反应器分类

适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生 产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操 作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如 一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困 难，至今还采用间歇釜。 • 连续釜 • 釜式反应器 • 连续釜式反应器,或称连续釜
可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流 体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停 留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流， 反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有 串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是 不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返 混的不利影响，并可分釜控制反应条件。
搅拌装置
• 釜式反应器的搅拌装置 在化学工业中常用 的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械 搅拌装置包括搅拌器：包括旋转的轴和装 在轴上的叶轮；
• 辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、 搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。搅拌 器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的 组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械 能施加给液体，并促使液体运动。
入各反应器。除流向外，还有分段加入指一种原料由一端加入，另一种
原料分成几段从反应器的不同位置加入，
错流也可看成一种分段加料方式。采用什 么加料方式，须根据反应过程的特征决定。
• 多数反应有明显的热效应。为使反应在适 宜的温度条件下进行，往往需对反应物系 进行换热。换热方式有间接换热和直接换 热。间接换热指反应物料和载热体通过间 壁进行换热，直接换热指反应物料和载热 体直接接触进行换热。对放热反应，可以 用反应产物携带的反应热来加热反应原料， 使之达到所需的反应温度，这种反应器称 为自热式反应器。
均停留时间。
•
工程放大机械搅拌的釜式反应器可针对不同
反应特征按下列原则之一进行放大：①搅拌雷诺
数Rej相等。
•
式中N为搅拌桨转速；D为搅拌桨直径；ρ为
液体密度;μ为粘度；②单位体积液体搅拌功率相
等；③搅拌桨外缘的线速度相等（见彩图）。
分类
• 间歇釜式反应器,或称间歇釜。 • 操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，
半连续釜式反应器
釜式反应器
指一种原料一次加入，另一种原料连续加入的反 应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。
搅 拌 器的 选 型
• 搅拌器的选型 主要根据物料性质、搅拌目的及各 种搅拌器的性能特征来进行。在工业上可根据物 料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等 因素选择适宜的搅拌器。在一般情况下，对低粘 性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对 非均相液体分散混合，选用旋桨式、涡轮式搅拌 器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大 时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差较小时，选 用桨式搅拌器；对于物料粘稠性很大的液体混合， 可选用锚式搅拌器。对需要更大搅拌强度或需使 被搅拌液体作上、下翻腾运动的情况，可根据需 要在反应器内再装设横向或竖向挡板及导向筒等。
鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆
态反应器。③有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体
通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，
包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流
床反应器等。④塔式反应器。用于实现气液相或液液相反
应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见
• （一）搅拌器的类型 常用搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡 轮式和螺带式等。 1、桨式搅拌器 由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。 桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低， 一般为20～80r／min。桨式搅拌器直径取反应釜内径Di/3～2/3，桨 叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或多个桨叶。 桨式搅拌 器适用于流动性大、粘度小的液体物料，也适用于纤维状和结晶状的 溶解液，物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。
彩图）。⑤喷射反应器。利用喷射器进行混合，实现气相
或液相单相反应过程和气液相、液液相等多相反应过程的
设备。⑥其他多种非典型反应器。如回转窑、曝气池等。
• 对有两种以上原料的连续反应器，物料流 向可采用并流或逆流。对几个反应器组成 级联的设备，还可采用错流加料,即一种原 料依次通过各个反应器,另一种原料分别加
用先高后低的温度序列以兼顾反应速率和平衡转化率（见 化学平衡）。
•
反应器可在常压、加压或负压（真空）下操作。加压
操作的反应器主要用于有气体参与的反应过程，提高操作
作绝热反应器。
•
③非等温非绝热反应器与外界有热量交换，反应器内也有热反馈，
但达不到等温条件的反应器，如列管式固定床反应器。
•
换热可在反应区进行，如通过夹套进行换热的搅拌釜，也可在反
应区间
• 主要指反应器的操作温度和操作压力。温度是影响反应 过程的敏感因素，必须选择适宜的操作温度或温度序列，
使反应过程在优化条件下进行。例如对可逆放热反应应采
液体把静止层从反应釜壁上带下来；慢速旋转时，
有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类搅拌
器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度 淤浆和沉降性淤浆的搅拌。
• 5、螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 这两种搅拌 器主要产生轴向流，加上导流简后，可形成筒内 外的上下循环流动。它们的转速都较低，通常不 超过50r／min，主要用于高教度液体的搅拌。 （二）挡板和导流筒 搅拌附件通常指在搅拌罐内 为了改善流动状态而增设的零件，如挡板、导流 筒。1、挡板：目的是为了消除切线流和“打漩”。 一般为2-4块，且对于低速搅拌高粘度液体的锚式 和框式搅拌器安装挡板无意义。 2、导流筒：目 的是控制流型（加强轴向流）及提高混合效果。 不同型式的搅拌器的导流筒安置方位不同。
•
常用反应器的类型（见表）有：①管式反应器。由长
径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液
相反应。②釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，
常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于反应器外型照片
(4张)液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多
相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见
釜式反应器的搅拌装置
• 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械搅拌装 置包括搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 辅助部件和附件： 包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。搅拌器 是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴 运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。
釜式反应器的搅拌装置
• 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌 装置，典型的机械搅拌装置包括搅拌器： 包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 辅助部 件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌 电机、支架、挡板和导流筒等。搅拌器是 实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成 部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施 加给液体，并促使液体运动。
分类
• 操作方式釜式反应器按操作方式可分为：①间歇釜式反应 器,或称间歇釜（图1）。操作灵活，易于适应不同操作条 件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的 产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作， 产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应 和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。 ②连续釜式反应器,或称连续釜(图2)。可避免间歇釜的缺 点，但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液 体粘度较低或平均停留时间较长的场合，釜内物料流型可 视作全混流（见流动模型），反应釜相应地称作全混釜。 在要求转化率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的 返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器（图 3）,以减小返混的不利影响，并可分釜控制反应条件。③ 半连续釜式反应器。指一种原料一次加入，另一种原料连 续加入的反应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。
• 4、框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅 拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。
如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相
似时，通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器直径较 大，一般取反应器内径的2/3～9/10，50～70r／ min。 框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热 过程的进行，快速旋转时，搅拌器叶片所带动的
• (1)按物料粘度选型 对于低粘度液体，应选 用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡 轮式； 对于高粘度液体，就选用大直径、 低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。 (2) 按搅拌目的选型 对低粘度均相液体混合， 主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流 量按从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、 桨式。 对于非均相液-液分散过程，首先考 虑剪切作用，同时要求有较大的循环流量， 各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序 排列：涡轮式、推进式、桨式
• 计算就单一反应A→B而言，各种釜式反应器的常用计 算方法如下：①对于间歇釜式反应器,当反应物A的初浓度 和终浓度分别为C岹和C岒时，反应所需的时间τ为：
•
(1)
•
式中 CA为反应物A的浓度；-rA为浓度为CA时的反应
速率。②对于连续釜式反应器，设反应器为全混流，当反
应物A的进口浓度和出口浓度分别为C岹和C岏时，反应所
• 2、涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅 拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又可分为平直 叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r ／min。 涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不 大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。 因此它适用于乳浊液、悬浮液等。 3、推进式搅 拌器 推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内 循环流动，所起作用以容积循环为主，剪切作用 较小，上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速 时，反应釜内设有导流筒。 推进式搅拌器直径约 取反应釜内径Di的1/4～1/3，300～600r／min， 搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。
按反应过程中的换热状况，反应器可分为
• ①等温反应器反应物系温度处处相等的一种理想反应器。反应热效应 极小，或反应物料和载热体间充分换热，或反应器内的热量反馈极大 （如剧烈搅拌的釜式反应器）的反应器，这样可近似看作等温反应器。