對釜式反應器的學習與思考

王思宇

(北方民族大學 化學與化學工程學院，寧夏 銀川 750021)

釜式反應器按照操作方式分類可以將其分為三類，分別是：間歇式釜式反應器、連續式釜式反應器以及半間歇式(或者半連續式)釜式反應器[1]，其有著非常廣泛的應用。工業上，它是許多酯化反應、磺化反應、以及氯化反應等反應的主要應用的反應器；實驗室中，一些水熱反應也可以用它來完成。并且，它可以進行的反應類型也很廣泛，無論是均相反應，還是多相反應均可應用。釜式反應器的規格為：高度等于直徑或者比直徑略大。在反應釜的內部，設有擋板及攪拌裝置，以便使反應物料混合均勻，加快反應速率。并且，根據不同情況，會在釜內安裝換熱器，以維持反應所需的溫度。接下來就對三種釜式反應器做具體分析。

1 釜式反應器

1.1 間歇釜式反應器

間隙釜式反應器簡稱間歇釜，所有反應物均在反應開始前一次性加入，在產物達到預期轉化率時出料。在操作上，它非常靈活，易于操作，而且它的操作的靈活性更體現在它對于不同操作條件和產品品種的適應性上，它的適應性強，可以應用到多種產品生產中，更適用于小批量、反應時間較長的產品生產，如醫藥、試劑、助劑、添加劑等精細化工部門。但是，由于間歇釜產品質量不穩定的特性，在一些對產品質量要求高的工業生產中，常不會使用間歇釜。

由于間歇釜會存在裝料和卸料等輔助操作，所以，在計算操作時間時，需要從兩個方面來計算。第一部分是反應時間，簡單來說，就是反應完成所需要的時間；另一部分就是輔助時間了，即輔助操作的時間，包括裝料、卸料等。也正是因為如此，間歇釜在設計時，應該著重考慮操作時間的問題，在接下來會具體說明。

1.2 連續釜式反應器

連續釜式反應器簡稱為連續釜，主要應用與大規模工業生產中。之所以連續釜可以在大型工業生產中有此發揮，主要源于其穩定的產品質量以及簡單的控制操作。如在塑料、化纖、合成橡膠三大合成材料生產中，CSTR(Continuous Stirred-Tank Reactor)的數量約占合成生產反應器總量的90%以上[2]。連續釜作為釜式反應器的一種，其釜內同樣裝有攪拌器，這就會產生一種不良的影響，即返混。當攪拌器工作時，反應釜內的流體會因為做與主流方向相反的運動而造成物料混合，從而導致物料濃度傳遞速度變慢。此時，可以選擇用多釜串聯法在一定程度上減小返混造成的影響。

1.3 半間歇釜式反應器

半間歇釜式反應器與上述兩種反應器的區別是，它的兩種反應物分別采用的是直接加入以及連續加入的方式，這也就是說，反應釜內兩種反應物的濃度會有差異，采用連續加入的反應物，其濃度會低于直接加入的反應物濃度，并且，隨著時間的改變，由于反應物的消耗，反應物系的組成會隨之發生改變。因此，在某些情況下使用半間歇釜式反應器會更有利。

2 釜式反應器的設計與選擇

對于釜式反應器的設計，主要可以通過對確定反應釜的體積來完成。而在反應釜的選擇上，則應當結合不同釜式反應器的工作原理以及反應特點來確定。

對于間歇釜式反應器，因其操作時間是由反應時間和輔助時間兩部分組成，而輔助時間又主要依據人為經驗來確定，所以關鍵所在則是確定反應時間的長短。而對于間歇釜來說，其反應時間的長短只與過程的反應速率有關，而間歇釜的體積主要取決于兩個因素，即：操作時間和單位時間內反應物的處理量，前者上面已經說明，后者則是要根據生產任務計算得到。

對于連續釜式反應器來說，其操作都是在穩定狀態下完成的，即等溫、等濃度條件下，因此也是等反應速率，而此類反應器多用于在液相中進行的反應，因為不需要反應中途加入反應物，反應過程中液體體積變化不顯著[3]，所以可以認為是在恒容條件下進行，于是整體便是既不隨空間變，也不隨時間變，只需通過簡單的運算，便可以求得反應體積。

而對于半間歇反應釜來說，因其采用先加入一種原料，另一種原料連續加入的加料方式，所以先加入的原料濃度相對較高。因此如果需要一種反應物濃度高，另一種反應物濃度低，可以選擇半間歇釜。例如：在一些強放熱反應中，采用半間歇操作可以調節加料速度來達到調節反應溫度的目的；再者，為了提高一些可逆反應的產率，通常會將生成的反應物不斷移除，以使反應繼續進行，從而達到目的。此外，還有一些其他場合也可以使用間歇操作。

3 學習與思考

通過對反應器的學習，了解了很多關于反應器的知識，對其類型、優缺點、以及在實際情況下如何選擇都有了基本的掌握，尤其對于釜式反應器更是有了深刻的看法。釜式反應器，應用廣泛，在工業、制藥、燃料等領域均占有一定的分量。既可以用來進行均相反應，又可以用來進行多相反應[3]。然而，在實際工業生產應用時，反應器的設計更應該注重的是經濟效益和社會效益的最大化，不能片面的追求經濟效益而忽略了社會效益，尤其是生產過程中造成的環境污染以及噪聲污染，這類設計是不允許出現的。以及對生產安全的把控，要對操作者的生命健康有所保障。因此，在今后的學習、生活中，我將盡力做到學以致用，將這些所學應用到實際操作中，實現對生活的反饋。