連續(xù)流化工過程強(qiáng)化:管道反應(yīng)器
管道反應(yīng)器的尺寸一般在DN10-DN100之間,在這個(gè)尺度范圍內(nèi)管道容易加工成各種形狀,如盤管或者蛇管。同時(shí)對(duì)于管道連接,我們也有更多的標(biāo)準(zhǔn)件可以使用。實(shí)際上微通道反應(yīng)器也是管道反應(yīng)器的一種。只不過微通道反應(yīng)器要求尺寸特征在1mm以下,可以說是一種變細(xì)的管道反應(yīng)器。
管道反應(yīng)器和微通道反應(yīng)器優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比:
1.對(duì)于反應(yīng)器系統(tǒng)來說比較重要的就是換熱比表面積。比表面積大體上是與特征尺寸成反比的。最小的管道反應(yīng)器直徑都在微通道反應(yīng)器的10倍以上也就是說比表面積為微通道反應(yīng)器的1/10。
2.管道反應(yīng)器內(nèi)傳熱系數(shù)不及微通道反應(yīng)器, 經(jīng)驗(yàn)上大概只有微反應(yīng)器的1/10-1/20。所以從傳熱能力的角度上來說,管道反應(yīng)器的換熱效果大概在微反應(yīng)器的百分之一,因此不可能進(jìn)行強(qiáng)放熱過程。當(dāng)然管道反應(yīng)器的換熱能力仍然明顯高于反應(yīng)釜,目前也有一些新技術(shù),主要對(duì)管道進(jìn)行加工,增加螺紋或收縮擴(kuò)張等結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳熱強(qiáng)化。通過傳熱強(qiáng)化,管道反應(yīng)器實(shí)際上傳熱系數(shù)方面可以達(dá)到微反應(yīng)器的1/2甚至接近。螺旋管換熱器,傳熱系數(shù)上已經(jīng)接近部分結(jié)構(gòu)的微通道反應(yīng)器了。所以管道反應(yīng)器對(duì)于放熱反應(yīng)是介于微通道反應(yīng)器與攪拌釜反應(yīng)器的中間品種,對(duì)于一些放熱稍強(qiáng)的反應(yīng),依然可以采用管道反應(yīng)器起到過程強(qiáng)化的目的,沒有必要采用微通道反應(yīng)器。
3.在傳遞特征尺寸方面管道反應(yīng)器依然不及微通道反應(yīng)器,這是由于反應(yīng)管尺寸特性決定的。但是在實(shí)際工程中,依舊可以通過一些方式進(jìn)行混合過程的強(qiáng)化經(jīng)過強(qiáng)化后的管道反應(yīng)器可以得到接近微通道反應(yīng)器的混合效果。比如對(duì)于氣液過程可以在管道前方加入氣液混合噴射機(jī)等進(jìn)行強(qiáng)化,實(shí)際混合效果也可以接近微通道反應(yīng)器。甚至在一些流程中,在反應(yīng)初始時(shí)采用微通道反應(yīng)器進(jìn)行混合,在反應(yīng)末端才用管道反應(yīng)器,這樣也可以降低成本。
管道反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)
1.成本低。管道反應(yīng)器的成本可以說是非常低廉的,最簡(jiǎn)單的管道反應(yīng)器采用普通的化工管道以及管道標(biāo)準(zhǔn)件就可以連接安裝,加工非常方便。不考慮額外的自動(dòng)控制系統(tǒng)的話,成本甚至比常規(guī)反應(yīng)釜更加低廉。
2.管道反應(yīng)器適用范圍比微通道反應(yīng)器廣。管道反應(yīng)器既可以用于液相反應(yīng),液液萃取過程也可以用于含有固體顆粒的催化反應(yīng)。由于管道反應(yīng)器的通道尺度更大,對(duì)固體的耐受能力更佳,因此對(duì)于含大量固體的體系,管道反應(yīng)器更加使用。同時(shí),由于管道尺寸較大也有利于采用規(guī)整結(jié)構(gòu)的催化劑。
3.管道反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面比較成熟。相對(duì)而言,微反應(yīng)器是一項(xiàng)新技術(shù),設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)需要一定時(shí)間的積累。但是管道反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)上有大量案例可以遵循,技術(shù)可靠性較高。另外就是從與現(xiàn)有工藝的適應(yīng)性角度來看,除了一些較危險(xiǎn)的工藝如硝化,重氮化等為強(qiáng)放熱反應(yīng)?,F(xiàn)在工廠中大部分反應(yīng)都較為溫和,這類反應(yīng)一般停留時(shí)間較長(zhǎng),采用微通道反應(yīng)器經(jīng)濟(jì)上不合理而采用管道反應(yīng)器卻是一個(gè)成本較低的選擇。
管道反應(yīng)器是介于攪拌釜與微通道反應(yīng)器之間的反應(yīng)系統(tǒng),成本上明顯低于微通道反應(yīng)器,當(dāng)然一分價(jià)錢一分貨,在一些技術(shù)性能上管道反應(yīng)器也遠(yuǎn)不及微反應(yīng)器。導(dǎo)致管道反應(yīng)器無法適用于強(qiáng)放熱以及要求流動(dòng)規(guī)律性的場(chǎng)合,但是對(duì)于現(xiàn)有的較為溫和的反應(yīng),管道反應(yīng)器對(duì)微反應(yīng)器有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上工廠進(jìn)行技術(shù)改造的過程中,如果要在連續(xù)化方面做一些工作,有沒有資金與能力做微反應(yīng)器開發(fā)的時(shí)候,建議從管道反應(yīng)器起步。另外在微化工小試實(shí)驗(yàn)階段,也可以采用管道反應(yīng)器初步判斷工藝可行性,成本較低結(jié)論上也具有一定的指向性。
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