反應器的結構及工作原理

反應器的結構及工作原理

反應器是一種實現反應過程的設備，用于實現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，也可通過外循環進行換熱。

按操作方式分：

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，產品質量也不易穩定。但有些反應過程，如一些發酵反應和聚合反應，實現連續生產尚有困難，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。連續操作反應器系連續加入原料，連續排出反應產物。當操作達到定態時，反應器內任何位置上物料的組成、溫度等狀態參數不隨時間而變化。半連續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，尤其適合于醫藥、染料等工業部門小批量、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，產品質量不易穩定。

2、連續釜式反應器,或稱連續釜

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副反應的場合，釜式反應器中的返混現象是不利因素。此時可采用多釜串聯反應器,以減小返混的不利影響，并可分釜控制反應條件。

大規模生產應盡可能采用連續反應器。連續反應器的優點是產品質量穩定，易于操作控制。其缺點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，應通過反應器合理選型和結構設計加以抑制。

按結構分：

一、管式反應器

由長徑比較大的空管或填充管構成，可用于實現氣相反應和液相反應。

性能特點：

1、由于反應物的分子在反應器內停留時間相等，所以在反應器內任何一點上的反應物濃度和化學反應速度都不隨時間而變化，只隨管長變化。

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，所以它的生產能力高。

4、管式反應器適用于大型化和連續化的化工生產。

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，管式反應器可實現分段溫度控制。其主要缺點是，反應速率很低時所需管道過長，工業上不易實現。

二、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。

性能特點：

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、連續操作時溫度濃度容易控制、產品質量均一等特點。但用在較高轉化率工藝要求時，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時，應用此類反應器最為普遍。

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