化学反应器

• 化学反应器是实现反应过程的设备。化工生产过程的核心装置，也是最复杂的部分，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。

化学反应器的分类

• 按操作方式分类：

  1、间歇操作反应器

  在反应之前将原料一次性加入反应器中，直到反应达到规定的转化率，即得反应物，通常带有搅拌器的釜式反应器

  优点：操作弹性大，主要用于小批量生产

  2、连续操作反应器

  反应物连续加入反应器产物连续引出反应器，属于稳态过程，可以采用釜式、管式和塔式反应器

  优点：适宜于大规模的工业生产，生产能力较强，产品质量稳定易于实现自动化操作。

  3、半连续操作反应器

  预先将部分反应物在反应前一次加入反应器，其余的反应物在反应过程中连续或断连续加入，或者在反应过程中将某种产物连续地从反应器中取出，属于非稳态过程

  优点：反应不太快，温度易于控制，有利于提高可逆反应的转化率

  按流体流动及混合型式分类：

  1、平推流反应器

  物料在长径比很大的管式反应器中流动时，如果反应器中每一微元体积里的流体以相同的速度向前移动，此时在流体的流动方向不存在返混，这就是平推流。

  特点：各物料微元通过反应器的停留时间相同 ,物料在反应器中沿流动方向逐段向前移动，无返混 ，物料组成和温度等参数沿管程递变，但是每一个截面上物料组成和温度等参数在时间进程中不变 ，连续稳态操作，结构为管式结构。

  2、理想混合流反应器

  反应器的物料微元与器内原有的物料微元瞬间能充分混合（反应器中的强烈搅拌），反应器中各点浓度相等不随时间变化。

  特点： 各物料微元在反应器的停留时间不相同， 物料充分混合，返混最严重 ，反应器中各点物料组成和温度相同，不随时间变化 ，连续搅拌釜式反应器

  3、非理想混合流反应器

  实际反应器，主要是由于工业生产中在反应器中的死角、沟流、旁路、短路及不均匀的速度分布使物料流动型态偏离理想流动。

化学反应器的特点

• 1、催化剂不易磨损

  2、较少量催化剂可获较大生产能力

  3、有利于达到高的选择性和转化率

  4、传热较差

  5、催化剂的更换必须停车

  6、催化剂应有较长的寿命

化学反应器的操作方式

• 化学反应器有三种操作方式：间歇（分批）式、连续式和半连续（半间歇）式。

  1、间歇（分批）式操作

  采用间歇操作的反应器称为间歇反应器，其特点是进行所需的原料一次性装入反应器内，然后在其中进行化学反应，经一定时间后，达到所要求的反应程度时卸出全部物料，其中主要是反应产物以及少量未被转化的原料。接着是清洗反应器，继而进行下一批原料的装入、反应和卸料。所以间歇反应器又称为分批反应器。间歇反应过程是一个非定态过程，反应器内物系的组成随时间而变，这是间歇过程的基本特征。间歇反应器在反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，即不存在物料的流动，整个反应过程都是在恒容下进行的。反应物系若为气体，则必充满整个反应器空间；若为液体，则虽不充满反应器空间，由于压力的变化而引起液体体积的改变通常可以忽略，因此按恒容处理也足够准确。

  采用间歇操作的反应器几乎都是釜式反应器，其余类型极为罕见。间歇反应器适用于反应速率慢的化学反应，以及产量小的化学品生产过程，对于那些批量少而产品的品种又多的企业尤为适宜，例如医药等精细化工往往就属于这种。

  2、连续式操作

  这一操作方式的特征是连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流出，采用连续操作的反应器称为连续反应器或流动反应器。前面所述的各类反应器都可采用连续操作。对于工业生产中某些类型的反应器，连续操作是唯一可采用的操作方式。连续操作的反应器多属于定态操作，此时反应器内任何部位的物系参数，如浓度及反应温度等均不随时间而改变，但却随位置而改变。大规模工业生产的反应器绝大部分都是采用连续操作，因为它具有产品质量稳定、劳动生产率高、便于实现机械化和自动化等优点。这些都是间歇操作无法与之相比的。然而连续操作系统一旦建立，想要改变产品品种是十分困难的，有时甚至要较大幅度地改变产品产量也不易办到，但间歇操作系统则较为灵活。

  3、半连续（半间歇）式操作

  原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或卸出的操作，均属半连续操作，相应的反应器称为半连续反应器或半间歇反应器。由此可见，半连续操作具有连续操作和间歇操作的某些特征。有连续流动的物料，这点与连续操作相似；也有分批加入或卸出的物料，因而生产是间歇的，这反应了间歇操作的特点。由于这些原因，半连续反应器的反应物系组成必然既随时间而改变，也随反应器内的位置而改变。管式、釜式、塔式以及固定床反应器都可采用半连续操作方式。

化学反应器的生产步骤

• 原料预处理：属物理过程，为化学反应服务。

  化学反应：是物理+化学的过程，生产过程的核心。

  产物分离：主要是物理过程，分理处最终产品。