反应器结构及工作原理图解

反应器结构及工作原理图解

小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：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（见彩图）。

一、管式反应器

一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。

分类：

1、水平管式反应器

由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。

2、立管式反应器

立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。

3、盘管式反应器

将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。但检修和清刷管道比较困难。

4、U形管式反应器

U形管式反应器的管设有多孔挡板或搅拌装置，以强化传热与传质过程。U形管的直径大，物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。

5、多管并联管式反应器

多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应，例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯，气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨。

性能特点：

1、由于反应物的分子在反应器停留时间相等，所以在反应器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。

4、管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。

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。

此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。

二、釜式反应器

釜式反应器也称槽式、锅式反应器，它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种。主要应用于液—液均相反应过程，在气—液、液—液非均相反应过程中也有应用。在化工生产中，既适用于间歇操作过程，又可单釜或多釜串联用于连续操作过程，但在间歇生产过程应用最多。

1、间歇釜

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，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

连续釜式反应器,或称连续釜

3、釜式搅拌反应器

釜式搅拌反应器有立式容器中心搅拌、偏心搅拌、倾斜搅拌，卧式容器搅拌等类型。其中以立式容器中心搅拌反应器是最典型的一种

常用搅拌器及流型示意

性能特点：

釜式反应器具有适用的温度和压力围宽、适应性强、操作弹性大、连续操作时温度浓度容易控制、产品质量均一等特点。但用在较高转化率工艺要求时，需要较大容积。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。

三、固定床反应器

又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右，堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

固定床反应器有三种基本形式：

1、轴向绝热式固定床反应器

流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

2、径向绝热式固定床反应器

流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。

3、列管式固定床反应器

由多根反应管并联构成。管或管间置催化剂，载热体流经管间或管进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。

性能特点：

优点：

1、返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。

2、催化剂机械损耗小。

3、结构简单。

缺点：

1、传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许围）。

2、操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。