反應(yīng)� (reactor)實現(xiàn)反應(yīng)過程的設(shè)備,廣泛�(yīng)用于化工、煉�、冶�、輕工等工業(yè)部門?;瘜W(xué)反應(yīng)工程以工�(yè)反應(yīng)器中進行的反�(yīng)過程為研究對象,運用�(shù)�(xué)模型方法建立反應(yīng)器數(shù)�(xué)模型,研究反�(yīng)器傳遞過程對化學(xué)反應(yīng)的影響以及反�(yīng)器動�(tài)特性和反應(yīng)器參�(shù)敏感�,以實現(xiàn)工業(yè)反應(yīng)器的可靠�(shè)計和操作控制�
用于實現(xiàn)液相單相反應(yīng)過程和液�、氣�、液�、氣液固等多相反�(yīng)過程。器�(nèi)常設(shè)有攪拌(機械攪拌、氣流攪拌等)裝�。在高徑比較大時,可用多層攪拌槳�。在反應(yīng)過程中物料需加熱或冷卻時,可在反�(yīng)器壁處設(shè)置夾�,或在器�(nèi)�(shè)置換熱面,也可通過外循�(huán)進行換熱�
操作方式 。反�(yīng)器按操作方式可分為:
①間歇釜式反�(yīng)�,或稱間歇釜�
操作靈活,易于適�(yīng)不同操作條件和產(chǎn)品品種,適用于小批量、多品種、反�(yīng)時間較長的產(chǎn)品生�(chǎn)。間歇釜的缺點是:需有裝料和卸料等輔助操�,產(chǎn)量也不易�(wěn)定。但有些反應(yīng)過程,如一些發(fā)酵反�(yīng)和聚合反�(yīng),實�(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)尚有困難,至今還采用間歇��
②連續(xù)釜式反應(yīng)�,或稱連續(xù)�??杀苊忾g歇釜的缺�,但攪拌作用會造成釜內(nèi)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�,釜�(nèi)物料流型可視作全混流,反�(yīng)釜相�(yīng)地稱作全混釜。在要求�(zhuǎn)化率高或有串�(lián)副反�(yīng)的場合,釜式反應(yīng)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(yīng)�,以減小返混的不利影響,并可分釜控制反�(yīng)條件�
③半連續(xù)釜式反應(yīng)��
指一種原料一次加入,另一種原料連續(xù)加入的反�(yīng)�,其特性介于間歇釜和連續(xù)釜之間�
1、連續(xù)式反�(yīng)器:在線上不停運�(zhuǎn)
2、袋式反�(yīng)器:用一次性無菌袋子完成培�(yǎng)
常用反應(yīng)器的類型(見表)有:
�管式反應(yīng)�。由長徑比較大的空管或填充管�(gòu)�,可用于實現(xiàn)氣相反應(yīng)和液相反�(yīng)�
②釜式反�(yīng)�。由長徑比較小的圓筒形容器構(gòu)�,常裝有機械攪拌或氣流攪拌裝置,可用于反�(yīng)器外型照�(4�)液相單相反應(yīng)過程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應(yīng)過程。用于氣液相反應(yīng)過程的稱為鼓泡攪拌釜(見鼓泡反應(yīng)器);用于氣液固相反�(yīng)過程的稱為攪拌釜式漿�(tài)反應(yīng)��
③有固體顆粒床層的反�(yīng)�。氣體或(�)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(yīng)過程,包括固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)�、移動床反應(yīng)器、涓流床反應(yīng)器等�
④塔式反�(yīng)�。用于實�(xiàn)氣液相或液液相反�(yīng)過程的塔式設(shè)備,包括填充�、板式塔、鼓泡塔等(見彩圖)�
⑤噴射反�(yīng)器。利用噴射器進行混合,實�(xiàn)氣相或液相單相反�(yīng)過程和氣液相、液液相等多相反�(yīng)過程的設(shè)備�
⑥其他多種非典型反應(yīng)�。如回轉(zhuǎn)�、曝氣池��
對有兩種以上原料的連續(xù)反應(yīng)�,物料流向可采用并流或逆流。對幾個反�(yīng)器組成級�(lián)的設(shè)�,還可采用錯流加�,即一種原料依次通過各個反�(yīng)�,另一種原料分別加入各反應(yīng)器。除流向外,還有原料是從反應(yīng)器的一�(或兩�)加入和分段加入之�。分段加入指一種原料由一端加�,另一種原料分成幾段從反應(yīng)器的不同位置加入,錯流也可看成一種分段加料方�。采用什么加料方�,須根據(jù)反應(yīng)過程的特征決定�
多數(shù)反應(yīng)有明顯的熱效�(yīng)。為使反�(yīng)在適宜的溫度條件下進行,往往需對反�(yīng)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(yīng)物料和載熱體通過間壁進行換熱,直接換熱指反應(yīng)物料和載熱體直接接觸進行換熱。對放熱反應(yīng),可以用反應(yīng)�(chǎn)物攜帶的反應(yīng)熱來加熱反應(yīng)原料,使之達到所需的反�(yīng)溫度,這種反應(yīng)器稱為自熱式反應(yīng)器�
按反�(yīng)過程中的換熱狀�,反�(yīng)器可分為�
①等溫反�(yīng)器反�(yīng)物系溫度處處相等的一種理想反�(yīng)�。反�(yīng)熱效�(yīng)極小,或反應(yīng)物料和載熱體間充分換�,或反應(yīng)器內(nèi)的熱量反饋極大(如劇烈攪拌的釜式反應(yīng)器)的反�(yīng)器,這樣可近似看作等溫反�(yīng)��
②絕熱反�(yīng)器反�(yīng)區(qū)與環(huán)境無熱量交換的一種理想反�(yīng)�。反�(yīng)區(qū)�(nèi)無換熱裝置的大型工業(yè)反應(yīng)�,與外界換熱可忽略時,可近似看作絕熱反應(yīng)器�
③非等溫非絕熱反�(yīng)器與外界有熱量交�,反�(yīng)器內(nèi)也有熱反饋,但達不到等溫條件的反�(yīng)�,如列管式固定床反應(yīng)器�
換熱可在反應(yīng)區(qū)進行,如通過夾套進行換熱的攪拌釜,也可在反應(yīng)區(qū)間進行,如級間換熱的多級反�(yīng)��
主要指反�(yīng)器的操作溫度和操作壓力。溫度是影響反應(yīng)過程的敏感因�,必須選擇適宜的操作溫度或溫度序�,使反應(yīng)過程在優(yōu)化條件下進行。例如對可逆放熱反�(yīng)�(yīng)采用先高后低的溫度序列以兼顧反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率(見化學(xué)平衡��
反應(yīng)器可在常�、加壓或負壓(真空)下操作。加壓操作的反應(yīng)器主要用于有氣體參與的反�(yīng)過程,提高操作壓力有利于加速氣相反�(yīng),對于總摩爾�(shù)減小的氣相可逆反�(yīng),則可提高平衡轉(zhuǎn)化率,如合成�、合成甲醇等。提高操作壓力還可增加氣體在液體中的溶解�,故許多氣液相反�(yīng)過程、氣液固相反�(yīng)過程采用加壓操作,以提高反應(yīng)速率,如對二甲苯氧化等�
對于特定的反�(yīng)過程,反�(yīng)器的選型需綜合考慮技�(shù)、經(jīng)濟及安全等諸方面的因素�
反應(yīng)過程的基本特征決定了適宜的反�(yīng)器形�。例如氣固相反應(yīng)過程大致是用固定床反�(yīng)器、流化床反應(yīng)器或移動床反�(yīng)�。但是適宜的選型則需考慮反應(yīng)的熱效應(yīng)、對反應(yīng)�(zhuǎn)化率和選擇率的要�、催化劑物理化學(xué)性態(tài)和失活等多種因素,甚至需要對不同的反�(yīng)器分別作出概念設(shè)�,進行技�(shù)的和�(jīng)濟的分析以后才能確定�
除反�(yīng)器的形式以外,反�(yīng)器的操作方式和加料方式也需考慮。例�,對于有串聯(lián)或平行副反應(yīng)的過�,分段進料可能�(yōu)于一次進料。溫度序列也是反�(yīng)器選型的一個重要因�。例�,對于放熱的可逆反�(yīng),應(yīng)采用先高后低的溫度序�,多�、級間換熱式反應(yīng)器可使反�(yīng)器的溫度序列趨于合理。反�(yīng)器在過程工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地�。就全流程的建設(shè)投資和操作費用而言,反�(yīng)器所占的比例未必很大。但其性能和操作的�(yōu)劣卻影響著前后處理及�(chǎn)品的�(chǎn)量和�(zhì)量,對原料消�、能量消耗和�(chǎn)品成本也�(chǎn)生重要影�。因�,反�(yīng)器的研究和開�(fā)工作對于�(fā)展各種過程工�(yè)有重要的意義�