结构特点:超高压管式反应器通常呈管状,长径比很大,由无缝钢管与U 形管连接而成,其结构可以是单管,也可以是多管并联。管体一般采用高强度、耐腐蚀的材料制成,如不锈钢、镍基合金等,以承受超高压和高温的工作环境。
工作原理:反应物从反应器的一端进入,在超高压和适宜温度条件下,沿着管道流动并进行化学反应,产物从另一端流出。由于管内反应物的流动近似为平推流,反应物在反应器中停留时间相对一致,使得反应具有较好的可控性和重复性。
超高压管式反应器是管式法LDPE/EVA装置中重要的反应设备,其核心技术是超高压反应管的设计制造技术和夹套设计技术。目前德国、美国、奥地利、日本等国拥有该设备的设计制造技术。目前国内装置的超高压管式反应器直接采购国外产品价格昂贵,交货周期长,维护服务困难,但因国内缺乏成系统的超高压管式反应器设计生产能力,国内新建和改造的重要石油化工等装置仍需大量进口该产品,因此超高压管式反应器关键技术研发与该类设备的国产化设计与制造意义重大。
高转化率:超高压条件能够使一些在常压或低压下难以进行的反应顺利进行,提高反应的转化率和选择性,有利于生产高附加值的产品。
高效传热传质:管式反应器具有较大的比表面积,单位体积传热面积大,有利于热量的传递和交换,可有效控制反应温度,同时也促进了反应物之间的传质过程,加快反应速率3。
连续化生产:适合连续操作,能够实现反应物的连续进料和产物的连续出料,便于与上下游工艺设备衔接,提高生产效率,降低生产成本,适用于大规模工业化生产。
低返混:返混小,反应物的浓度和反应器中任何一点的化学反应速度都不随时间变化,只随管的长度变化,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。
聚合物合成:在高分子材料领域,用于生产聚乙烯、聚丙烯、乙烯- 醋酸乙烯共聚物(EVA)等聚合物。例如,通过超高压管式反应器可以将乙烯单体聚合生成高压聚乙烯,这种聚乙烯具有良好的柔韧性和加工性能。
化学合成:在有机合成化学中,可用于进行一些需要超高压条件的化学反应,如高压加氢反应、环加成反应等,有助于合成具有特殊结构和性能的有机化合物。
材料科学研究:在材料科学领域,用于制备新型材料,如高强度碳纤维增强陶瓷基复合材料等。通过超高压处理,可以改变材料的晶体结构和性能,满足航空航天、电子等领域对高性能材料的需求。
材料选择:需要能够承受超高压、高温和腐蚀性介质的材料,研发和选用合适的材料是关键难题之一,既要保证材料的强度和耐腐蚀性,又要考虑材料的成本和加工性能。
加工制造:超长超细深孔高精度加工工艺要求极高,管道的加工精度、焊接质量等直接影响反应器的性能和安全性,制造过程中的质量控制难度较大。
安全控制:超高压环境下,一旦发生泄漏或爆炸等事故,后果将极其严重。因此,需要配备先进的安全监测和控制系统,如压力传感器、温度传感器、安全阀、爆破片等,以确保反应器的安全运行。