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F-T合成反应器 呼跃军 摄
化工装置反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是流程性材料产品生产中的核心设备。广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。本期内蒙古化工小编就与大家分享一篇文章，了解反应器的基本知识。
一般可按用途、操作方式、结构型式等进行分类。最常见的是按结构型式分类，可分为机械搅拌式反应器，釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器，移动床反应器，电极式反应器和微反应器。 内蒙古化工小编接下来就就带你认识了解各类反应器和它们的特点。
机械搅拌式反应器可以用于均相反应，也可用于多相（液-液，气-液，液-固）反应，可以间歇操作，也可以连续操作。可在常压，加压，真空下生产操作，可控制范围大。同时在生产结束后，出料容易，反应器清洗方便，机械设计也已经成熟，因此用途十分广泛。
搅拌反应器主要由搅拌容器和搅拌机两大部分组成，搅拌容器包括筒体，换热元件及内构件。搅拌器，搅拌轴及密封装置，传动装置等统称为搅拌机。
特点：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。 反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。 优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。 缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。 管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过程，由单根(直管或盘管)连续或多根平行排列的管子组成，一般设有套管或壳管式换热装置。 其结构简单，制造方便。（1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。 （2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。 （3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。 （5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。 （6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。 塔式反应器广泛用于两种流体相，如气液相反应和液液反应等过程。1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板；6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段 一般高度为直径的数倍乃至十余倍，塔内设有增加两相接触的构件。常见的有填料塔，板式塔，鼓泡塔，喷雾塔等。 填料塔 结构简单，耐腐蚀，适用于快速和瞬间反应过程，轴向返混可忽略。能获得较大的液相转化率。 板式塔适于快速和中速反应过程。具有逐板操作的特点，各板上维持相当的液量、以进行气液相反应。由于采用多板，可将轴向返混降到最低，并可采用最小的液流速率进行操作，从而获得极高的液相转化率。气液剧烈接触，气液相界面传质和传热系数大，是强化传质过程的塔型，因此适用于传质过程控制的化学反应过程。 鼓泡塔储液量大，适于速度慢和热效应大的反应。掖相袖向返混严重，连续操作型反应速率明显下降。在单一反应器中，很难达到高的液相转化率，因此常用多级鼓泡塔串联或采用间歇操作方式。 固定床板反应器是指流体通过静止不动的固体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。以气- 固反应的固定床反应器最常见。 固定床反应器有三种常见的形式：轴向绝热式，径向绝热式，列管式。 结构简单，操作稳定，便于控制，易实现大型化和连续化生产，是现代化工厂和反应中应用很广泛的反应器。其缺点是床层温度分布不均匀。 流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。流化床反应器多用于气--固反应过程。（1）由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大，有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 （2）由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200～400W/（m²·K）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。 （1）气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴 向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良， 使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。 （2）催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。 （3）由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。 当固体催化剂颗粒逐渐加入，反应物通过固体颗粒连续反应后连续排出，这种反应器称为移动床反应器。在反应器的固体颗粒之间基本上没有相对运动，而是整个颗粒层的移动。因此可以看成是移动的固定床反应器。在生物领域运用较广。
固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变，固体和流体的运动接近活塞流，返混较少。控制固体粒子运动的机械装置较复杂，床层的传热性能与固定床接近。 电化学反应器由两个电极和电解质构成，用于输出和产生电能。如图的氢氧燃料电池，是以氢气为原料，氧气做氧化剂，通过向氢电极提供氢气，同时向氧电极供应氧气，氢气和氧气在电极催化作用下，通过电解质生成水。 这是新型的反应器的类型之一，在未来清洁能源的使用上有很大的发展前景。 微反应器是通过纳米，微米的加工和细观精细集成技术制造的小型反应系统。微反应器内反应流体的通道尺寸在纳米，亚微米，微米到亚微米量级，串、并流等高度集成。可以制成微混器，微换热，微反应和集多功能于一体的微芯片。 所需空间小，质量和能量消耗少，响应时间短，单位时间和空间内获得的信息量大，可大批量生产和自动化安装，很容易实现一体化集成。
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来源：化学反应 化工707 等
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