反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)的(de)基本特征決定了適(shi)宜(yi)的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)形式。例如氣固相反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)大致是(shi)用固定床反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)、流化床反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)或移(yi)動床反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)。但是(shi)適(shi)宜(yi)的(de)選型則需考慮反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)熱(re)效應(ying)(ying)、對反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)轉(zhuan)化率(lv)和選擇率(lv)的(de)要求、催化劑物理化學性態和失活等多種因素。
不銹(xiu)鋼反(fan)(fan)應(ying)器的(de)(de)操作方式和加料方式也需考慮。例如，對于有串聯或平行副反(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)過程，分段(duan)進料可能優于一(yi)次(ci)進料。溫(wen)度序(xu)列也是(shi)反(fan)(fan)應(ying)器選型的(de)(de)一(yi)個重(zhong)要因素。例如，對于放熱(re)的(de)(de)可逆反(fan)(fan)應(ying)，應(ying)采用先高(gao)后低的(de)(de)溫(wen)度序(xu)列，多級(ji)、級(ji)間換熱(re)式反(fan)(fan)應(ying)器可使反(fan)(fan)應(ying)器的(de)(de)溫(wen)度序(xu)列趨于合理。
下面主(zhu)要介紹釜式反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)、管式反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)、塔式反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)、固定床反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)、流(liu)化床反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)。
①. 釜式反應器
釜(fu)式反(fan)(fan)應(ying)(ying)器也(ye)稱(cheng)槽式、鍋式反(fan)(fan)應(ying)(ying)器，它是(shi)各(ge)類(lei)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器中結構較(jiao)(jiao)為簡單(dan)且應(ying)(ying)用(yong)(yong)較(jiao)(jiao)廣的(de)一種。主要(yao)應(ying)(ying)用(yong)(yong)于液-液均相反(fan)(fan)應(ying)(ying)過(guo)(guo)程(cheng)，在氣-液、液-液非均相反(fan)(fan)應(ying)(ying)過(guo)(guo)程(cheng)中也(ye)有應(ying)(ying)用(yong)(yong)。在化(hua)工(gong)生產中，既適(shi)用(yong)(yong)于間歇操作(zuo)(zuo)過(guo)(guo)程(cheng)，又可單(dan)釜(fu)或(huo)多釜(fu)串(chuan)聯用(yong)(yong)于連續操作(zuo)(zuo)過(guo)(guo)程(cheng)，但在間歇生產過(guo)(guo)程(cheng)中應(ying)(ying)用(yong)(yong)最(zui)多。釜(fu)式反(fan)(fan)應(ying)(ying)器具有適(shi)用(yong)(yong)的(de)溫(wen)度和(he)壓力范圍寬、適(shi)應(ying)(ying)性強、操作(zuo)(zuo)彈性大、連續操作(zuo)(zuo)時(shi)溫(wen)度濃度容易控(kong)制、產品質量均一等特點(dian)。但用(yong)(yong)在較(jiao)(jiao)高轉(zhuan)化(hua)率工(gong)藝要(yao)求(qiu)時(shi)，需要(yao)較(jiao)(jiao)大容積。通(tong)常在操作(zuo)(zuo)條件(jian)比較(jiao)(jiao)緩和(he)的(de)情況下使用(yong)(yong)，如常壓、溫(wen)度較(jiao)(jiao)低且低于物(wu)料(liao)沸點(dian)時(shi)，應(ying)(ying)用(yong)(yong)此類(lei)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器最(zui)為普遍(bian)。
②. 管式(shi)反應(ying)器(qi)
管(guan)(guan)(guan)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器主要用(yong)(yong)于(yu)氣(qi)相(xiang)、液相(xiang)、氣(qi)-液相(xiang)連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)過程，由(you)單根（直管(guan)(guan)(guan)或盤管(guan)(guan)(guan)）連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)或多(duo)(duo)根平行(xing)排列的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)子(zi)組(zu)成(cheng)，一(yi)般設有套管(guan)(guan)(guan)或殼管(guan)(guan)(guan)式(shi)換熱裝(zhuang)置。操作時(shi)，物料自(zi)一(yi)端(duan)連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)加入，在(zai)管(guan)(guan)(guan)中連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)，從(cong)另(ling)一(yi)端(duan)連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)流(liu)出，便達(da)到了要求的(de)(de)(de)轉化(hua)(hua)率。由(you)于(yu)管(guan)(guan)(guan)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器能承(cheng)受較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)，故用(yong)(yong)于(yu)加壓(ya)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)尤為合適(shi)，例(li)如油脂或脂肪(fang)酸加氫生產高(gao)(gao)碳醇、裂解反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)式(shi)爐(lu)便是管(guan)(guan)(guan)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器。此種反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器具有容積小、比表面大(da)、返混少、反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)混合物連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)性變(bian)化(hua)(hua)、易于(yu)控(kong)制等優點。但(dan)若反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)速度較(jiao)慢時(shi)，則有所需管(guan)(guan)(guan)子(zi)長(chang)、壓(ya)降較(jiao)大(da)等不足(zu)。隨著(zhu)化(hua)(hua)工(gong)生產越(yue)來越(yue)趨于(yu)大(da)型化(hua)(hua)、連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)化(hua)(hua)、自(zi)動化(hua)(hua)，連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)操作的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器在(zai)生產中使用(yong)(yong)越(yue)來越(yue)多(duo)(duo)，某(mou)些傳統(tong)上(shang)一(yi)直使用(yong)(yong)間歇攪拌(ban)釜的(de)(de)(de)高(gao)(gao)分子(zi)聚合反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)，目前也(ye)開始改用(yong)(yong)連(lian)(lian)(lian)續(xu)(xu)(xu)操作的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器。管(guan)(guan)(guan)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器的(de)(de)(de)長(chang)徑比較(jiao)大(da)，與釜式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器相(xiang)比在(zai)結構上(shang)差異較(jiao)大(da)，有直管(guan)(guan)(guan)式(shi)、盤管(guan)(guan)(guan)式(shi)、多(duo)(duo)管(guan)(guan)(guan)式(shi)等。
③. 塔(ta)式反(fan)應(ying)器
塔(ta)(ta)(ta)(ta)式(shi)(shi)(shi)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)的(de)長徑比介于釜式(shi)(shi)(shi)和(he)管式(shi)(shi)(shi)之間。主要用于氣-液(ye)(ye)反(fan)(fan)應(ying)，常用的(de)有(you)(you)鼓(gu)泡塔(ta)(ta)(ta)(ta)、填料(liao)塔(ta)(ta)(ta)(ta)、板(ban)式(shi)(shi)(shi)塔(ta)(ta)(ta)(ta)。最常用的(de)是鼓(gu)泡塔(ta)(ta)(ta)(ta)式(shi)(shi)(shi)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)，底(di)部裝(zhuang)有(you)(you)氣體(ti)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)，殼外(wai)裝(zhuang)有(you)(you)夾套或(huo)其他(ta)形式(shi)(shi)(shi)換(huan)熱器(qi)(qi)(qi)或(huo)設有(you)(you)擴大段、液(ye)(ye)滴捕集器(qi)(qi)(qi)等。反(fan)(fan)應(ying)氣體(ti)通(tong)過(guo)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)上的(de)小孔以(yi)(yi)鼓(gu)泡形式(shi)(shi)(shi)通(tong)過(guo)液(ye)(ye)層進行化學反(fan)(fan)應(ying)，液(ye)(ye)體(ti)間歇或(huo)連續(xu)(xu)加入，連續(xu)(xu)加入的(de)液(ye)(ye)體(ti)可(ke)以(yi)(yi)和(he)氣體(ti)并流(liu)或(huo)逆流(liu)，一般采用并流(liu)形式(shi)(shi)(shi)較(jiao)多。氣體(ti)在塔(ta)(ta)(ta)(ta)內為(wei)(wei)(wei)分散相，液(ye)(ye)體(ti)為(wei)(wei)(wei)連續(xu)(xu)相，液(ye)(ye)體(ti)返(fan)混程度(du)較(jiao)大。為(wei)(wei)(wei)了提(ti)高氣體(ti)分散程度(du)和(he)減少液(ye)(ye)體(ti)軸向循環，可(ke)以(yi)(yi)在塔(ta)(ta)(ta)(ta)內安置水平多孔隔板(ban)。當(dang)吸收或(huo)反(fan)(fan)應(ying)過(guo)程熱效應(ying)不(bu)大時(shi)(shi)，可(ke)采用夾套換(huan)熱裝(zhuang)置，熱效應(ying)較(jiao)大時(shi)(shi)，可(ke)在塔(ta)(ta)(ta)(ta)內增設換(huan)熱蛇(she)管或(huo)采用塔(ta)(ta)(ta)(ta)外(wai)換(huan)熱裝(zhuang)置，也可(ke)以(yi)(yi)利用反(fan)(fan)應(ying)液(ye)(ye)蒸(zheng)發的(de)方法帶(dai)走熱量。
④. 固定床反應器
固定床(chuang)(chuang)板反(fan)(fan)應(ying)(ying)器是指(zhi)流(liu)體(ti)(ti)通過(guo)靜止(zhi)不(bu)(bu)動的(de)固體(ti)(ti)物(wu)料(liao)所(suo)形成的(de)床(chuang)(chuang)層而(er)進行(xing)化(hua)學反(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)設備。以氣-固反(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)固定床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器最常見(jian)。固定床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器根(gen)據床(chuang)(chuang)層數的(de)多(duo)少又可(ke)分為單(dan)段(duan)(duan)(duan)式(shi)和多(duo)段(duan)(duan)(duan)式(shi)兩種類型。單(dan)段(duan)(duan)(duan)式(shi)一般為高徑比(bi)不(bu)(bu)大的(de)圓(yuan)筒體(ti)(ti)，在(zai)圓(yuan)筒體(ti)(ti)下部裝(zhuang)有柵板等板件，其上為催化(hua)劑床(chuang)(chuang)層，均勻地堆置(zhi)一定厚度的(de)催化(hua)劑固體(ti)(ti)顆(ke)粒。單(dan)段(duan)(duan)(duan)式(shi)固定床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器結構簡單(dan)、造價便宜(yi)、反(fan)(fan)應(ying)(ying)器體(ti)(ti)積利用(yong)率(lv)高。多(duo)段(duan)(duan)(duan)式(shi)是在(zai)圓(yuan)筒體(ti)(ti)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器內設有多(duo)個(ge)催化(hua)劑床(chuang)(chuang)層，在(zai)各床(chuang)(chuang)層之(zhi)間可(ke)采用(yong)多(duo)種方式(shi)進行(xing)反(fan)(fan)應(ying)(ying)物(wu)料(liao)的(de)換熱。其特(te)點(dian)是便于(yu)控制(zhi)調節反(fan)(fan)應(ying)(ying)溫度，防止(zhi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)溫度超(chao)出允許(xu)范圍。
⑤. 流化床反應器
細小的(de)(de)(de)固體顆(ke)粒被流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)著的(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)體攜帶，具有流(liu)(liu)(liu)(liu)體一樣(yang)自由(you)(you)流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)性質(zhi)，此種現象稱為(wei)(wei)固體的(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)態(tai)(tai)化(hua)(hua)(hua)(hua)。一般(ban)把反(fan)(fan)應(ying)器(qi)和在其(qi)中呈流(liu)(liu)(liu)(liu)態(tai)(tai)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)固體催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒合在一起(qi)，稱為(wei)(wei)流(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)。流(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)多(duo)用于氣(qi)-固反(fan)(fan)應(ying)過程。當原料(liao)氣(qi)通(tong)過反(fan)(fan)應(ying)器(qi)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)床(chuang)(chuang)層時，催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒受氣(qi)流(liu)(liu)(liu)(liu)作(zuo)用而懸浮起(qi)來呈翻滾(gun)沸騰狀，原料(liao)氣(qi)在處于流(liu)(liu)(liu)(liu)態(tai)(tai)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)表面進(jin)行化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)應(ying)，此時的(de)(de)(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)床(chuang)(chuang)層即為(wei)(wei)流(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)，也叫沸騰床(chuang)(chuang)。流(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)(de)形式(shi)(shi)很多(duo)，但一般(ban)都由(you)(you)殼體、內(nei)部構(gou)(gou)件(jian)、固體顆(ke)粒裝(zhuang)卸設備及氣(qi)體分(fen)布、傳熱、氣(qi)固分(fen)離裝(zhuang)置等構(gou)(gou)成。流(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)(chuang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)也可根(gen)據床(chuang)(chuang)層結構(gou)(gou)分(fen)為(wei)(wei)圓筒式(shi)(shi)、圓錐式(shi)(shi)和多(duo)管式(shi)(shi)等類型(xing)。
不(bu)(bu)同類型反(fan)(fan)應(ying)器在工業生產中的(de)(de)適用情(qing)況見表6.2。不(bu)(bu)同結構形式的(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)器在工業裝置中的(de)(de)應(ying)用舉例見表6.3。
