化工反應器是如何運行

     化工裝置反應設備是發生化學反應或生物質變化等過程的場所，是流程性材料產品生產中的設備。應用于化工、煉油、冶金、

輕工等工業部門。在化工生產中，化學反應的種類很多，操作條件差異很大，物料的聚集狀態也各不相同，使用反應器的種類也是

多種多樣。

     一般可按用途、操作方式、結構型式等進行分類。常見的是按結構型式分類，可分為機械攪拌式反應器，釜式反應器、管式反應器、

塔式反應器、固定床反應器、流化床反應器，移動床反應器，電極式反應器和微反應器。

     機械攪拌式反應器可以用于均相反應，也可用于多相（液-液，氣-液，液-固）反應，可以間歇操作，也可以連續操作?？稍诔?，

加壓，真空下生產操作，可控制范圍大。同時在生產結束后，出料容易，反應器清洗方便，機械設計也已經成熟，因此用途十分廣。

     攪拌反應器主要由攪拌容器和攪拌機兩大部分組成，攪拌容器包括筒體，換熱元件及內構件。攪拌器，攪拌軸及密封裝置，傳動裝置

等統稱為攪拌機。

     釜式反應器也稱槽式、鍋式反應器。

     特點：反應器中物料濃度和溫度處處相等，并且等于反應器出口物料的濃度和溫度。物料質點在反應器內停留時間有長有短，存在

不同停留時間物料的混合，即返混程度大。反應器內物料所有參數，如濃度、溫度等都不隨時間變化，從而不存在時間這個自變量。 

     優點：適用范圍廣，投資少，投產容易，可以方便地改變反應內容。  

     缺點：換熱面積小，反應溫度不易控制，停留時間不一致。絕大多數用于有液相參與的反應，如：液液、液固、氣液、氣液固反應等。

    管式反應器主要用于氣相、液相、氣—液相連續反應過程，由單根(直管或盤管)連續或多根平行排列的管子組成，一般設有套管或殼管

式換熱裝置。其結構簡單，制造方便。

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。

     塔式反應器用于兩種流體相，如氣液相反應和液液反應等過程。

特點：

     一般高度為直徑的數倍乃至十余倍，塔內設有增加兩相接觸的構件。常見的有填料塔，板式塔，鼓泡塔，噴霧塔等。

     填料塔 結構簡單，耐腐蝕，適用于快速和瞬間反應過程，軸向返混可忽略。能獲得較大的液相轉化率。

     板式塔適于快速和中速反應過程。由于采用多板，可將軸向返混降到低，并可采用小的液流速率進行操作，從而獲得極高的液

相轉化率。氣液劇烈接觸，氣液相界面傳質和傳熱系數大，是強化傳質過程的塔型，因此適用于傳質過程控制的化學反應過程。

     鼓泡塔儲液量大，適于速度慢和熱效應大的反應。掖相袖向返混嚴重，連續操作型反應速率明顯下降。在單一反應器中，很難達

到高的液相轉化率，因此常用多級鼓泡塔串聯或采用間歇操作方式。

     固定床板反應器是指流體通過靜止不動的固體物料所形成的床層而進行化學反應的設備。以氣- 固反應的固定床反應器常見。

     固定床反應器有三種常見的形式：軸向絕熱式，徑向絕熱式，列管式。

特點：

     結構簡單，操作穩定，便于控制，易實現大型化和連續化生產，是現代化工廠和反應中應用很廣的反應器。其缺點是床層溫度分布不均勻。

     流化床反應器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態，并進行相反應過程或液固相反應過程的

反應器。流化床反應器多用于氣--固反應過程。

流化床反應器的優點 ： 

（1）由于可采用細粉顆粒，并在懸浮狀態下與流體接觸，流固相界面積大，有利于非均相反應的進行，提高了催化劑的利用率。 

（2）由于顆粒在床內混合激烈，使顆粒在全床內的溫度和濃度均勻一致，床層與內浸換熱表面間的傳熱系數很高[200～400W/（m2?K）]，

全床熱容量大，熱穩定性高，這些都有利于強放熱反應的等溫操作。這是許多工藝過程的反應裝置選擇流化床的重要原因之一。 

流化床反應器的缺點  ：

（1）氣體流動狀態與活塞流偏離較大，氣流與床層顆粒發生返混，以致在床層軸 向沒有溫度差及濃度差。加之氣體可能成大氣泡狀

態通過床層，使氣固接觸不良， 使反應的轉化率降低。因此流化床一般達不到固定床的轉化率。 

（2）催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，造成催化劑的損失和除塵的困難。 

（3）由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損嚴重。 

     當固體催化劑顆粒逐漸加入，反應物通過固體顆粒連續反應后連續排出，這種反應器稱為移動床反應器。在反應器的固體顆粒

之間基本上沒有相對運動，而是整個顆粒層的移動。因此可以看成是移動的固定床反應器。在生物領域運用較廣。

特點：

     固體和流體的停留時間可以在較大范圍內改變，固體和流體的運動接近活塞流，返混較少?？刂乒腆w粒子運動的機械裝置較復雜，

床層的傳熱性能與固定床接近。

     電化學反應器由兩個電極和電解質構成，用于輸出和產生電能。如圖的氫氧燃料電池，是以氫氣為原料，氧氣做氧化劑，通過

向氫電極提供氫氣，同時向氧電極供應氧氣，氫氣和氧氣在電極催化作用下，通過電解質生成水。

     特點：這是新型的反應器的類型之一，在未來清潔能源的使用上有很大的發展前景。

     微反應器是通過納米，微米的加工和細觀精細集成技術制造的小型反應系統。微反應器內反應流體的通道尺寸在納米，亞微米，

微米到亞微米量級，串、并流等高度集成?？梢灾瞥晌⒒炱?，微換熱，微反應和集多功能于一體的微芯片。

     特點：所需空間小，質量和能量消耗少，響應時間短，單位時間和空間內獲得的信息量大，可大批量生產和自動化安裝，很容易

實現一體化集成。