在前幾期內(nèi)容中我們主要介紹了微通道反應(yīng)系統(tǒng)，實際上連續(xù)流化工過程中還有一種更簡單，更加容易實現(xiàn)的反應(yīng)系統(tǒng)，那就是今天我們要來說的管道反應(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。同時對于管道連接，我們也有更多的標(biāo)準(zhǔn)件可以使用。實際上我們之前提到的微通道反應(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。在這里我們將管道反應(yīng)器和微通道反應(yīng)器的優(yōu)劣勢做一個對比。

首先，對于反應(yīng)器系統(tǒng)來說比較重要的就是換熱比表面積。我們之前曾經(jīng)提過，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。同時管道反應(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。例如我在專欄中曾經(jīng)介紹過的螺旋管換熱器，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。

帶有波結(jié)結(jié)構(gòu)的換熱管，通過管徑不斷變化形成湍流，強(qiáng)化傳熱。

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。

以上是管道反應(yīng)器較微通道反應(yīng)器不足的地方，下面我們來說說管道反應(yīng)器的優(yōu)點。

首先是成本，管道反應(yīng)器的成本可以說是非常低廉的，最簡單的管道反應(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。不考慮額外的自動控制系統(tǒng)的話，成本甚至比常規(guī)反應(yīng)釜更加低廉。

生產(chǎn)中的管道反應(yīng)器，管道反應(yīng)器可根據(jù)場地需要做成直管，蛇管或者盤管

其次，管道反應(yīng)器的適用范圍較微通道反應(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，對固體的耐受能力更加，因此對于含大量固體的體系，管道反應(yīng)器更加使用。同時，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。

另外就是管道反應(yīng)器設(shè)計方面比較成熟。相對而言，微反應(yīng)器是一項新技術(shù)，設(shè)計經(jīng)驗需要一定時間的積累。但是管道反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計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，除了一些較危險的工藝如硝化，重氮化等為強(qiáng)放熱反應(yīng)。現(xiàn)在工廠中大部分反應(yīng)都較為溫和，這類反應(yīng)一般停留時間較長，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)器卻是一個成本較低的選擇。

在這里做一個總結(jié)，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)放熱以及要求流動規(guī)律性的場合，但是對于現(xiàn)有的較為溫和的反應(yīng)，管道反應(yīng)器對微反應(yīng)器有明顯的成本優(yōu)勢。實際上工廠進(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)的時候，建議從管道反應(yīng)器起步。另外在微化工小試實驗階段，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。

免責(zé)聲明：文章來源知乎  作者：法式滾筒YEboss公眾號：YEBOSS的化工大雜燴 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除。