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第一章 均相反应技术 Technology of homogeneous reaction 均相反应器的特点及结构 在化工生产中，应用于均相反应过程的化学反应器主要有釜式反应器和管式反应器。 一、釜式反应器 釜式反应器又称槽型反应器或锅式反应器，它是各类反应器中结构较为简单且又应用较广的一种。主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也有应用。在化工生产中，既可适用于间歇操作过程，又可单釜或多釜串联适用于连续操作过程，而以在间歇生产过程中应用最多。它具有适用的温度和压力范围宽、适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一等特点。但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，却有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。 釜式反应器的基本结构见图。主要包括反应器壳体、搅拌器、密封装置和换热装置等。 釜式反应器壳体及搅拌器所用材料，一般皆为碳钢，根据特殊需要，可在与反应物料接触部分衬有不锈钢、铅、橡胶、玻璃钢或搪瓷，个别情况也有衬贵重金属如银等。根据反应器要求，壳体也可直接用铜、不锈钢制造的反应器。 （一）釜式反应器的壳体结构 釜式反应器壳体部分的结构见图2-1。主要包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。 釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。底、盖常用的形状有平面形、碟形、椭圆形和球形，釜底也有锥形，见图2-2。平面形结构简单，容易制造，一般在釜体直径小，常压（或压力不大）条件下操作时采用；碟形和椭圆形应用较多；球形多用于高压反应器。当反应后的物料需用分层法使其分离时可用锥形底。 手孔或人孔的安设是为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。手孔的直径一般为0.15——0.20m，它的结构一般是在封头上接一短管，并盖以盲板。当釜体直径比较大时，可以根据需要开设人孔，人孔的形状有圆形和椭圆形两种，圆形人孔直径一般为0.4m，椭圆形人孔的最小直径为0.40×0.30m。 釜式反应器的视镜主要是为了观察设备内部的物料反应情况，有比较宽阔的视察范围为其结构确定原则。 工艺接管口主要用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。进料管或加料管应做成不使料液的液沫溅到釜壁上的形状，以避免由于料液沿反应釜内壁向下流动而引起釜壁局部腐蚀。 釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料管口外，一律都开在顶盖上。 （二）搅拌器 釜式反应器安设搅拌器的作用是加强物料的均匀混合，强化釜内的传热和传质过程。常用的搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式和螺带式等，如图2-3所示。 桨式搅拌器：由钢条制成，一端为平轭形，是搅拌器中结构最简单的一种。桨叶总长可取为釜体内径的1/3——2/3，转速可为15——80r/min。因桨叶水平装设，故可造成水平液流，一般仅适用于不需要剧烈混合的过程。 框式搅拌器：在水平桨之外增设垂直桨叶，形成一个框，则可较好的搅拌液体。框的宽度可取釜内径的2/3，转速可为15——80r/min。 锚式搅拌器：转动时几乎触及釜体的内壁，可及时刮除壁面沉积物，有利于传热。此种搅拌器适用于粘稠物料的搅拌，转速可为15——80r/min。大多是铸铁制成，可允许造出特定的锚形。 以上三种搅拌器均属于低速搅拌器，具有结构简单，制造方便的特点。 旋桨式搅拌器：系用2-3片推进式桨叶装于转轴上而成。由于转轴的高速旋转，桨叶将液体搅动使之沿器壁和中心流动，在上下之间形成激烈的循环运动，若将旋桨装在圆形导流筒中，循环运动可更加强。这种搅拌器广泛用于较低粘度的液体搅拌，也可用来制备乳浊液和颗粒在10%以下的悬浮液。操作时所用的转速为400-1500转/分，对于粘度≥0.5pa·s液体，其转速应在400r/min以下，当搅拌粘性液体以及含有悬浮物或可形成泡沫的液体时，其转速应在150——400r/min之间。旋桨式搅拌器具有结构简单、制造方便、可在较小的功率消耗下得到高速旋转的优点，但在搅拌粘度达0.4Pa·s以上的液体时，搅拌效率不高。 涡轮搅拌器：由一个或数个装置在直轴上的涡轮所构成。其操作形式类似于离心泵的翼轮，当涡轮旋转时，液体经由中心沿轴被吸入，在离心力作用下，沿叶轮间通道，由中心甩向涡轮边缘，并沿切线方向以高速甩出，而造成剧烈的搅拌。这种搅拌器最适用于大量液体的连续搅拌操作，除稠厚的桨糊状物料外，几乎可应用于任何情况。随着生产能力的提高和连续化操作的发展，其应用范围必将日益广泛。这种搅拌器的缺点是生产成本较高。 以上几种搅拌器在有机化工和高聚物生产过程中应用较广，此外还有螺带式、电磁式、超声波式等。在工业上可根据物料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等因素选择适宜