回路热管反应器传热性能的研究及其工业应用

作者/来源：王志亮1，2，张红1，庄骏1（1.南京工业大学机械与动力工程学院，江苏 南京 210009；2.山东科技大学化学与环境工程学院，山东 青岛 266510）   日期： 2007-08-07   点击率：1080

    由于固定床反应器结构简单、操作方便、催化剂机械磨损小，床层内流体的流动接近活塞流，可以用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力，当伴有串联副反应时，可获得较高的选择性而被广泛应用。分析目前运行的用于放热反应的固定床反应器，通常采用物料外循环冷却或列管式反应器来实现反应热的外移。由于化学反应的放热与床层温度的关系是非线性的，而应用于移热过程的冷却规律是线性的，两者结合使得固定床反应器中的床层温度呈现非线性分布，具体表现为床层中出现“热点”温度和多态行为。反应器的速率和效率将受到严格限制，进料速度必须控制在防止出现“热点”温度、产生飞温、影响催化剂的活性和寿命的范围内。因此积极寻找和利用各种高效换热元件，降低床层“热点”温度的峰值，拓宽高反应活性的稳定区，对提高固定床反应器的生产能力、反应效率，进一步节约能源，提高经济效益有着重要意义。     热管是以相变方式传热的高效传热元件，具有传热能力大、沿程温度均匀、热流密度可变等特点。把热管与固定床反应器相结合，充分利用热管的高效传热能力，能降低反应区的热点峰值，拓宽较佳反应区域。 1  回路热管反应器的结构与工作原理     结合固定床反应器的技术要求，重力式回路热管固定床反应器成为较理想的结构形式，其工作原理如图1所示。     工业应用的反应器属于压力容器，其外壳为圆筒形。因此将热管蒸发段设计成螺距相同、纵向高度相同，而横向宽度不同的若干根蛇形热管等距离平行排列的内取热构件，安装在圆筒形反应器内，形成催化剂包埋热管的状态，构成热管反应器，其横截面如图2所示。当反应物流过催化剂床层发生化学反应并放出热量时，则反应热通过催化床层传递给热管内的工作介质，然后工作介质以相变方式吸收热量并产生蒸汽，蒸汽迅速到达位于化学反应器外部的冷凝段，在外部冷却下，凝结后的工作介质经下降管道通过重力回流到蒸发段实现自然循环，达到向外移热的目的，实现反应热的转....