管式反应器上.doc

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。三、 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。u 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 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中合成氨。四、 管式反应器的日常维护管式反应器与釜式反应器相比较，由于没有搅拌器一类的转动部件故具有密封可靠、振动小、管理和维护简便的特点。但是经常性的巡回检查仍是不可少的。运行中出现故障时必须及时处理绝不能马虎了事。其维护要点如下：1、 反应器的振动通常有二个来源：一是超高压压缩机的往复运动造成的压力脉动的传递；二是反应器末端压力调节阀频繁动作而引起的压力脉动。振幅较大时要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及本体抱箍是否有松动，若有松动应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的紧固只能在停车后才能进行。同时要注意碟形弹簧垫圈的压缩量一般允许为压缩量的50%，以保证管子热膨胀时的伸缩自由。反应器振幅控制在0.1mm以下。 2、 要经常检查钢结构地脚螺栓是否有松动，焊缝部分是否有裂纹等。3、 开停车时要检查管子伸缩是否受到约束，位移是否正常。除直管支架处碟形弹簧垫圈不应卡死外，弯管支座的固定螺栓也不应该压紧，以防止反应器伸缩时的正常位移受到阻碍。五、 管式反应器常见故障分析与处理故障分析故障处理1安装密封面受力不均按规范要求重新安装2振动引起紧固件松动把紧紧固螺栓3滑动部件受阻造成热胀冷缩局部不均匀检查、修正相对活动部位4密封环材料处理不符合要求更换密封环5阀杆弯曲度超过规定值更换阀杆6阀芯、阀座密封面受伤阀座密封面研磨7装配不当，使油缸行程不足；阀杆与油缸锁紧螺母不紧；密封面光洁度差；装配前清洗不够解体检查重装，并做动作试验8阀体与阀杆相对密封面过大，密封比压减小更换阀门9油压系统故障造成油压降低检查并修理油压系统10填料压盖螺母松动拧紧螺母或更换11膜片存在缺陷注意安装前爆破片的检验12爆破片疲劳破坏按规定定期更换13油压放出阀联系失灵，造成压力过高检查油压放出阀联锁系统14运行中超温超压发生分解反应分解反应爆破后，应做下列各项检查：接头箱超声波探伤；相接邻近抄高压配管超声波探伤。经检查不合格接头箱及高压配管应更新15安装不当，使弹簧压缩量大，调整垫板厚度不当重新安装，控制碟形弹簧压缩量，选用适当厚度的调整垫板16机架支托滑动面相对运动受阻检查清理滑动面17支撑点固定螺栓与机架上长孔位置不正调整反应管位置或修正机架孔18套管进出口因管径变化引起汽蚀，穿孔套管定心柱处冲刷磨损穿孔停车局部修理19套管进出接管结构不合理改造套管进出接管结构20套管材料较差选用合适的套管材料21接口处焊接存在缺陷焊口按规范修补22联络管法兰紧固不均匀重新安装联络管，更换垫片六、 管式反应器的相关计算理想管式反应器基本方程式流入量流出量反应量累积量 0为理想管式反应器的基本方程式。无论是等温、变温或反应过程中反应物料的总摩尔数是否发生变化均可适用，只要满足平推流这一假定即可。 在下列两种情况下可以直接进行求解：u 等温理想管式反应器。反应速率常数为常数。u 绝热理想管式反应器。反应的热效应全部用作加热或冷却反应物料，反应物料沿反应器长度温度变化可以用热量衡算与反应转化率关联。反应速率常数可转化为转化率的函数。除上述两种情况，对于非绝热非等温过程，需结合热量衡算式联立求解。对于反应器压降较大的，如管式裂解反应器，还需要再与动量衡算式联立求解。对装有固体催化剂的固定床反应器，只要满足平推流的基本假定，同样可以适用。 空时、空速和停留时间空时 空速 停留时间 对于恒容过程，系统物料的密度不随反应转化率而变，即 ，所以空时和停留时间两者相等。对于非恒容过程，反应器内物料的体积流率随反应转化率而变化，因此空时和停留时间两者就有差异。对于等温恒容过程，只要把理想管式反应器空时代之理想间歇反应器中的反应时间t，则在理想间歇反应器中的结论完全适用于理想管式反应器。 等温等容理想管式反应器中简单反应的结果 反应前后分子数变化的气相反应u 在间歇反应器中分子数发生变化的气相反应，由于反应器的容积恒定，其结果使反应系统的总压变化，称之为恒容过程。 u 在连续流动的理想管式反应器中进行的气相反应，反应物料从反应器进口加入，如果忽略物料在管内流动的压力降，则反应器进口和出口系统压力不变，称之为恒压过程。 表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。 膨胀率法基于物系体积随转化率呈线性关系，即上式表示反应在等温等压下进行。膨胀率的定义是反应组分A全部转化后系统体积变化的分率，即膨胀因子法膨胀因子的定义是原料A消耗一衡分子时，反应系统总衡分子数的变化，对反应aAbB pPsS当理想管式反应器进口总摩尔流率为式中对等压过程因此膨胀因子和膨胀率的关系为 变分子数反应过程的反应器计算对于理想管式反应器中进行变分子气相反应过程，其基本方程式仍为只是反应速率表达式应把体积变化这一因素考虑进去，当用浓度表示反应速率时对n级反应，反应速率表达式为等温、变容理想管式反应器的设计式（膨胀率法） 对于AP反应反应级数反应速率式设计式零级一级二级等温、变容理想管式反应器的设计式（膨胀因子法）当用分压表示反应速率式时，对级反应，反应速率式为反应级数 反应速率式 设计式零级Amp 二级2Amp 二级ABmp 理想管式反应器中空时和平均停留时间计算式相应为只有当反应前后分子数不变时，空时和平均停留时间两者相等。 七、 管式反应器生产实例乙酸乙酯管式反应器(一) 乙酸丁酯反应器（管式）的开车开车操作规程：装置的开工状态为换热器处于常温常压下，各调节阀处于手动关闭状态，各手操阀处于关闭状态.1. 开车前准备工作：1、熟悉工艺流程，熟悉操作设备，熟悉控制系统，熟悉开车规程2、确保检查仪表阀门及相关设备处于正确状态3、打开冷却水循环泵2. 开车：u 进料：（1）微开放空阀V4，准备进料。（2）向反应釜中进料醋酸、正丁醇跟浓硫酸。 打开进料阀阀V1，控制流量并向混合罐中充液。 打开进料阀阀V2，控制流量并向混合罐中充液。 打开进料阀阀V3，控制流量并向混合罐中充液。 当液位将达到要求时，控制流量，确保及时关进料阀V1、V2、V3。u 开车： 混合罐混合完毕后打开计后阀V6、泵1。 开启计后阀V5调节转子达到设计的流量。 混合罐内无物料时，关闭V6、泵1、V4。 开启预热器观察温度TI。 打开阀门V7使物料进入管式反应器、调节转子流量计达到任务设计要求。 物料进入完毕后关闭V7。 开启泠凝器冷水系统V9、V12。 进料的同时适当打开夹套蒸汽加热阀V10，打开疏水阀，观察压力上升情况，保持适当的温度上升速度。(二) 工艺参数控制要点：管式反应器管式反应器操作参数的控制 主要体现在：1. 工艺参数要求 管式反应器内压力不得高于1600-10000kPa(水平管式反应器受压能力)。 管式反应器温度为120（酯化反应温度）。 冷凝器出料温度应低于89.3（共沸物沸点）。 分馏器顶端的温度不高于89.3（共沸物沸点）。 控制V7调节流量为0.757m³。2. 主要工艺生产指标的调节方法 温度调节：操作过程中以温度为主要调节对象，以压力为辅助调节对象。升温慢会引起副反应速度大于主反应速度的时间段过长，因而引起反应的产率低。升温快则容易反应失控。 压力调节：压力调节主要是通过调节温度实现的，但在超温的时候可以微开放空阀，使压力降低，以达到安全生产的目的。 收率：由于在89.3以下时（要不断蒸出水分），副反应速度大于正反应速度，因此在安全的前提下快速升温是收率高的保证。3. 反应过程的控制 当管内温度快速升至105115左右关闭V10，停止通蒸汽加热。使得温度稳定在120左右。 当分馏器塔顶温度快速升至105115左右时，开大回流泠凝器冷凝水阀门V12、关小蒸汽阀门V10。控制速度上升。 当管内温度升至110以上时，是反应剧烈的阶段。应小心加以控制，防止超温。 分离层中分为两层，下层水可通过V13不断放掉。(三) 乙酸丁酯反应器（管式）的停车 当不能再蒸出水时，可认为酯化反应已达到终点。这时，分馏塔顶部的温度会升高。 关闭蒸汽阀V10，等排放完关闭冷凝水时疏水阀。 等分馏器跟换热器温度下降为室温时，打开分馏釜底出料阀V11。 打开分水器V13放掉反应产生的水，最终收集产品。 对设备进行检查、清洗。(四) 乙酸丁酯反应器（管式）的常见异常现象及处理序号异常现象原因分析判断操作处理方法1密封泄漏 安装密封受力不均 振动英气紧固件松动 滑动部件受阻造成热胀冷缩不均与 密封环材料处理不符合要求停车修理： 按照规范要求重构新安装 把紧紧固螺栓 检查、修正相对活动部位 更换密封环2放出阀泄露 阀杆弯曲度超过规定值 阀芯。阀座密封面受伤 装配不当，使油缸锁紧螺母不紧；密封面光洁度；装配前清洗不够 油压系统故障造成油压降低 填料压盖螺母松动停车修理： 更换阀杆 阀座密封面研磨 解体检查重装，兵作动作实验 更换阀门 检查兵修理油压系统 紧螺母或更换3爆破片爆破 膜片存在缺陷 爆破片疲劳破坏 油压放出阀连续失灵，造成压力过高 运行中超温超压，发生分解反应 注意安装前爆破片得检验 按规定定期更换 查油压放出阀连锁系统 分解反应爆破后，应作下检查4反应管胀缩卡死送 安装不当是弹簧压缩量大，调整垫板厚度不当 机架纸托滑动面相对运动受阻 支撑点固定螺栓与机架上长孔位置不正重新安装蝶形弹簧压缩量；选用适当厚度的调整垫板检查清理滑动面调整反应管位置或修正机架孔5套管泄露 套管进出口因管径变化气蚀，穿孔套管进出接管定心柱处冲刷磨损穿孔 套管进出接管结构不合理 套管材料较差 接口及焊接存在缺陷 连接管法兰紧固不均匀停车局部修理改造套管进出接管结构选用合适的套管材料焊口按规范修补重新安装连接管，更换垫片(五) 管式式反应器的维护管式反应器与釜式反应器相比较，由于没有搅拌器一类的转动部件，故具有密封可靠、振动小、管理和维护简便的特点。但是，经常性的巡回检查仍是不可少的。运行中出现故障时，必须及时处理，绝不能马虎了事。其维护要点如下：1、 反应器的振动通常有二个来源，一是超高压压缩机的往复运动造成的压力脉动的传递；二是反应器末端压力调节阀频繁动作而引起的压力脉动。振幅较大时要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及本体抱箍是否有松动，若有松动，应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的紧固只能在停车后才能进行。同时要注意碟形弹簧垫圈的压缩量，一般允许为压缩量的50%，以保证管子热膨胀时的伸缩自由。反应器振幅控制在0.1mm以下。2、 要经常检查钢结构地脚螺栓是否有松动，焊缝部分是否有裂纹等。3、 开停车时要检查管子伸缩是否受到约束，位移是否正常。除直管支架处碟形弹簧垫圈不应卡死外，弯管支座的固定螺栓也不应该压紧，以防止反应器伸缩时的正常位移受到阻碍。八、 相关习题(一) 判断题：1 按反应器的结构形式，可把反应器分成釜式、管式、固定床和流化床。 2 平推流反应器与全混流反应器均不存在返混。3 管式反应器亦可进行间歇式连续操作。(二) 选择题：1 化学反应器的分类方式很多，按 的不同可分为管式、釜式、塔式、固定床、流化床等。A. 聚集状态； B、换热条件； C、结构； D、操作方式2 管式加热炉传热的主要工艺指标有：全炉热效应.热负荷 火墙温度,流速和全炉压力降。A.炉管结焦时间 B.炉管表面热强度 C.燃烧室辐射强度 D.烟囱抽力(三) 填空题：1. 管式反应器主要用于气相或液相连续反应过程，具有容积 ，易于 -等优点；能承受较高的 ，故用于加压反应尤为合适；但对于慢速反应，则有需要管子 ，压降较大等方面的不足。2. 空间速度简称 ，是指在单位时间内所通过的 原料气的 流量。用SV表示，单位为 。(四) 问答题：1. 均相反应器有哪些？如何选择均相反应器？2. 管式反应器由哪些结构组成，有什么特点？(五) 参考答案：1. 判断题：T、F、T2. 选择题：C、C3. 填空题：1、大转换内压长度很长2、空速固定位置h-14. 问答题：1、答：均相反应器有管式反应器和釜式反应器。选择依据：根据物料的聚集状态选择；根据生产量选择；根据反应速率选择；根据动力学特性选择。2、答：由直管，弯管，密封环，法兰及紧固件，温差补偿器，传热夹套及连接管和机架等组成。特点：单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热效应较大的反应由于反应物在管式反应器中反应速率快，流速快，所以它的生产效率高。适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证 。与釜式反应器相比较，其犯混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流刑接近于理想置换流。结语从理论和实际分析，我们可以得出一个结论：反应器的选择是结合生产实际以及相关反应自身的特点的，与生产能力相关。不能盲目选用一种特定的反应器材，而要根据场地、反应以及很多很多条件来进行选择。参考文献：1陈炳和，许宁编：化工反应过程与设备反应器选择、设计和操作，北京化学工业出版社，2009年7月版致谢三年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首三年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师三年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要感谢老师们。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢老师耐心的辅导。在过程中老师也给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得系统能够及时开发完成，这里一并表示真诚的感谢。