一、概述
用于實現(xiàn)液相單相反應過程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反應過程。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,可用多層攪拌槳葉。在反應過程中物料需加熱或冷卻時,可在反應器壁處設置夾套,或在器內設置換熱面,也可通過外循環(huán)進行換熱。
塔式反應器
二、類型
常用反應器的類型有:
(1) 管式反應器。由長徑比較大的空管或填充管構成,可用于實現(xiàn)氣相反應和液相反應。
(2) 釜式反應器。由長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程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應過程。用于氣液相反應過程的稱為鼓泡攪拌釜(見鼓泡反應器);用于氣液固相反應過程的稱為攪拌釜式漿態(tài)反應器。
(3) 有固體顆粒床層的反應器。氣體或(和)液體通過固定的或運動的固體顆粒床層以實現(xiàn)多相反應過程,包括固定床反應器、流化床反應器、移動床反應器、涓流床反應器等。
(4) 塔式反應器。用于實現(xiàn)氣液相或液液相反應過程的塔式設備,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等(見彩圖)。
(5) 噴射反應器。利用噴射器進行混合,實現(xiàn)氣相或液相單相反應過程和氣液相、液液相等多相反應過程的設備。
(6) 其他多種非典型反應器。如回轉窯、曝氣池等。
三、操作方式
反應器按操作方式可分為:間歇釜式反應器;連續(xù)釜式反應器;半連續(xù)釜式反應器
(1) 間歇釜式反應器,或稱間歇釜:
操作靈活,易于適應不同操作條件和產品品種,適用于小批量、多品種、反應時間較長的產品生產。間歇釜的缺點是:需有裝料和卸料等輔助操作,產品質量也不易穩(wěn)定。但有些反應過程,如一些發(fā)酵反應和聚合反應,實現(xiàn)連續(xù)生產尚有困難,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(xù)操作反應器系連續(xù)加入原料,連續(xù)排出反應產物。當操作達到定態(tài)時,反應器內任何位置上物料的組成、溫度等狀態(tài)參數(shù)不隨時間而變化。半連續(xù)操作反應器也稱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(xù)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)點是設備簡單,同一設備可用于生產多種產品,尤其適合于醫(yī)藥、染料等工業(yè)部門小批量、多品種的生產。另外,間歇反應器中不存在物料的返混,對大多數(shù)反應有利。缺點是需要裝卸料、清洗等輔助工序,產品質量不易穩(wěn)定。
(2) 連續(xù)釜式反應器,或稱連續(xù)釜 :
可避免間歇釜的缺點,但攪拌作用會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間較長的場合,釜內物料流型可視作全混流,反應釜相應地稱作全混釜。在要求轉化率高或有串聯(lián)副反應的場合,釜式反應器中的返混現(xiàn)象是不利因素。此時可采用多釜串聯(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(guī)模生產應盡可能采用連續(xù)反應器。連續(xù)反應器的優(yōu)點是產品質量穩(wěn)定,易于操作控制。其缺點是連續(xù)反應器中都存在程度不同的返混,這對大多數(shù)反應皆為不利因素,應通過反應器合理選型和結構設計加以抑制。
(3) 半連續(xù)釜式反應器:
指一種原料一次加入,另一種原料連續(xù)加入的反應器,其特性介于間歇釜和連續(xù)釜之間。
四、加料方式
對有兩種以上原料的連續(xù)反應器,物料流向可采用并流或逆流。對幾個反應器組成級聯(lián)的設備,還可采用錯流加料,即一種原料依次通過各個反應器,另一種原料分別加入各反應器。除流向外,還有原料是從反應器的一端(或兩端)加入和分段加入之分。分段加入指一種原料由一端加入,另一種原料分成幾段從反應器的不同位置加入,錯流也可看成一種分段加料方式。
采用什么加料方式,須根據(jù)反應過程的特征決定。
五、換熱方式
多數(shù)反應有明顯的熱效應。為使反應在適宜的溫度條件下進行,往往需對反應物系進行換熱。換熱方式有間接換熱和直接換熱。間接換熱指反應物料和載熱體通過間壁進行換熱,直接換熱指反應物料和載熱體直接接觸進行換熱。對放熱反應,可以用反應產物攜帶的反應熱來加熱反應原料,使之達到所需的反應溫度,這種反應器稱為自熱式反應器。
按反應過程中的換熱狀況,反應器可分為:
(1) 等溫反應器 反應物系溫度處處相等的一種理想反應器。反應熱效應極小,或反應物料和載熱體間充分換熱,或反應器內的熱量反饋極大(如劇烈攪拌的釜式反應器)的反應器,這樣可近似看作等溫反應器。
(2) 絕熱反應器 反應區(qū)與環(huán)境無熱量交換的一種理想反應器。反應區(qū)內無換熱裝置的大型工業(yè)反應器,與外界換熱可忽略時,可近似看作絕熱反應器。
(3) 非等溫非絕熱反應器 與外界有熱量交換,反應器內也有熱反饋,但達不到等溫條件的反應器,如列管式固定床反應器。
換熱可在反應區(qū)進行,如通過夾套進行換熱的攪拌釜,也可在反應區(qū)間進行,如級間換熱的多級反應器。