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反應(yīng)器設(shè)備主要有以下類型：
?、俟苁椒磻?yīng)器。由長(zhǎng)徑比較大的空管或填充管構(gòu)成，可用于實(shí)現(xiàn)氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)。
?、诟椒磻?yīng)器。由長(zhǎng)徑比較小的圓筒形容器構(gòu)成，常裝有機(jī)械攪拌或氣流攪拌裝置，可用于液相單相反應(yīng)過(guò)程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應(yīng)過(guò)程。
用于氣液相反應(yīng)過(guò)程的稱為鼓泡攪拌釜（見(jiàn)鼓泡反應(yīng)器）；用于氣液固相反應(yīng)過(guò)程的稱為攪拌釜式漿態(tài)反應(yīng)器。
?、塾泄腆w顆粒床層的反應(yīng)器。氣體或(和)液體通過(guò)固定的或運(yùn)動(dòng)的固體顆粒床層以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過(guò)程，包括固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器、涓流床反應(yīng)器等。
④塔式反應(yīng)器。用于實(shí)現(xiàn)氣液相或液液相反應(yīng)過(guò)程的塔式設(shè)備，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。
一、管式反應(yīng)器
一種呈管狀、長(zhǎng)徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。這種反應(yīng)器可以很長(zhǎng)，如丙烯二聚的反應(yīng)器管長(zhǎng)以公里計(jì)。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以是單管，也可以是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng)，如列管式固定床反應(yīng)器。通常，反應(yīng)物流處于湍流狀態(tài)時(shí)，空管的長(zhǎng)徑比大于50；填充段長(zhǎng)與粒徑之比大于100(氣體)或200（液體），物料的流動(dòng)可近似地視為平推流。
1、水平管式反應(yīng)器
由無(wú)縫鋼管與U形管連接而成。這種結(jié)構(gòu)易于加工制造和檢修。高壓反應(yīng)管道的連接采用標(biāo)準(zhǔn)槽對(duì)焊鋼法蘭，可承受1600-10000kPa壓力。如用透鏡面鋼法蘭，承受壓力可達(dá)10000-20000kPa。
2、立管式反應(yīng)器
立管式反應(yīng)器被應(yīng)用于液相氨化反應(yīng)、液相加氫反應(yīng)、液相氧化反應(yīng)等工藝中。
3、盤管式反應(yīng)器
將管式反應(yīng)器做成盤管的形式，設(shè)備緊湊，節(jié)省空間。但檢修和清刷管道比較困難。
4、U形管式反應(yīng)器
U形管式反應(yīng)器的管內(nèi)設(shè)有多孔擋板或攪拌裝置，以強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)過(guò)程。U形管的直徑大，物料停留時(shí)間增長(zhǎng)，可應(yīng)用于反應(yīng)速率較慢的反應(yīng)。
圖片
5、多管并聯(lián)管式反應(yīng)器
多管并聯(lián)結(jié)構(gòu)的管式反應(yīng)器一般用于氣固相反應(yīng)，例如氣相氯化氫和乙炔在多管并聯(lián)裝有固相催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)制氯乙烯，氣相氮和氫混合物在多管并聯(lián)裝有固相鐵催化劑的反應(yīng)器中合成氨。
性能特點(diǎn)：
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。
此外，管式反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制。其主要缺點(diǎn)是，反應(yīng)速率很低時(shí)所需管道過(guò)長(zhǎng)，工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)。
二、釜式反應(yīng)器
釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器，它是各類反應(yīng)器中結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且應(yīng)用較廣的一種。主要應(yīng)用于液—液均相反應(yīng)過(guò)程，在氣—液、液—液非均相反應(yīng)過(guò)程中也有應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中，既適用于間歇操作過(guò)程，又可單釜或多釜串聯(lián)用于連續(xù)操作過(guò)程，但在間歇生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)用最多。
1、間歇釜
間歇釜式反應(yīng)器,或稱間歇釜。操作靈活，易于適應(yīng)不同操作條件和產(chǎn)品品種，適用于小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的產(chǎn)品生產(chǎn)。間歇釜的缺點(diǎn)是：需有裝料和卸料等輔助操作，產(chǎn)品質(zhì)量也不易穩(wěn)定。但有些反應(yīng)過(guò)程，如一些發(fā)酵反應(yīng)和聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)尚有困難，至今還采用間歇釜。
2、連續(xù)釜
連續(xù)釜式反應(yīng)器,或稱連續(xù)釜
3、釜式攪拌反應(yīng)器
釜式攪拌反應(yīng)器有立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌，臥式容器攪拌等類型。其中以立式容器中心攪拌反應(yīng)器是最典型的一種
常用攪拌器及流型示意
性能特點(diǎn)：
釜式反應(yīng)器具有適用的溫度和壓力范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性大、連續(xù)操作時(shí)溫度濃度容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。但用在較高轉(zhuǎn)化率工藝要求時(shí)，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(diǎn)時(shí)，應(yīng)用此類反應(yīng)器最為普遍。
三、固定床反應(yīng)器
又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過(guò)程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右，堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過(guò)床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時(shí)，床層則填裝固體反應(yīng)物。涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器，氣、液相并流向下通過(guò)床層，呈氣液固相接觸。
固定床反應(yīng)器有三種基本形式：
1、軸向絕熱式固定床反應(yīng)器
流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無(wú)熱交換。
2、徑向絕熱式固定床反應(yīng)器
流體沿徑向流過(guò)床層，可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng)，床層同外界無(wú)熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動(dòng)的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器,適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大,或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。
3、列管式固定床反應(yīng)器
由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數(shù)可多達(dá)上萬(wàn)根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級(jí)固定床反應(yīng)器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器,反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便在接近于最佳溫度條件下操作。
性能特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1、返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。
2、催化劑機(jī)械損耗小。
3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：
1、傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過(guò)允許范圍）。
2、操作過(guò)程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。
四、流化床反應(yīng)器
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。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱沸騰床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器在現(xiàn)代工業(yè)中的早期應(yīng)用為20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的粉煤氣化的溫克勒爐（見(jiàn)煤氣化爐）；但現(xiàn)代流化反應(yīng)技術(shù)的開(kāi)拓，是以40年代石油催化裂化為代表的。目前，流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。
性能特點(diǎn)：
與固定床反應(yīng)器相比，流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：
1、可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出；
2、流體和顆粒的運(yùn)動(dòng)使床層具有良好的傳熱性能，床層內(nèi)部溫度均勻，而且易于控制，特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)；
3、便于進(jìn)行催化劑的連續(xù)再生和循環(huán)操作，適于催化劑失活速率高的過(guò)程的進(jìn)行，石油餾分催化流化床裂化的迅速發(fā)展就是這一方面的典型例子。
然而，由于流態(tài)化技術(shù)的固有特性以及流化過(guò)程影響因素的多樣性，對(duì)于反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，流化床又存在很明顯的局限性：
1、由于固體顆粒和氣泡在連續(xù)流動(dòng)過(guò)程中的劇烈循環(huán)和攪動(dòng)，無(wú)論氣相或固相都存在著相當(dāng)廣的停留時(shí)間分布，導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品分布，降低了目的產(chǎn)物的收率；
2、反應(yīng)物以氣泡形式通過(guò)床層，減少了氣-固相之間的接觸機(jī)會(huì)，降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；
3、由于固體催化劑在流動(dòng)過(guò)程中的劇烈撞擊和摩擦，使催化劑加速粉化，加上床層頂部氣泡的爆裂和高速運(yùn)動(dòng)、大量細(xì)粒催化劑的帶出，造成明顯的催化劑流失；
4、床層內(nèi)的復(fù)雜流體力學(xué)、傳遞現(xiàn)象，使過(guò)程處于非定常條件下，難以揭示其統(tǒng)一的規(guī)律，也難以脫離經(jīng)驗(yàn)放大、經(jīng)驗(yàn)操作。
五、移動(dòng)床反應(yīng)器
一種用以實(shí)現(xiàn)氣固相反應(yīng)過(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。在反應(yīng)器頂部連續(xù)加入顆粒狀或塊狀固體反應(yīng)物或催化劑，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，固體物料逐漸下移，最后自底部連續(xù)卸出。流體則自下而上（或自上而下）通過(guò)固體床層，以進(jìn)行反應(yīng)。由于固體顆粒之間基本上沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但卻有固體顆粒層的下移運(yùn)動(dòng)，因此，也可將其看成是一種移動(dòng)的固定床反應(yīng)器。
魯奇爐
鋼鐵工業(yè)和城市煤氣工業(yè)發(fā)展之初，移動(dòng)床反應(yīng)器就曾被用于煤的氣化。1934年研制成功的移動(dòng)床加壓氣化器（魯奇爐），至今仍是的煤氣化裝置，其單臺(tái)日生產(chǎn)能力已達(dá)到1Mm以上。石油催化裂化發(fā)展初期，曾采用移動(dòng)床反應(yīng)器，但現(xiàn)已被流化床反應(yīng)器和提升管反應(yīng)器所取代。目前，應(yīng)用移動(dòng)床反應(yīng)器的重要化工生產(chǎn)過(guò)程有連續(xù)重整、二甲苯異構(gòu)化等催化反應(yīng)過(guò)程和連續(xù)法離子交換水處理過(guò)程。
三塔式移動(dòng)床工藝流程
移動(dòng)床反應(yīng)工藝流程
性能特點(diǎn)：
與固定床反應(yīng)器及流化床反應(yīng)器相比，移動(dòng)床反應(yīng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是固體和流體的停留時(shí)間可以在較大范圍內(nèi)改變，返混較?。ㄅc固定床反應(yīng)器相近），對(duì)固體物料性狀以中等速度（以小時(shí)計(jì)）變化的反應(yīng)過(guò)程也能適用。與此相比，固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器分別僅適用于固體物料性狀變化很慢（以月計(jì)）和很快（以分、秒計(jì)）的反應(yīng)過(guò)程。移動(dòng)床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是控制固體顆粒的均勻下移比較困難。工業(yè)生產(chǎn)中有時(shí)采用模擬移動(dòng)床以避免上述缺點(diǎn)（見(jiàn)固定床傳質(zhì)設(shè)備）。
六、涓流床反應(yīng)器
又稱滴流床反應(yīng)器，是氣體和液體并流通過(guò)顆粒狀固體催化劑床層，以進(jìn)行氣液固相反應(yīng)過(guò)程的一種反應(yīng)器（見(jiàn)圖）。涓流床反應(yīng)器中催化劑以固定床的形式存在，故這種反應(yīng)器也可視為固定床反應(yīng)器的一種。為了有利于氣體在液體中的溶解，涓流床反應(yīng)器常在加壓下操作。石油煉制中的加氫裂化和加氫脫硫，是應(yīng)用大型涓流床反應(yīng)器的工業(yè)過(guò)程。涓流床反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中也有應(yīng)用，但規(guī)模較小，例如用于以三氧化鎢為催化劑，由丙烯水合制取異丙醇等。涓流床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)狀況，與填充塔略有不同，氣液兩相并流向下，不會(huì)發(fā)生液泛；催化劑微孔內(nèi)貯存一定量近于靜止的液體。涓流床反應(yīng)器通常采用多段絕熱式,在段間換熱或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度;每段頂部設(shè)置分布器使液流均布，以保證催化劑顆粒的充分潤(rùn)濕。
性能特點(diǎn)：
與氣液固相反應(yīng)過(guò)程常用的漿態(tài)反應(yīng)器相比，涓流床反應(yīng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：
1、返混小，便于達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率；
2、液固比低，液相副反應(yīng)少；
3、避免了催比劑細(xì)粉的回收問(wèn)題。缺點(diǎn)是：溫度控制比較困難；催化劑顆粒內(nèi)表面往往未能充分利用；反應(yīng)過(guò)程中催化劑不能連續(xù)排出再生。
七、塔式反應(yīng)器
塔式反應(yīng)器主要分為以下幾種：
1、鼓泡塔反應(yīng)器
鼓泡塔反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。例如，各種有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)、各種石蠟和芳烴的氯化反應(yīng)、各種生物化學(xué)反應(yīng)、污水處理曝氣氧化和氨水碳化生成固體碳酸氫銨等反應(yīng)，都采用這種鼓泡塔反應(yīng)器。
2、填料塔反應(yīng)器
填料塔反應(yīng)器是廣泛應(yīng)用于氣體吸收的設(shè)備，也可用作氣、液相反應(yīng)器，由于液體沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而與氣相接觸進(jìn)行反應(yīng)，故液相主體量較少。適用于瞬間反應(yīng)、快速和中速反應(yīng)過(guò)程。例如，催化熱堿吸收CO2、水吸收NOX形成硝酸、水吸收HCl生成鹽酸、吸收SO3生成硫酸等通常都使用填料塔反應(yīng)器。填料塔反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降小、易于適應(yīng)各種腐蝕介質(zhì)和不易造成溶液起泡的優(yōu)點(diǎn)。填料塔反應(yīng)器也有不少缺點(diǎn)。首先，它無(wú)法從塔體中直接移去熱量，當(dāng)反應(yīng)熱較高時(shí)，必須借助增加液體噴淋量以顯熱形式帶出熱量；其次，由于存在低潤(rùn)濕率的問(wèn)題，在很多情況下需采用自身循環(huán)才能保證填料的基本潤(rùn)濕，但這種自身循環(huán)破壞了逆流的原則。盡管如此，填料塔反應(yīng)器還是氣液反應(yīng)和化學(xué)吸收的常用設(shè)備。特別是在常壓和低壓下，壓降成為主要矛盾時(shí)和反應(yīng)溶劑易于起泡時(shí)，采用填料塔反應(yīng)器尤為適合。
3、板式塔反應(yīng)器
板式塔反應(yīng)器的液體是連續(xù)相而氣體是分散相，借助于氣相通過(guò)塔板分散成小氣泡而與板上液體相接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。板式塔反應(yīng)器適用于快速及中速反應(yīng)。采用多板可以將軸向返混降低至最小程度，并且它可以在很小的液體流速下進(jìn)行操作，從而能在單塔中直接獲得*的液相轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，板式塔反應(yīng)器的氣液傳質(zhì)系數(shù)較大，可以在板上安置冷卻或加熱元件，以適應(yīng)維持所需溫度的要求。但是板式塔反應(yīng)器具有氣相流動(dòng)壓降較大和傳質(zhì)表面較小等缺點(diǎn)。
4、噴淋塔反應(yīng)器
噴淋塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，液體以細(xì)小液滴的方式分散于氣體中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點(diǎn)。適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，也適用于生成固體的反應(yīng)。噴淋塔反應(yīng)器具有持液量小和液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)過(guò)小，氣相和液相返混較為嚴(yán)重的缺點(diǎn)。
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