对釜式反应器的学习与思考

王思宇

(北方民族大学 化学与化学工程学院，宁夏 银川 750021)

釜式反应器按照操作方式分类可以将其分为三类，分别是：间歇式釜式反应器、连续式釜式反应器以及半间歇式(或者半连续式)釜式反应器[1]，其有着非常广泛的应用。工业上，它是许多酯化反应、磺化反应、以及氯化反应等反应的主要应用的反应器；实验室中，一些水热反应也可以用它来完成。并且，它可以进行的反应类型也很广泛，无论是均相反应，还是多相反应均可应用。釜式反应器的规格为：高度等于直径或者比直径略大。在反应釜的内部，设有挡板及搅拌装置，以便使反应物料混合均匀，加快反应速率。并且，根据不同情况，会在釜内安装换热器，以维持反应所需的温度。接下来就对三种釜式反应器做具体分析。

1 釜式反应器

1.1 间歇釜式反应器

间隙釜式反应器简称间歇釜，所有反应物均在反应开始前一次性加入，在产物达到预期转化率时出料。在操作上，它非常灵活，易于操作，而且它的操作的灵活性更体现在它对于不同操作条件和产品品种的适应性上，它的适应性强，可以应用到多种产品生产中，更适用于小批量、反应时间较长的产品生产，如医药、试剂、助剂、添加剂等精细化工部门。但是，由于间歇釜产品质量不稳定的特性，在一些对产品质量要求高的工业生产中，常不会使用间歇釜。

由于间歇釜会存在装料和卸料等辅助操作，所以，在计算操作时间时，需要从两个方面来计算。第一部分是反应时间，简单来说，就是反应完成所需要的时间；另一部分就是辅助时间了，即辅助操作的时间，包括装料、卸料等。也正是因为如此，间歇釜在设计时，应该着重考虑操作时间的问题，在接下来会具体说明。

1.2 连续釜式反应器

连续釜式反应器简称为连续釜，主要应用与大规模工业生产中。之所以连续釜可以在大型工业生产中有此发挥，主要源于其稳定的产品质量以及简单的控制操作。如在塑料、化纤、合成橡胶三大合成材料生产中，CSTR(Continuous Stirred-Tank Reactor)的数量约占合成生产反应器总量的90%以上[2]。连续釜作为釜式反应器的一种，其釜内同样装有搅拌器，这就会产生一种不良的影响，即返混。当搅拌器工作时，反应釜内的流体会因为做与主流方向相反的运动而造成物料混合，从而导致物料浓度传递速度变慢。此时，可以选择用多釜串联法在一定程度上减小返混造成的影响。

1.3 半间歇釜式反应器

半间歇釜式反应器与上述两种反应器的区别是，它的两种反应物分别采用的是直接加入以及连续加入的方式，这也就是说，反应釜内两种反应物的浓度会有差异，采用连续加入的反应物，其浓度会低于直接加入的反应物浓度，并且，随着时间的改变，由于反应物的消耗，反应物系的组成会随之发生改变。因此，在某些情况下使用半间歇釜式反应器会更有利。

2 釜式反应器的设计与选择

对于釜式反应器的设计，主要可以通过对确定反应釜的体积来完成。而在反应釜的选择上，则应当结合不同釜式反应器的工作原理以及反应特点来确定。

对于间歇釜式反应器，因其操作时间是由反应时间和辅助时间两部分组成，而辅助时间又主要依据人为经验来确定，所以关键所在则是确定反应时间的长短。而对于间歇釜来说，其反应时间的长短只与过程的反应速率有关，而间歇釜的体积主要取决于两个因素，即：操作时间和单位时间内反应物的处理量，前者上面已经说明，后者则是要根据生产任务计算得到。

对于连续釜式反应器来说，其操作都是在稳定状态下完成的，即等温、等浓度条件下，因此也是等反应速率，而此类反应器多用于在液相中进行的反应，因为不需要反应中途加入反应物，反应过程中液体体积变化不显著[3]，所以可以认为是在恒容条件下进行，于是整体便是既不随空间变，也不随时间变，只需通过简单的运算，便可以求得反应体积。

而对于半间歇反应釜来说，因其采用先加入一种原料，另一种原料连续加入的加料方式，所以先加入的原料浓度相对较高。因此如果需要一种反应物浓度高，另一种反应物浓度低，可以选择半间歇釜。例如：在一些强放热反应中，采用半间歇操作可以调节加料速度来达到调节反应温度的目的；再者，为了提高一些可逆反应的产率，通常会将生成的反应物不断移除，以使反应继续进行，从而达到目的。此外，还有一些其他场合也可以使用间歇操作。

3 学习与思考

通过对反应器的学习，了解了很多关于反应器的知识，对其类型、优缺点、以及在实际情况下如何选择都有了基本的掌握，尤其对于釜式反应器更是有了深刻的看法。釜式反应器，应用广泛，在工业、制药、燃料等领域均占有一定的分量。既可以用来进行均相反应，又可以用来进行多相反应[3]。然而，在实际工业生产应用时，反应器的设计更应该注重的是经济效益和社会效益的最大化，不能片面的追求经济效益而忽略了社会效益，尤其是生产过程中造成的环境污染以及噪声污染，这类设计是不允许出现的。以及对生产安全的把控，要对操作者的生命健康有所保障。因此，在今后的学习、生活中，我将尽力做到学以致用，将这些所学应用到实际操作中，实现对生活的反馈。