化学反应工程反应器的分类
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依据反应器的操作方法,可分为:
间歇式反应器(Batch reactor)
连续式反应器(Continuous reactor)
半间歇式反应器(Semi-batch reactor)
依据反应器的热力学条件,可分为:
等温反应器(Isothermal reactor)
非等温反应器(Nonisothermal reactor)绝热式反应器(Adiabatic reactor)
非绝热式反应器(Non-adiabatic reactor)
依据反应器外型与结构,可分为:
槽(釜)式反应器(Tank reactor)
管式反应器(Tubular reactor)
塔式反应器(Column reactor)
依据反应物料的相态,可分为:
均相反应器(Homogeneous reactor)
非均相反应器(Heterogeneous reactor)
依据反应物料流动特性,可分为:
塞流反应器(Plug flow reactor)
层流反应器(Laminar flow reactor)
紊流反应器(Turbulent flow reactor)
依据反应物料的输送方式,可分为:
固定床反应器(Fixed-bed reactor)
流体化床反应器(Fluidized-bed reactor)
间歇式反应器的特点是所有的操作流程都是以分批方式进行,因此在每一批次的反应过程中均不受前后批次操作的影响。在反应系统方面,批式反应器最常用于液相反应,固相及液-固混合相也适用,但气相反应则较不适合,因为其所能处理的量少,而且反应过程中操作不易,只有在像是气体成分分析时,样品量少且需要精确数据的情况下,才会使用精密的批式反应装置(如气相层析仪)来进行分析,一般在处理大量气体反应时,则大多以连续式反应器为主。
另外,间歇式反应器的操作过程中包含进料、卸料以及清理设备等步骤,有相当长的非反应时间以及劳动力需求,因此,批式反应器通常应用于规模与产量较小的产业,如食品、药品、精密化学品等产品的制造。
连续式反应器
连续式搅拌槽反应器(英语:Continuously Stirred Tank Reactor,简称CSTR)连续式搅拌槽反应器,是一种广泛应用于化工生产中的反应器,其结构与一般批式反应器有些类似,但最主要的不同是反应器中的反应物与生成物都是连续的进入与输出。
平推流反应器
平推流反应器是指反应器内的物料流动满足塞流模型的反应器,塞流是描述流体的一种理想流动状态,将每一个截面视为一个单元,在每一单元中所有反应物初始浓度均相同,同时,所有的反应物料都假定沿着同一方向流动,而且没有返回混合的情况,另外,所有物料在反应器中的停留时间都相同,最终流出的物料转化率也一致,因此每一单元都可假设为一个微型的批式反应器,以整体来说,塞流反应器的性能,也类似于间歇式反应器。
依据塞流流动的定义,可得知塞流反应器应具有以下特点:
为连续式操作,所以在反应器的每一截面中,物料浓度不随时间改变。
反应器内的径向流动速度分布是均匀的,这是一种理想流动。因为在实际操作中,管内的流体无论是呈紊流或层流,其径向流速分布都是不均的。由此上述假设可推得塞流反应器中,物料浓度与反应速度在径向是均匀分布,仅沿着轴向逐渐变化。
在一般的化工生产中,管径较小、流速较快、长度较长的管式反应器或者固定床反应器通常会以塞流反应器模型来作设计。