空管反應(yīng)器主要用于氣相、液相、氣一液相連續(xù)反應(yīng)過(guò)程，由單根（直管或盤管）連續(xù)或多根平行排列的管子組成，一般設(shè)有套管或殼管式換熱裝置。操作時(shí)，物料自一端連續(xù)加入，在管中連續(xù)反應(yīng)，從另一端連續(xù)流出，便達(dá)到了要求的轉(zhuǎn)化率。由于空管反應(yīng)器能承受較高的壓力，故用于加壓反應(yīng)尤為合適，例如，油脂或脂肪酸加氫生產(chǎn)高碳醇、裂解反應(yīng)用的管式爐便是空管反應(yīng)器。

此種反應(yīng)器具有容積小、比表面大、返混少、反應(yīng)混合物連續(xù)性變化、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但若反應(yīng)速率較慢，則有所需管子長(zhǎng)、壓降較大等不足。隨著化工生產(chǎn)越來(lái)越趨于大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化，連續(xù)操作的空管反應(yīng)器在生產(chǎn)中使用越來(lái)越多，某些傳統(tǒng)上一直使用間歇攪拌釜的高分子聚合反應(yīng)，目前也開(kāi)始改用連續(xù)操作的空管反應(yīng)器。

空管反應(yīng)器的長(zhǎng)徑比較大，與釜式反應(yīng)器相比在結(jié)構(gòu)上差異較大，有直管式、盤管式、多管式等，如圖1所示。

反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一般流程如下：

1、收集與所需反應(yīng)和副反應(yīng)的所有熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。大多數(shù)有用的信息不可能都從文獻(xiàn)檢索中收集，因?yàn)殛P(guān)于商業(yè)上頗具吸引力的過(guò)程只有極少的信息在公開(kāi)發(fā)行的文獻(xiàn)上出版。反應(yīng)器設(shè)計(jì)所需的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)一般是從實(shí)驗(yàn)室和中試現(xiàn)場(chǎng)研究獲得。對(duì)于反應(yīng)速率來(lái)說(shuō)，反應(yīng)操作條件：壓力、溫度、流速和催化劑濃度范圍值都是需要知道的。

2、收集設(shè)計(jì)所需的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)，要么通過(guò)估計(jì)從文獻(xiàn)查閱，如果必要，要么就通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。

3、確定優(yōu)勢(shì)速控機(jī)理：動(dòng)力學(xué)，傳質(zhì)或傳熱。基于類似反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，或根據(jù)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，選擇合適的反應(yīng)器類型。

4、初步選擇獲得所需轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率的反應(yīng)器條件。

5、篩選反應(yīng)器形狀并估計(jì)其性能。精確分析求解設(shè)計(jì)關(guān)系式幾乎是不可能的，一般不得不采用基于理想化反應(yīng)器分析的半經(jīng)驗(yàn)方法。

6、選擇合適的結(jié)構(gòu)建材。

7、對(duì)反應(yīng)器作初步的機(jī)械設(shè)計(jì)：容器設(shè)計(jì)，傳熱表面，內(nèi)部構(gòu)件和總布局圖。

8、對(duì)計(jì)劃的設(shè)計(jì)、投資和運(yùn)營(yíng)進(jìn)行成本核算，如果必要，重復(fù)4~8步，優(yōu)化設(shè)計(jì)。在選擇反應(yīng)器條件時(shí)，特別是轉(zhuǎn)化率以及優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)與其他過(guò)程操作的相互關(guān)系是不能忽視的。反應(yīng)器中原料轉(zhuǎn)化率將會(huì)決定反應(yīng)器的大小和成本，包括任何設(shè)備需要分離和再循環(huán)未反應(yīng)原料的成本。在這些情況下，反應(yīng)器及其相關(guān)設(shè)備必須優(yōu)化成一個(gè)單元。

空管反應(yīng)器是一種呈管狀、長(zhǎng)徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。這種反應(yīng)器可以很長(zhǎng)，如丙烯二聚的反應(yīng)器管長(zhǎng)以千米計(jì)。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以是單管，也可以是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng)，如列管式固定床反應(yīng)器。通常，反應(yīng)物流處于湍流狀態(tài)時(shí)，空管的長(zhǎng)徑比大于50；填充段長(zhǎng)與粒徑之比大于100（氣體）或200（液體）。

在化工生產(chǎn)中，連續(xù)操作的空管反應(yīng)器可以近似看成是理想活塞流，又稱平推流或置換流（PFR）反應(yīng)器。它既適用于液相反應(yīng)，也適用于氣相反應(yīng)。當(dāng)用于液相反應(yīng)和反應(yīng)前后無(wú)物質(zhì)的量變化的氣相反應(yīng)時(shí)，可視為恒容過(guò)程；當(dāng)用于反應(yīng)前后有物質(zhì)的量變化的氣相反應(yīng)時(shí)，為變?nèi)葸^(guò)程。如果在反應(yīng)過(guò)程中利用適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)手段使溫度基本維持不變，則為恒溫過(guò)程，否則就為非恒溫過(guò)程。管式流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)非恒溫操作可分為絕熱式和換熱式兩種。空管反應(yīng)器多數(shù)采用連續(xù)操作，少數(shù)采用半間歇操作，很少使用間歇操作。

流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)存在流速分布，同一橫截面上，中間處的流速最大，越靠近器壁流速越小；當(dāng)流體呈層流時(shí)，其徑向流速分布為拋物面狀，如圖2中a所示，呈湍流時(shí)則隨湍動(dòng)的程度不同流速分布變得扁平，如圖2中b所示。

可以看出，中心部分的流體停留時(shí)間短，而靠近管壁處的流體停留時(shí)間長(zhǎng)。停留時(shí)間不同影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速率和程度。另外，由于反應(yīng)器內(nèi)的流體混合的形式和程度直接影響到反應(yīng)器內(nèi)各處流體的濃度和溫度，而它們又是決定反應(yīng)速率的因素，因此反應(yīng)器內(nèi)流體混合也是一個(gè)重要的影響因素。根據(jù)實(shí)際流動(dòng)狀況，對(duì)其進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，建立流動(dòng)模型。

活塞流是一種極端的理想流動(dòng)狀況，即徑向流速分布均勻，如圖2中c所示。所謂活塞流是指反應(yīng)物料以一致的方向、相同的速度從反應(yīng)器進(jìn)口向出口運(yùn)動(dòng)，像活塞一樣均勻地向前移動(dòng)。其特點(diǎn)是連續(xù)定態(tài)操作，在反應(yīng)器的各處截面上物料濃度均勻、溫度均勻，且物料參數(shù)不隨時(shí)間變化，屬于穩(wěn)態(tài)操作；物系參數(shù)隨軸向位置變化，故反應(yīng)速率隨軸向位置變化；所有物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相同，不存在返混。

所謂返混是指具有不同停留時(shí)間的流體粒子之間的混合。對(duì)活塞流反應(yīng)器而言，同一時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器的流體粒子必然在同一時(shí)刻離開(kāi)反應(yīng)器，即所有物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相同。因此，活塞流反應(yīng)器與間歇操作釜式反應(yīng)器具有相同的效果，即當(dāng)物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間相同時(shí)，兩者所達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率及最終收率相同。

對(duì)于連續(xù)操作釜式反應(yīng)器，假設(shè)剛進(jìn)入反應(yīng)器的新鮮物料與已經(jīng)存留在反應(yīng)器中的物料能達(dá)到瞬間的完全混合，以致在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)各處物料的濃度和溫度完全相同，且等于反應(yīng)器出口處物料的濃度和溫度，在這種情況下，物料的返混程度達(dá)到最大，這就是所謂的全混流模型，又稱完全混合流模型（CSTR），是另一種極端的理想流動(dòng)狀況。

活塞流和全混流都屬于理想化了的流動(dòng)，因此這兩種模型又稱為理想流動(dòng)模型。兩者最大的區(qū)別在于活塞流無(wú)返混存在，而全混流返混程度達(dá)到最大。

常用反應(yīng)器的類型（見(jiàn)表）有：①管式反應(yīng)器。由長(zhǎng)徑比較大的空管或填充管構(gòu)成，可用于實(shí)現(xiàn)氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)。②釜式反應(yīng)器。由長(zhǎng)徑比較小的圓筒形容器構(gòu)成，常裝有機(jī)械攪拌或氣流攪拌裝置，可用于液相單相反應(yīng)過(guò)程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應(yīng)過(guò)程。用于氣液相反應(yīng)過(guò)程的稱為鼓泡攪拌釜（見(jiàn)鼓泡反應(yīng)器）；用于氣液固相反應(yīng)過(guò)程的稱為攪拌釜式漿態(tài)反應(yīng)器。③有固體顆粒床層的反應(yīng)器。氣體或(和)液體通過(guò)固定的或運(yùn)動(dòng)的固體顆粒床層以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過(guò)程，包括固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器、涓流床反應(yīng)器等。④塔式反應(yīng)器。用于實(shí)現(xiàn)氣液相或液液相反應(yīng)過(guò)程的塔式設(shè)備，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（見(jiàn)彩圖）。⑤噴射反應(yīng)器。利用噴射器進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)氣相或液相單相反應(yīng)過(guò)程和氣液相、液液相等多相反應(yīng)過(guò)程的設(shè)備。⑥其他多種非典型反應(yīng)器。如回轉(zhuǎn)窯、曝氣池等。

放空管的消防規(guī)定

(1)放空管出口應(yīng)在遠(yuǎn)離明火作業(yè)的安全地區(qū)。若室內(nèi)放空管出口近屋頂，應(yīng)高出屋頂2M以上；在墻外的放空管應(yīng)超出地面4M以上，周圍并設(shè)置遮欄及標(biāo)示牌；室外設(shè)備的放空管應(yīng)高于附近有人操作的最高設(shè)備2M以上。排放時(shí)周圍應(yīng)禁止一切明火作業(yè)。

(2)應(yīng)有防止雨雪侵入和外來(lái)異物堵塞放空管和排污管的措施。

(3)放空閥應(yīng)能在控制室遠(yuǎn)方操作或放在發(fā)生火災(zāi)時(shí)仍有可能接近的地方。放空閥能力

應(yīng)與汽輪機(jī)破壞真空停機(jī)的惰走時(shí)間相配合。

氫氣放空管，應(yīng)設(shè)阻火器。阻火器應(yīng)設(shè)在管口處。放空管的設(shè)置，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 應(yīng)引至室外，放空管管口應(yīng)高出屋脊1m；

　　2 應(yīng)有防雨雪侵入和雜物堵塞的措施；

　　3 壓力大于0.1 MPa時(shí)，阻火器后的管材，應(yīng)采用不銹鋼管。