业生产精馏塔、蒸馏塔等设备
产品导航:专业提供精馏塔设计蒸馏塔设计
电话:0510-85959554
手机:015335203623 
产品类别

    信息中心

管式反应器的一般放大过程介绍



管式反应器的一般放大过程介绍

引言

雷特石化精馏塔:管式反应器设备,一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。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。此外,管式反应器可实现分段控温。

精馏塔,精馏塔设计,蒸馏塔

管式反应器放大应注意的问题

1.为了保持反应器内物料的流动状况在放大后与放大前相同,无论是作层流还是作湍流流动,都应保持两系统物料流动的雷诺数相等;保持物料混合状态相同。

2.在保持大小两反应系统几何相似的前提下,根据化学反应工程理论考察物料停留时间,尽量保证反应器放大后的停留时间分布状况不恶化或放大前后平均停留时间相同,这样,利用化学反应工程理论,可以从本质上解决反应器的放大问题。

3.应保证大小两反应系统的反应温度相同且温度分布均匀一致。

4.反应器内物料流动所产生的压强变化与总压相比,计算如能忽略不计,则放大后的平均停留时间可用VR/qV,0计算

5.对于气相反应,当反应管的管长远大于管径,而产生的压强变化又影响到反应器的总压强时。除了保证放大前后而反应系统具有相同的平均停留时间和相同的停留时间分布函数外,还必须保证压强的变化值相同。要满足这一要求,则不一定能满足大小两反应系统的几何相似条件,此时可以暂时不考虑几何相似。

放大试验的基本概念和方法

2.1相关概念

2.1.1放大系数:在放大过程中,称放大后的试验规模与放大前规模之比为放大系数。

2.1.2放大现象:由于未充分认识放大规律,因过程规模变大造成指标不能重复的现象,称为放大现象。

2.1.3放大效应:

①多指放大后反应状况的恶化、转化率下降、选择性下降,造成收率下降或产品质量劣化的现象——负放大效应。

②放大中较好地解决了小型实验中不易解决的诸如计量、传热、搅拌等现象,少数场合也可使反应得到改善——正放大效应。

③放大效应的主要原因是设备放大后物料的流动状态改变,而影响传热和传质状态。

2.2 放大方法

中试放大有逐级经验放大法、相似放大法和数学模拟放大法。本文就管式反应器的相似放大法进行一下阐述。

管式反应器的放大

3.1放大的目标

放大的主要目标是要保持可接受的产品质量。理想地说,这意味着要在大装置中生产出与中试装置完全相同的产品。为了这样的结果,可能需要改变中试装置的操作条件,中试装置中生产的产品能在放大过程中被复制。

3.2放大方法

要增加管式反应器生产能力有三种概念上不同的方法

(1)平行添加同样的反应器。用于换热器的列管式设计就是常用的和较经济的增加生产能力的方法。

(2)将管子做长。增加管子长度不是常用的增加生产能力的方法,但它也是有用的。

(3)增大管径,保持恒压降或用几何相似规则进行放大。几何相似对子管子意味着放大中保持相同的长径比L/dt。对于恒压降的放大,若流体为湍流状态,则会降低长径比。

当传热是重要因素时,更愿意采用上述方法中的前两种。而对于绝热反应器第三种方法更经济。

下面文章将详细描述具体的放大过程:

3.2.1多管并联

精馏塔,精馏塔设计,蒸馏塔

并联放大可使反应条件完全相同。管数于生产能力的增加直接成正比:

放大应当是中试装置的完全复制,但流率增大到S倍,并联放大有三种类似的值得关注的问题。第一种问题主要适用于空管内的粘性流体,第二种问题主要适用于填充管。

(1)进料能在各管间均匀分布吗?

当反应造成很大的粘度变化时,将产生这种情况,当管束的量很大而沿管的压降很小时,原料分布可能是值得关注的问题。

(2)中试装置中的单管是否适当地代表多管设计的行为范围?

在非均相反应器的设计中,将大直径的催化剂颗粒用于小直径的反应管子就会产生这样的问题。值得关注的是孔隙率的随机变化会引起管与管之间的很大差异。建议的解决办法是最少并联三根管子进行中试。也可采用重复试验,在每次试验中重新装填反应管。

(3)壳层中的流动分布是否足够均匀,是否能使所有管子的传热系数都相同?

若解决了这些问题,并联放大就没有明显的限制。放大的通常目标是保持单序列过程,最大管径受传热限制。如果必须大量移热,则通常的做法是在中试反应器中采用与工业反应器直径相同的管子。

3.2.2多管串联

精馏塔,精馏塔设计,蒸馏塔

串联放大是指保持相同的管径、增加管长的特殊放大方法。该方法的依据是如果长度增加一倍,流速可增大一倍,而保持相同的停留时间,然而工业化放大需要付出的将会是为了克服因流速变大而增加的管道阻力,因此要提高设备的输送动力。

因此,在采用该种方法进行设备放大时,无论是湍流液相反应器的串联放大、层流反应器的串联放大、湍流气相反应器的串联放大、层流气体反应器的串联放大还是固定床的串联放大,通过泵向流体输入的功率,QP均会按照对应的S的指数公式成倍的急剧增加,单位体积流体的功率也会以S的指数公式成倍的增加。不过对湍流的情况,这种额外的能量换来了一些有利的结果,她会增加湍流和增进热量传递和混合。

3.2.3利用几何相似放大

并联放大在放大过程中ΔP保持不变,但多管设计并不总是最佳的选择。串联放大使用单管,但总压降会增加到极限的程度。保持单序列过程的一种方法是在中间点安装增压泵。在工业设计上,只考虑一个单管设计,同时为了限制工业装置的压力而增大管径就称为是几何相似放大。

相似放大法主要应用相似理论,即放大后体系与原体系之间的存在一定的相似性进行放大。

相似理论:

几何相似:几何相似要求两个大小不同体系的对应尺寸具有比例性。

运动相似:运动相似要求具有时间的比例性,即在几何相似的两体系中,各对应点的运动速率相同。

动力相似:动力相似要求具有力的比例性,即在几何相似的两体系中,各对应点承受的作用力相同。

热相似:热相似要求在几何相似的两体系间,各对应点的温度相同。

化学相似:化学相似要求在几何相似的两体系间,各对应点的各种化学物质的浓度相同。

SR=R2/R1是直径放大因子,SL=L2/L1是长度放大因子。几何相似意味着SR=SL。因此大、小反应器的管子具有相同的长径比。

管式反应器几何相似的恒压降放大,应该考虑如何在保持停留时间和压降都不变的条件下,进行单管放大,得到具有较高生产能力的装置。

4.结论

上述内容整理了目前普通管式反应器放大过程的方法总结。反应器是以可控方式实现化学加工的装置,反应器内进行化学反应的同时还涉及混合、传质、相变、加热、冷却等物理过程,随着装置的放大,物料的流动、传热、传质等物理过程的影响因素和条件发生了变化。提高放大效率、降低风险、实现工业过程与装置的高效率是工程放大的主要目标。


为您推荐:

  • 2017-12-14 管式反应器的一般放大过程介绍
  • 2017-12-14 组合桨的气液搅拌数值计算
  • 2017-12-11 各种封头的计算公式是怎么来的?
  • 2017-12-11 开孔与开孔补强
  • 2017-12-05 低温压力容器注意要点!


  • 浏览过此产品的用户还浏览过以下产品:
    • 恒沸精馏塔

      恒沸精馏塔

    • 蒸馏塔

      蒸馏塔

    • 精馏塔

      精馏塔

    • 重叠式换热器

      重叠式换热器