各類反應(yīng)器和它們的優(yōu)缺點(diǎn)介紹
更新時(shí)間：2018-07-20 點(diǎn)擊量：28272
反應(yīng)設(shè)備是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生物質(zhì)變化等過(guò)程的場(chǎng)所，是流程性材料產(chǎn)品生產(chǎn)中的核心設(shè)備。廣泛應(yīng)用于化工、煉油、冶金、輕工等工業(yè)部門。 在化工生產(chǎn)中，化學(xué)反應(yīng)的種類很多，操作條件差異很大，物料的聚集狀態(tài)也各不相同，使用反應(yīng)器的種類也是多種多樣。 一般可按用途、操作方式、結(jié)構(gòu)型式等進(jìn)行分類。常見(jiàn)的是按結(jié)構(gòu)型式分類，可分為機(jī)械攪拌式反應(yīng)器，釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器，移動(dòng)床反應(yīng)器，電極式反應(yīng)器和微反應(yīng)器。以下為大家介紹它們各自的特點(diǎn)：
機(jī)械攪拌式反應(yīng)器可以用于均相反應(yīng)，也可用于多相（液-液，氣-液，液-固）反應(yīng)，可以間歇操作，也可以連續(xù)操作。可在常壓，加壓，真空下生產(chǎn)操作，可控制范圍大。同時(shí)在生產(chǎn)結(jié)束后，出料容易，反應(yīng)器清洗方便，機(jī)械設(shè)計(jì)也已經(jīng)成熟，因此用途十分廣泛。 攪拌反應(yīng)器主要由攪拌容器和攪拌機(jī)兩大部分組成，攪拌容器包括筒體，換熱元件及內(nèi)構(gòu)件。攪拌器，攪拌軸及密封裝置，傳動(dòng)裝置等統(tǒng)稱為攪拌機(jī)。 釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器。 特點(diǎn)：反應(yīng)器中物料濃度和溫度處處相等，并且等于反應(yīng)器出口物料的濃度和溫度。物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間有長(zhǎng)有短，存在不同停留時(shí)間物料的混合，即返混程度大。 反應(yīng)器內(nèi)物料所有參數(shù)，如濃度、溫度等都不隨時(shí)間變化，從而不存在時(shí)間這個(gè)自變量。 優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣泛，投資少，投產(chǎn)容易，可以方便地改變反應(yīng)內(nèi)容。 缺點(diǎn)：換熱面積小，反應(yīng)溫度不易控制，停留時(shí)間不一致。絕大多數(shù)用于有液相參與的反應(yīng)，如：液液、液固、氣液、氣液固反應(yīng)等。 管式反應(yīng)器主要用于氣相、液相、氣—液相連續(xù)反應(yīng)過(guò)程，由單根(直管或盤管)連續(xù)或多根平行排列的管子組成，一般設(shè)有套管或殼管式換熱裝置。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。（1）由于反應(yīng)物的分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間而變化，只隨管長(zhǎng)變化。 （2）管式反應(yīng)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(yīng)較大的反應(yīng)。 （3）由于反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快，所以它的生產(chǎn)能力高。 （4）管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)。 （5）和釜式反應(yīng)器相比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近與理想流體。 （6）管式反應(yīng)器既適用于液相反應(yīng)，又適用于氣相反應(yīng)。用于加壓反應(yīng)尤為合適。 塔式反應(yīng)器廣泛用于兩種流體相，如氣液相反應(yīng)和液液反應(yīng)等過(guò)程。 一般高度為直徑的數(shù)倍乃至十余倍，塔內(nèi)設(shè)有增加兩相接觸的構(gòu)件。常見(jiàn)的有填料塔，板式塔，鼓泡塔，噴霧塔等。 填料塔 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐腐蝕，適用于快速和瞬間反應(yīng)過(guò)程，軸向返混可忽略。能獲得較大的液相轉(zhuǎn)化率。
板式塔適于快速和中速反應(yīng)過(guò)程。具有逐板操作的特點(diǎn)，各板上維持相當(dāng)?shù)囊毫?、以進(jìn)行氣液相反應(yīng)。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(jìn)行操作，從而獲得*的液相轉(zhuǎn)化率。氣液劇烈接觸，氣液相界面?zhèn)髻|(zhì)和傳熱系數(shù)大，是強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程的塔型，因此適用于傳質(zhì)過(guò)程控制的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。
鼓泡塔儲(chǔ)液量大，適于速度慢和熱效應(yīng)大的反應(yīng)。掖相袖向返混嚴(yán)重，連續(xù)操作型反應(yīng)速率明顯下降。在單一反應(yīng)器中，很難達(dá)到高的液相轉(zhuǎn)化率，因此常用多級(jí)鼓泡塔串聯(lián)或采用間歇操作方式。
固定床板反應(yīng)器是指流體通過(guò)靜止不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。以氣- 固反應(yīng)的固定床反應(yīng)器常見(jiàn)。 固定床反應(yīng)器有三種常見(jiàn)的形式：軸向絕熱式，徑向絕熱式，列管式。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定，便于控制，易實(shí)現(xiàn)大型化和連續(xù)化生產(chǎn)，是現(xiàn)代化工廠和反應(yīng)中應(yīng)用很廣泛的反應(yīng)器。其缺點(diǎn)是床層溫度分布不均勻。 流化床反應(yīng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器多用于氣--固反應(yīng)過(guò)程。 流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn) ： （1）由于可采用細(xì)粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大，有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率。 （2）由于顆粒在床內(nèi)混合激烈，使顆粒在全床內(nèi)的溫度和濃度均勻一致，床層與內(nèi)浸換熱表面間的傳熱系數(shù)很高[200～400W/（m²•K）]，全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高，這些都有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)的等溫操作。這是許多工藝過(guò)程的反應(yīng)裝置選擇流化床的重要原因之一。 流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn) ：（1）氣體流動(dòng)狀態(tài)與活塞流偏離較大，氣流與床層顆粒發(fā)生返混，以致在床層軸 向沒(méi)有溫度差及濃度差。加之氣體可能成大氣泡狀態(tài)通過(guò)床層，使氣固接觸不良， 使反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低。因此流化床一般達(dá)不到固定床的轉(zhuǎn)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(yán)重。 當(dāng)固體催化劑顆粒逐漸加入，反應(yīng)物通過(guò)固體顆粒連續(xù)反應(yīng)后連續(xù)排出，這種反應(yīng)器稱為移動(dòng)床反應(yīng)器。在反應(yīng)器的固體顆粒之間基本上沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而是整個(gè)顆粒層的移動(dòng)。因此可以看成是移動(dòng)的固定床反應(yīng)器。在生物領(lǐng)域運(yùn)用較廣。 固體和流體的停留時(shí)間可以在較大范圍內(nèi)改變，固體和流體的運(yùn)動(dòng)接近活塞流，返混較少?？刂乒腆w粒子運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置較復(fù)雜，床層的傳熱性能與固定床接近。 電化學(xué)反應(yīng)器由兩個(gè)電極和電解質(zhì)構(gòu)成，用于輸出和產(chǎn)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(guò)向氫電極提供氫氣，同時(shí)向氧電極供應(yīng)氧氣，氫氣和氧氣在電極催化作用下，通過(guò)電解質(zhì)生成水。 這是新型的反應(yīng)器的類型之一，在未來(lái)清潔能源的使用上有很大的發(fā)展前景。 微反應(yīng)器是通過(guò)納米，微米的加工和細(xì)觀精細(xì)集成技術(shù)制造的小型反應(yīng)系統(tǒng)。微反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)流體的通道尺寸在納米，亞微米，微米到亞微米量級(jí)，串、并流等高度集成?？梢灾瞥晌⒒炱?，微換熱，微反應(yīng)和集多功能于一體的微芯片。 所需空間小，質(zhì)量和能量消耗少，響應(yīng)時(shí)間短，單位時(shí)間和空間內(nèi)獲得的信息量大，可大批量生產(chǎn)和自動(dòng)化安裝，很容易實(shí)現(xiàn)一體化集成。
