化工英语-反应器类型

Unit4. Reactor Types反应器类型
设计反应器的目的是以特定速度生产已知反应的特定产品。

为了达到最好的结果，要做出大量重要的决定需要相当的聪明才智。

一开始该解决重要的问题。

用哪种操作方法使用什么类型的反应器？反应以间歇过程，连续流动过程还是两者混合的方式进行。

反应器将等温、绝热或以某种中间方式操作吗？让我们简要回顾一下反应类型
4.1均相和非均相反应器
化学反应器可以分为两类，均相和非均相。

在均相反应器中，通常只存在气相或液相。

如果涉及一种以上反应物，规定必须把他们混合形成一个均匀的整体。

通常情况下，混合反应物是开始反应的方式，尽管有时反应物被混合到所需的温度。

在非均相反应器中存在两相或可能是三相，常见的例子是气液，气固，液固和液液系统。

在其中一个相是固体的情况下，它通常以催化剂的形式存在；气固催化反应器是一类重要的均相化学反应体系。

在非均相反应器中，化学反应本身可能是真正的非均相，但事实并非如此。

在一个气固催化反应器中，反应发生在固体表面因此它是均相的。

然而，通过液体冒泡到气体中可能只是为了溶解液体中的气体，然后在气体中反应均匀；反应是均相的，但反应器是非均相的，因为它需要在气液两相之间有效接触。

通常，非均相反应器比均相反应器在结构和接触方式上有更大的准确性。

4.2搅拌釜式反应器
搅拌槽式反应器，经过高度的反向混合，反应物在整个容器中的浓度是均匀的。

这些反应器需要考虑的主要问题是良好的混合、在液体介质中有效的气体的分散以及均匀的传热。

反应器可间歇操作或连续操作。

在间歇模式下，
对反应物和催化剂进行填充，将反应器加热到所需温度，反应完成后，产品冷却并排放。

在连续操作模式下(看图3-4)，反应物和催化剂混合物连续填充。

产品与废催化剂的混合物也连续排放。

搅拌槽反应器也可以在半间歇(或半连续)模式下操作，其中液体基质和催化剂在开始时充满，同时连续引入气体或第二反应物。

间歇式和连续式搅拌釜式反应器都适用于对底物浓度表现出零级动力学的反应。

换句话说，在操作条件下，速率是快是慢与底物的浓度无关。

然而，对于以底物浓度为准的伪零级动力学反应，，优选间歇式罐式反应器。

当反应物有可能缓慢使催化剂失活，或者有可能通过平行反应途径生成副产物时，间歇罐反应器也是理想的选择。

搅拌釜式反应器是一种圆柱形容器，它经常设置挡板，以避免在搅拌过程中形成涡流。

通常，四个宽度是反应
器直径的0.1倍的挡板相对于搅拌轴对称地布置。

在底部装有一个喷雾装置，将气体引入液体。

搅拌槽式反应器设有夹套或浸入式线圈，用于加热或冷却反应介质。

罐内介质的温度一般是均匀的。

传热速率取决于传热面积、反应介质与加热或冷却液之间的温差以及传热系数。

搅拌器的功率消耗取决于搅拌器的尺寸、每分钟搅拌器的旋转数、粘度和介质的密度。

当气体通过液体气泡时，
如氢化反应和羰基化反应时，对功率的要求就会降低.
搅拌或混合会使基体彼此靠近，这样它们就能反应。

混合有两种类型，即宏观或块状混合和微混合。

体积混合取决于容器和搅拌器的几何形状、搅拌器速度和溶液粘度。

并且，搅拌时间与搅拌速度成反比。

另一方面，微混合是一种微观现象。

它是由分子扩散引起的，与机械搅拌无关。

在间歇反应器中，块状混合比微观混合更常见。

如果体积混合时间大于任何副反应的时间常数（反比速率常数），那么所需的产物选择性就会变差。

4.3管式反应器
管式反应器导致堵塞流动，在管状反应器中，反应物的浓度随着管式反应器的长度不断减小。

管式反应器可以是不同类型的。

大量的非均相催化反应在一种或另一种管式反应器中进行的。

在管式反应器中，在泵的帮助下反应物以管的一端形式进料，产物从管的另一端移除。

其他反应物，如果有的话，可以在反应器入口以并联方式引入，
或者以逆流方式引入反应器出口(图3-5)
管道通常用固体催化剂和惰性填料填充，以迫使反应液体和催化剂之间进行良好的混合和密切接触。

这些反应
堆结构简单，总是以连续方式运行。

当催化剂可能因产物而失活或副产物形成遵循一系列反应途径时(即，如果产物进一步反应形成不想要的副产物)时，这些反应器是优选的反应器。

在管式反应器中，热量可以通过在反应器内提供平行运行的冷却管或通过外部热交换器排出。

在管状反应器中，通常可以观察到径向温度梯度。

在放热反应的情况下，温度在管中心最大，在管壁最小。

同样，在吸热反应的情况下，温度在管中心最小，在管壁最大。

对于高度放热反应，通常避免填充床反应器。

在填充床反应器中，固体催化剂被固定在床的顶部和底部。

相反，在流化床反应器中，催化剂床相对松散，顶部没有板。

来自底部的快速流体流动使床升高并确保良好的混合，导致不显著的温度或浓度梯度。

然而，由于高流体速度，携带一些催化剂是常见的。