反應器（反應釜）的結構和工作原理
反應器是一種實(shí)現反應過(guò)程的設備，用于實(shí)現液相單相反應過(guò)程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反應過(guò)程。器內常設有攪拌（機械攪拌、氣流攪拌等）裝置。在高徑比較大時(shí)，可用多層攪拌槳葉。在反應過(guò)程中物料需加熱或冷卻時(shí)，可在反應器壁處設置夾套，或在器內設置換熱面，也可通過(guò)外循環(huán)進(jìn)行換熱。操作靈活，易于適應不同操作條件和產(chǎn)品品種，適用于小批量、多品種、反應時(shí)間較長(cháng)的產(chǎn)品生產(chǎn)。間歇釜的缺點(diǎn)是：需有裝料和卸料等輔助操作，產(chǎn)品質(zhì)量也不易穩定。但有些反應過(guò)程，如一些發(fā)酵反應和聚合反應，實(shí)現連續生產(chǎn)尚有困難，至今還采用間歇釜。
間歇操作反應器系將原料按一定配比一次加入反應器，待反應達到一定要求后，一次卸出物料。連續操作反應器系連續加入原料，連續排出反應產(chǎn)物。當操作達到定態(tài)時(shí)，反應器內任何位置上物料的組成、溫度等狀態(tài)參數不隨時(shí)間而變化。半連續操作反應器也稱(chēng)為半間歇操作反應器，介于上述兩者之間，通常是將一種反應物一次加入，然后連續加入另一種反應物。反應達到一定要求后，停止操作并卸出物料。
間歇反應器的優(yōu)點(diǎn)是設備簡(jiǎn)單，同一設備可用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品，尤其適合于醫藥、染料等工業(yè)部門(mén)小批量、多品種的生產(chǎn)。另外，間歇反應器中不存在物料的返混，對大多數反應有利。缺點(diǎn)是需要裝卸料、清洗等輔助工序，產(chǎn)品質(zhì)量不易穩定。
可避免間歇釜的缺點(diǎn)，但攪拌作用會(huì )造成釜內流體的返混。在攪拌劇烈、液體粘度較低或平均停留時(shí)間較長(cháng)的場(chǎng)合，釜內物料流型可視作全混流，反應釜相應地稱(chēng)作全混釜。在要求轉化率高或有串聯(lián)副反應的場(chǎng)合，釜式反應器中的返混現象是不利因素。此時(shí)可采用多釜串聯(lián)反應器,以減小返混的不利影響，并可分釜控制反應條件。大規模生產(chǎn)應盡可能采用連續反應器。連續反應器的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量穩定，易于操作控制。其缺點(diǎn)是連續反應器中都存在程度不同的返混，這對大多數反應皆為不利因素，應通過(guò)反應器合理選型和結構設計加以抑制。由長(cháng)徑比較大的空管或填充管構成，可用于實(shí)現氣相反應和液相反應。1、由于反應物的分子在反應器內停留時(shí)間相等，所以在反應器內任何一點(diǎn)上的反應物濃度和化學(xué)反應速度都不隨時(shí)間而變化，只隨管長(cháng)變化。2、管式反應器具有容積小、比表面大、單位容積的傳熱面積大，特別適用于熱效應較大的反應。3、由于反應物在管式反應器中反應速度快、流速快，所以它的生產(chǎn)能力高。4、管式反應器適用于大型化和連續化的化工生產(chǎn)。5、和釜式反應器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內流體流型接近與理想流體。6、管式反應器既適用于液相反應，又適用于氣相反應。用于加壓反應尤為合適。此外，管式反應器可實(shí)現分段溫度控制。其主要缺點(diǎn)是，反應速率很低時(shí)所需管道過(guò)長(cháng)，工業(yè)上不易實(shí)現。
由無(wú)縫鋼管與U形管連接而成。這種結構易于加工制造和檢修。高壓反應管道的連接采用標準槽對焊鋼法蘭，可承受1600-10000kPa壓力。如用透鏡面鋼法蘭，承受壓力可達10000-20000kPa。
立管式反應器被應用于液相氨化反應、液相加氫反應、液相氧化反應等工藝中。
將管式反應器做成盤(pán)管的形式，設備緊湊，節省空間。但檢修和清刷管道比較困難。
U形管式反應器的管內設有多孔擋板或攪拌裝置，以強化傳熱與傳質(zhì)過(guò)程。U形管的直徑大，物料停留時(shí)間增長(cháng)，可應用于反應速率較慢的反應。
多管并聯(lián)結構的管式反應器一般用于氣固相反應，例如氣相氯化氫和乙炔在多管并聯(lián)裝有固相催化劑的反應器中反應制氯乙烯，氣相氮和氫混合物在多管并聯(lián)裝有固相鐵催化劑的反應器中合成氨。由長(cháng)徑比較小的圓筒形容器構成，常裝有機械攪拌或氣流攪拌裝置，可用于液相單相反應過(guò)程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應過(guò)程。釜式反應器具有適用的溫度和壓力范圍寬、適應性強、操作彈性大、連續操作時(shí)溫度濃度容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。但用在較高轉化率工藝要求時(shí)，需要較大容積。通常在操作條件比較緩和的情況下操作，如常壓、溫度較低且低于物料沸點(diǎn)時(shí)，應用此類(lèi)反應器最為普遍。
間歇釜式反應器,或稱(chēng)間歇釜。操作靈活，易于適應不同操作條件和產(chǎn)品品種，適用于小批量、多品種、反應時(shí)間較長(cháng)的產(chǎn)品生產(chǎn)。間歇釜的缺點(diǎn)是：需有裝料和卸料等輔助操作，產(chǎn)品質(zhì)量也不易穩定。但有些反應過(guò)程，如一些發(fā)酵反應和聚合反應，實(shí)現連續生產(chǎn)尚有困難，至今還采用間歇釜。
釜式攪拌反應器有立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌，臥式容器攪拌等類(lèi)型。其中以立式容器中心攪拌反應器是最典型的一種。
用于實(shí)現氣液相或液液相反應過(guò)程的塔式設備，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。
鼓泡塔反應器廣泛應用于液體相也參與反應的中速、慢速反應和放熱量大的反應。例如，各種有機化合物的氧化反應、各種石蠟和芳烴的氯化反應、各種生物化學(xué)反應、污水處理曝氣氧化和氨水碳化生成固體碳酸氫銨等反應，都采用這種鼓泡塔反應器。
填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質(zhì)設備。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質(zhì)設備，兩相組成沿塔高連續變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續相，液相為分散相。
板式塔反應器的液體是連續相而氣體是分散相，借助于氣相通過(guò)塔板分散成小氣泡而與板上液體相接觸進(jìn)行化學(xué)反應。板式塔反應器適用于快速及中速反應。采用多板可以將軸向返混降低至最小程度，并且它可以在很小的液體流速下進(jìn)行操作，從而能在單塔中直接獲得極高的液相轉化率。同時(shí)，板式塔反應器的氣液傳質(zhì)系數較大，可以在板上安置冷卻或加熱元件，以適應維持所需溫度的要求。但是板式塔反應器具有氣相流動(dòng)壓降較大和傳質(zhì)表面較小等缺點(diǎn)。
噴淋塔反應器結構較為簡(jiǎn)單，液體以細小液滴的方式分散于氣體中，氣體為連續相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點(diǎn)。適用于瞬間、界面和快速反應，也適用于生成固體的反應。噴淋塔反應器具有持液量小和液側傳質(zhì)系數過(guò)小，氣相和液相返混較為嚴重的缺點(diǎn)。又稱(chēng)填充床反應器，裝填有固體催化劑或固體反應物用以實(shí)現多相反應過(guò)程的一種反應器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右，堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過(guò)床層進(jìn)行反應。它與流化床反應器及移動(dòng)床反應器的區別在于固體顆粒處于靜止狀態(tài)。固定床反應器主要用于實(shí)現氣固相催化反應，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類(lèi)蒸汽轉化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應時(shí)，床層則填裝固體反應物。涓流床反應器也可歸屬于固定床反應器，氣、液相并流向下通過(guò)床層，呈氣液固相接觸。
流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無(wú)熱交換。它的結構簡(jiǎn)單，催化劑均勻堆置于床內，床內沒(méi)有換熱裝置，預熱到一定溫度的反應物料流過(guò)床層進(jìn)行反應就可以了。
流體沿徑向流過(guò)床層，可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng)，床層同外界無(wú)熱交換。徑向反應器與軸向反應器相比，流體流動(dòng)的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應器的結構較軸向反應器復雜。以上兩種形式都屬絕熱反應器,適用于反應熱效應不大,或反應系統能承受絕熱條件下由反應熱效應引起的溫度變化的場(chǎng)合。
由多根反應管并聯(lián)構成。管內或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數可多達上萬(wàn)根。列管式固定床反應器適用于反應熱效應較大的反應。此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應器，稱(chēng)為多級固定床反應器。例如：當反應熱效應大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應器串聯(lián)成多級絕熱式固定床反應器,反應器之間設換熱器或補充物料以調節溫度，以便在接近于最佳溫度條件下操作。
流化床反應器是一種利用氣體或液體通過(guò)顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應過(guò)程或液固相反應過(guò)程的反應器。在用于氣固系統時(shí)，又稱(chēng)沸騰床反應器。流化床反應器在現代工業(yè)中的早期應用為20世紀20年代出現的粉煤氣化的溫克勒爐（見(jiàn)煤氣化爐）；但現代流化反應技術(shù)的開(kāi)拓，是以40年代石油催化裂化為代表的。目前，流化床反應器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門(mén)得到廣泛應用。
2、流體和顆粒的運動(dòng)使床層具有良好的傳熱性能，床層內部溫度均勻，而且易于控制，特別適用于強放熱反應；3、便于進(jìn)行催化劑的連續再生和循環(huán)操作，適于催化劑失活速率高的過(guò)程的進(jìn)行，石油餾分催化流化床裂化的迅速發(fā)展就是這一方面的典型例子。
由固體顆粒參與的反應器，與固定床反應器相似，不同之處固體顆粒自反應器頂部連續加入，自上而下移動(dòng)，由底部卸出。適用于催化劑需連續進(jìn)行再生的催化反應過(guò)程和固相加工反應。鋼鐵工業(yè)和城市煤氣工業(yè)發(fā)展之初，移動(dòng)床反應器就曾被用于煤的氣化。1934年研制成功的移動(dòng)床加壓氣化器（魯奇爐），至今仍是規模最大的煤氣化裝置，其單臺日生產(chǎn)能力已達到1Mm以上。石油催化裂化發(fā)展初期，曾采用移動(dòng)床反應器，但現已被流化床反應器和提升管反應器所取代。目前，應用移動(dòng)床反應器的重要化工生產(chǎn)過(guò)程有連續重整、二甲苯異構化等催化反應過(guò)程和連續法離子交換水處理過(guò)程。來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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