反應(yīng)器的常見類型和應(yīng)用

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（來源：興園化工園區(qū)研究院）

化學(xué)反應(yīng)器有哪些？化學(xué)反應(yīng)種類繁多，性質(zhì)各異。化學(xué)反應(yīng)器是化工生產(chǎn)的心臟部分，它們往往具有相差甚遠(yuǎn)的構(gòu)形和尺寸，如窯爐、鍋爐、釜、塔、混合器、高爐、回轉(zhuǎn)窯等。

1、釜式反應(yīng)器

釜式反應(yīng)器也稱反應(yīng)釜或槽型反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由攪拌器、罐體、夾套、壓出管、人孔、軸封、傳動裝置和支座等部分構(gòu)成。

釜式反應(yīng)器在有機(jī)化工生產(chǎn)和精細(xì)化工生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。不但用于酯化反應(yīng)、皂化反應(yīng)這樣的均相反應(yīng)，而且也廣泛用于除氣相反應(yīng)以外的幾乎所有的反應(yīng)，如液相、液液相、液固相、氣液固相反應(yīng)等。

圖1　釜式反應(yīng)器

1—攪拌器;2—罐體;3—夾套;4—攪拌軸;5—壓出管;6—支座;7—人孔;8—軸封;9—傳動裝置

2、管式反應(yīng)器

管式反應(yīng)器較多用于連續(xù)反應(yīng)，有單管和多管之分，多管中又有多管平行連接和多管串聯(lián)連接兩種形式。幾種典型的管式反應(yīng)器如圖2所示。管式反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于氣相、液相反應(yīng)，例如石油烴裂解制乙烯、丙烯，氯乙烯合成、環(huán)氧乙烷合成等生產(chǎn)。

圖2　幾種典型的管式反應(yīng)器

3、塔式反應(yīng)器

塔設(shè)備除了廣泛應(yīng)用于精餾、吸收、解吸和萃取外，還可作為反應(yīng)器應(yīng)用于氣液相反應(yīng)。常見的有板式塔、填料塔、噴霧塔和鼓泡塔。

板式塔和填料塔主要用于兩種流體相反應(yīng)的過程，如氣液相反應(yīng)和液液相反應(yīng)。

噴霧塔主要用于氣液相反應(yīng)，它使液體成霧滴狀分散于氣體中。鼓泡塔也是一種塔式反應(yīng)器，氣體以氣泡的形式通過液層，用以進(jìn)行氣液相反應(yīng)。

如圖3所示為設(shè)有擋板、塔外循環(huán)管和換熱器的鼓泡塔。

圖3　設(shè)有擋板、塔外循環(huán)管和換熱器的鼓泡塔

1-塔體;2-擋板;3-塔外換熱器

4、固定床反應(yīng)器

固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)為反應(yīng)器內(nèi)填充有固定不動的固體催化劑顆粒或固體反應(yīng)物，在流體通過時靜止不動，主要用于氣固相催化反應(yīng)。固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，需要的輔助設(shè)備少，操作容易，應(yīng)用廣泛。按反應(yīng)中是否與外界有熱量交換可以劃分為絕熱式和換熱式兩大類。

如圖4所示為絕熱式固定床催化反應(yīng)器和換熱式固定床催化反應(yīng)器。

圖4　絕熱式固定床催化反應(yīng)器和換熱式固定床催化反應(yīng)器

1—礦渣棉;2—瓷環(huán);3—催化劑

5、流化床反應(yīng)器

流體自下而上通過固體顆粒床層，到流體速度增加到一定程度時，顆粒被流體托起作懸浮運(yùn)動，這種現(xiàn)象叫固體流態(tài)化。利用流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的裝置叫流化床反應(yīng)器。

流化床反應(yīng)器在工業(yè)中的應(yīng)用可分為催化過程和非催化過程兩大類。催化裂化是利用流化床反應(yīng)器的規(guī)模最大的工業(yè)生產(chǎn)過程，礦物加工為非催化反應(yīng)過程，如硫鐵礦焙燒、石灰石焙燒等。圖5所示為制取環(huán)氧乙烷的流化床反應(yīng)器和工業(yè)石灰石煅燒爐。

圖5　制取環(huán)氧乙烷的流化床反應(yīng)器和工業(yè)石灰石煅燒爐

6、移動床反應(yīng)器

移動床反應(yīng)器也是一種有固體顆粒參與的反應(yīng)器，與固定床反應(yīng)器的不同之處是固體顆粒邊反應(yīng)邊整體移動位置。如固體顆粒為催化劑，則用提升裝置將其輸送至反應(yīng)器頂部后返回反應(yīng)器內(nèi)。

反應(yīng)流體與顆粒成逆流，此種反應(yīng)器適用于催化劑需要連續(xù)進(jìn)行再生的催化反應(yīng)過程和固相加工反應(yīng)。如圖6所示為移動床反應(yīng)器。

圖6　移動床反應(yīng)器

7、滴流床反應(yīng)器

從某種意義上說，這種反應(yīng)器也屬于固定床反應(yīng)器，當(dāng)兩股流體并流向下通過固定在反應(yīng)器內(nèi)的固體催化劑層時，稱為滴流床(又叫涓流床)反應(yīng)器，用于使用固體催化劑的氣液相反應(yīng)。如圖7所示為重油加氫滴流床反應(yīng)器。

圖7　重油加氫滴流床反應(yīng)器