化学反应器的常见类型和应用

化学反应种类繁多，性质各异。化学反应器是化工生产的心脏部分，它们往往具有相差甚远的构形和尺寸，如窑炉、锅炉、釜、塔、混合器、高炉、回转窑等。

1、釜式反应器

釜式反应器也称反应釜或槽型反应器，其结构如图1所示。它主要由搅拌器、罐体、夹套、压出管、人孔、轴封、传动装置和支座等部分构成。

釜式反应器在有机化工生产和精细化工生产中应用十分广泛。不但用于酯化反应、皂化反应这样的均相反应，而且也广泛用于除气相反应以外的几乎所有的反应，如液相、液液相、液固相、气液固相反应等。

图1　釜式反应器

1—搅拌器;2—罐体;3—夹套;4—搅拌轴;5—压出管;6—支座;7—人孔;8—轴封;9—传动装置

2、管式反应器

管式反应器较多用于连续反应，有单管和多管之分，多管中又有多管平行连接和多管串联连接两种形式。几种典型的管式反应器如图2所示。管式反应器广泛应用于气相、液相反应，例如石油烃裂解制乙烯、丙烯，氯乙烯合成、环氧乙烷合成等生产。

图2　几种典型的管式反应器

3、塔式反应器

塔设备除了广泛应用于精馏、吸收、解吸和萃取外，还可作为反应器应用于气液相反应。常见的有板式塔、填料塔、喷雾塔和鼓泡塔。

板式塔和填料塔主要用于两种流体相反应的过程，如气液相反应和液液相反应。

喷雾塔主要用于气液相反应，它使液体成雾滴状分散于气体中。鼓泡塔也是一种塔式反应器，气体以气泡的形式通过液层，用以进行气液相反应。

如图3所示为设有挡板、塔外循环管和换热器的鼓泡塔。

图3　设有挡板、塔外循环管和换热器的鼓泡塔

1-塔体;2-挡板;3-塔外换热器

4、固定床反应器

固定床反应器的特点为反应器内填充有固定不动的固体催化剂颗粒或固体反应物，在流体通过时静止不动，主要用于气固相催化反应。固定床反应器结构简单，需要的辅助设备少，操作容易，应用广泛。按反应中是否与外界有热量交换可以划分为绝热式和换热式两大类。

如图4所示为绝热式固定床催化反应器和换热式固定床催化反应器。

图4　绝热式固定床催化反应器和换热式固定床催化反应器

1—矿渣棉;2—瓷环;3—催化剂

5、流化床反应器

流体自下而上通过固体颗粒床层，到流体速度增加到一定程度时，颗粒被流体托起作悬浮运动，这种现象叫固体流态化。利用流态化技术进行化学反应的装置叫流化床反应器。

流化床反应器在工业中的应用可分为催化过程和非催化过程两大类。催化裂化是利用流化床反应器的规模最大的工业生产过程，矿物加工为非催化反应过程，如硫铁矿焙烧、石灰石焙烧等。图5所示为制取环氧乙烷的流化床反应器和工业石灰石煅烧炉。

图5　制取环氧乙烷的流化床反应器和工业石灰石煅烧炉

6、移动床反应器

移动床反应器也是一种有固体颗粒参与的反应器，与固定床反应器的不同之处是固体颗粒边反应边整体移动位置。如固体颗粒为催化剂，则用提升装置将其输送至反应器顶部后返回反应器内。

反应流体与颗粒成逆流，此种反应器适用于催化剂需要连续进行再生的催化反应过程和固相加工反应。如图6所示为移动床反应器。

图6　移动床反应器

7、滴流床反应器

从某种意义上说，这种反应器也属于固定床反应器，当两股流体并流向下通过固定在反应器内的固体催化剂层时，称为滴流床(又叫涓流床)反应器，用于使用固体催化剂的气液相反应。如图7所示为重油加氢滴流床反应器。

图7　重油加氢滴流床反应器