反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)過程(cheng)的(de)基本特征決定(ding)(ding)了適(shi)(shi)宜的(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器形式。例如(ru)氣固相反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)過程(cheng)大致是(shi)用固定(ding)(ding)床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器、流化床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器或(huo)移動(dong)床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器。但(dan)是(shi)適(shi)(shi)宜的(de)選(xuan)型(xing)則需考慮反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)熱效應(ying)(ying)(ying)(ying)、對反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)轉化率和選(xuan)擇率的(de)要求(qiu)、催化劑物理(li)化學性態和失活等多種因素。
不銹鋼反應(ying)(ying)(ying)器的操作方(fang)式和加料(liao)方(fang)式也需考慮。例如(ru)，對于(yu)(yu)有串聯或平行(xing)副反應(ying)(ying)(ying)的過程，分段(duan)進料(liao)可(ke)能(neng)優于(yu)(yu)一次進料(liao)。溫(wen)(wen)度序(xu)(xu)列(lie)也是(shi)反應(ying)(ying)(ying)器選(xuan)型的一個重要因素。例如(ru)，對于(yu)(yu)放熱(re)的可(ke)逆反應(ying)(ying)(ying)，應(ying)(ying)(ying)采用先高后低的溫(wen)(wen)度序(xu)(xu)列(lie)，多級、級間換熱(re)式反應(ying)(ying)(ying)器可(ke)使反應(ying)(ying)(ying)器的溫(wen)(wen)度序(xu)(xu)列(lie)趨于(yu)(yu)合理。
下面主要介紹釜式反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)、管(guan)式反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)、塔(ta)式反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)、固定(ding)床反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)、流化床反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)。
①. 釜式反應器
釜式(shi)(shi)(shi)(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器也稱槽式(shi)(shi)(shi)(shi)、鍋式(shi)(shi)(shi)(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器，它是(shi)各類反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器中(zhong)結構較(jiao)(jiao)為簡單(dan)且應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)較(jiao)(jiao)廣的(de)一種。主要(yao)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)于(yu)液(ye)(ye)-液(ye)(ye)均(jun)相反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，在(zai)氣-液(ye)(ye)、液(ye)(ye)-液(ye)(ye)非均(jun)相反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)也有應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)。在(zai)化(hua)工(gong)生(sheng)產(chan)(chan)中(zhong)，既(ji)適用(yong)于(yu)間歇操(cao)作過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，又可單(dan)釜或多釜串聯用(yong)于(yu)連續操(cao)作過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，但(dan)(dan)在(zai)間歇生(sheng)產(chan)(chan)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)最多。釜式(shi)(shi)(shi)(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器具有適用(yong)的(de)溫度(du)和壓力(li)范圍寬、適應(ying)(ying)(ying)(ying)性(xing)強、操(cao)作彈性(xing)大、連續操(cao)作時(shi)(shi)溫度(du)濃度(du)容(rong)易(yi)控制、產(chan)(chan)品質量均(jun)一等特點(dian)。但(dan)(dan)用(yong)在(zai)較(jiao)(jiao)高轉化(hua)率(lv)工(gong)藝要(yao)求(qiu)時(shi)(shi)，需(xu)要(yao)較(jiao)(jiao)大容(rong)積(ji)。通常在(zai)操(cao)作條(tiao)件比較(jiao)(jiao)緩和的(de)情況下使(shi)用(yong)，如常壓、溫度(du)較(jiao)(jiao)低且低于(yu)物(wu)料沸點(dian)時(shi)(shi)，應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)此類反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器最為普遍。
②. 管式(shi)反應器
管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)主要用(yong)(yong)(yong)于氣相(xiang)(xiang)、液相(xiang)(xiang)、氣-液相(xiang)(xiang)連(lian)續(xu)反應過程，由單(dan)根(gen)（直管(guan)(guan)(guan)(guan)或盤管(guan)(guan)(guan)(guan)）連(lian)續(xu)或多(duo)根(gen)平行排列(lie)的(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)組成(cheng)，一(yi)(yi)般設有(you)套(tao)管(guan)(guan)(guan)(guan)或殼管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)換熱裝置。操(cao)作(zuo)時，物料自一(yi)(yi)端連(lian)續(xu)加(jia)入(ru)，在管(guan)(guan)(guan)(guan)中(zhong)連(lian)續(xu)反應，從另(ling)一(yi)(yi)端連(lian)續(xu)流(liu)出(chu)，便(bian)達到了(le)要求(qiu)的(de)轉(zhuan)化率。由于管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)能承受較高(gao)的(de)壓力(li)，故用(yong)(yong)(yong)于加(jia)壓反應尤為合適，例如油(you)脂(zhi)(zhi)或脂(zhi)(zhi)肪酸加(jia)氫(qing)生(sheng)產高(gao)碳醇、裂解(jie)反應用(yong)(yong)(yong)的(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)爐便(bian)是管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)。此種反應器(qi)(qi)具有(you)容積小、比(bi)表面大、返混少(shao)、反應混合物連(lian)續(xu)性變化、易于控制等優點。但若反應速度(du)較慢(man)時，則有(you)所需(xu)管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)長(chang)、壓降較大等不足。隨(sui)著(zhu)化工生(sheng)產越來越趨于大型化、連(lian)續(xu)化、自動化，連(lian)續(xu)操(cao)作(zuo)的(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)在生(sheng)產中(zhong)使用(yong)(yong)(yong)越來越多(duo)，某些傳統上(shang)一(yi)(yi)直使用(yong)(yong)(yong)間歇(xie)攪(jiao)拌釜的(de)高(gao)分子(zi)聚合反應，目前也開始改用(yong)(yong)(yong)連(lian)續(xu)操(cao)作(zuo)的(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)。管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)的(de)長(chang)徑(jing)比(bi)較大，與釜式(shi)(shi)反應器(qi)(qi)相(xiang)(xiang)比(bi)在結構上(shang)差異較大，有(you)直管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)、盤管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)、多(duo)管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)等。
③. 塔(ta)式反應器
塔式反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)的長徑比(bi)介于(yu)釜式和管式之間。主要用于(yu)氣-液(ye)反(fan)(fan)應(ying)，常用的有(you)鼓泡塔、填(tian)料(liao)塔、板式塔。最常用的是鼓泡塔式反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)，底部裝(zhuang)有(you)氣體分(fen)布器(qi)(qi)，殼外裝(zhuang)有(you)夾(jia)套或(huo)(huo)其他形(xing)式換(huan)(huan)熱器(qi)(qi)或(huo)(huo)設(she)有(you)擴大(da)段、液(ye)滴(di)捕集器(qi)(qi)等。反(fan)(fan)應(ying)氣體通過(guo)分(fen)布器(qi)(qi)上(shang)的小孔(kong)以(yi)鼓泡形(xing)式通過(guo)液(ye)層進(jin)行化(hua)學(xue)反(fan)(fan)應(ying)，液(ye)體間歇或(huo)(huo)連續(xu)加(jia)入，連續(xu)加(jia)入的液(ye)體可以(yi)和氣體并流或(huo)(huo)逆(ni)流，一(yi)般采用并流形(xing)式較(jiao)多。氣體在塔內為(wei)分(fen)散(san)相(xiang)，液(ye)體為(wei)連續(xu)相(xiang)，液(ye)體返混程度較(jiao)大(da)。為(wei)了提高氣體分(fen)散(san)程度和減少液(ye)體軸向循環，可以(yi)在塔內安置水平多孔(kong)隔(ge)板。當吸(xi)收或(huo)(huo)反(fan)(fan)應(ying)過(guo)程熱效應(ying)不(bu)大(da)時，可采用夾(jia)套換(huan)(huan)熱裝(zhuang)置，熱效應(ying)較(jiao)大(da)時，可在塔內增設(she)換(huan)(huan)熱蛇管或(huo)(huo)采用塔外換(huan)(huan)熱裝(zhuang)置，也(ye)可以(yi)利用反(fan)(fan)應(ying)液(ye)蒸發的方法帶走(zou)熱量。
④. 固(gu)定床反應器
固(gu)(gu)定床(chuang)(chuang)(chuang)板(ban)反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)是(shi)指(zhi)流體(ti)(ti)(ti)(ti)通過靜(jing)止不動的(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)物(wu)料所(suo)形(xing)成的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)層而進行(xing)化學反應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)設備。以(yi)氣(qi)-固(gu)(gu)反應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)固(gu)(gu)定床(chuang)(chuang)(chuang)反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)最(zui)常見。固(gu)(gu)定床(chuang)(chuang)(chuang)反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)根(gen)據床(chuang)(chuang)(chuang)層數的(de)多少(shao)又可分為單(dan)段(duan)(duan)式(shi)(shi)(shi)和多段(duan)(duan)式(shi)(shi)(shi)兩種類型。單(dan)段(duan)(duan)式(shi)(shi)(shi)一般為高徑比不大的(de)圓筒體(ti)(ti)(ti)(ti)，在圓筒體(ti)(ti)(ti)(ti)下(xia)部裝有柵板(ban)等板(ban)件，其上為催(cui)化劑床(chuang)(chuang)(chuang)層，均勻地堆置一定厚(hou)度的(de)催(cui)化劑固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)顆粒。單(dan)段(duan)(duan)式(shi)(shi)(shi)固(gu)(gu)定床(chuang)(chuang)(chuang)反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)結構(gou)簡單(dan)、造(zao)價便宜、反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)積利(li)用率高。多段(duan)(duan)式(shi)(shi)(shi)是(shi)在圓筒體(ti)(ti)(ti)(ti)反應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)內(nei)設有多個催(cui)化劑床(chuang)(chuang)(chuang)層，在各(ge)床(chuang)(chuang)(chuang)層之間可采用多種方式(shi)(shi)(shi)進行(xing)反應(ying)(ying)(ying)(ying)物(wu)料的(de)換熱。其特點是(shi)便于控制調節(jie)反應(ying)(ying)(ying)(ying)溫度，防止反應(ying)(ying)(ying)(ying)溫度超出允許范圍。
⑤. 流化(hua)床(chuang)反應(ying)器(qi)
細小的(de)(de)固體(ti)顆(ke)粒被流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動著的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)攜帶，具有流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)一(yi)(yi)樣自由(you)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動的(de)(de)性(xing)質，此(ci)種現象稱(cheng)為(wei)固體(ti)的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)態(tai)(tai)化。一(yi)(yi)般把反(fan)(fan)應器(qi)(qi)和在(zai)其(qi)中呈流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)態(tai)(tai)化的(de)(de)固體(ti)催(cui)化劑(ji)顆(ke)粒合在(zai)一(yi)(yi)起，稱(cheng)為(wei)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化床(chuang)反(fan)(fan)應器(qi)(qi)。流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化床(chuang)反(fan)(fan)應器(qi)(qi)多用于氣(qi)-固反(fan)(fan)應過程。當(dang)原(yuan)料(liao)氣(qi)通過反(fan)(fan)應器(qi)(qi)催(cui)化劑(ji)床(chuang)層(ceng)(ceng)時(shi)，催(cui)化劑(ji)顆(ke)粒受(shou)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)作(zuo)用而懸浮起來呈翻滾沸(fei)騰狀，原(yuan)料(liao)氣(qi)在(zai)處于流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)態(tai)(tai)化的(de)(de)催(cui)化劑(ji)表面進行化學反(fan)(fan)應，此(ci)時(shi)的(de)(de)催(cui)化劑(ji)床(chuang)層(ceng)(ceng)即為(wei)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化床(chuang)，也叫沸(fei)騰床(chuang)。流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化床(chuang)反(fan)(fan)應器(qi)(qi)的(de)(de)形(xing)式(shi)很多，但一(yi)(yi)般都(dou)由(you)殼(ke)體(ti)、內部構件、固體(ti)顆(ke)粒裝卸設(she)備及氣(qi)體(ti)分布、傳熱(re)、氣(qi)固分離裝置等(deng)(deng)構成。流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化床(chuang)反(fan)(fan)應器(qi)(qi)也可(ke)根據床(chuang)層(ceng)(ceng)結(jie)構分為(wei)圓(yuan)筒式(shi)、圓(yuan)錐式(shi)和多管式(shi)等(deng)(deng)類型。
不同(tong)類型反應(ying)(ying)器(qi)在工(gong)業生(sheng)產中的適(shi)用情況(kuang)見表6.2。不同(tong)結構形式的反應(ying)(ying)器(qi)在工(gong)業裝置(zhi)中的應(ying)(ying)用舉例見表6.3。
