管式反应器

第4章 管式反应器

4.5 变温管式反应器

前面介绍的内容是针对等温反应器而言的，但在实际生产中多数为非等温操作，所以只用物料衡算式还不能确定反应器的状态，还需要使用能量衡算式。 4.5.1 管式反应器的热量衡算式

设管式反应器内流体的流动符合活塞流假定，取微元反应体积dVr为控制体积作热量衡算，即得管式反应器的热量衡算式。根据热力学第一定律，对于等压过程有 微元体积为

焓变为

该微元体积与环境交换的热量为

整理后则有

（4.25）

（4.26）

式中G：质量速度，dt：反应器直径，Tr：基准温度，Tc：换热介质温度

由于及，所以式（4.4）可写成

（4.27）

代入式（4.26）得反应过程的温度与转化率的关系式

对于多个反应的场合有

（4.28）

4.5.2 绝热管式反应器

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（4.29）

化学反应工程 网络课程 第4章

若反应在绝热条件下进行，dq=0，则有

如果Cpt不随温度及组成而变，积分上式得

（4.30）

（绝热温升）

图4.7 绝热反应过程转化率与温度的关系

由图4.7可见，绝热条件下进行吸热反应时，反应温度随转化率的增加而下降，进行不可逆放热反应时则相反，反应温度随转化率的增加而升高。所以，对于绝热管式反应器，一般情况下选择较高的进料温度是有利的。然而，对于可逆放热反应需作具体分析。图4.8为可逆放热反应的转化隆温度的关系图，图中AD、BE和CF分别是管式反应器进料温度为TA、TB和TC时的绝热操作线。从图中可以看出，存在着一最佳的进料温度，所需的反应体积最小。

图4.9为反应体积与进料温度的关系示意图，图中每条曲线是对一定的最终转化率而作出的。最终转化率越高，则最佳进料温度越低。

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