化學反應器是化工生產的核心設備，反應器的形式對化工生產有著十分重要的影響，能夠直接影響生產安全和產品的質量。根據反應器的形式特點，主要可以分為釜式反應器、管式反應器、塔式反應器、床式反應器、微反應器等。

釜式反應器

釜式反應器又稱反應釜、鍋式反應器。它是各類反應器中結構較為簡單且應用最為廣泛的一種反應器，被廣泛應用于石油、化工、橡膠、農藥、染料、醫藥等領域。它可用來進行均相反應或者以液相為主的非均相反應，如液-液相、液-固相、氣-液相、氣-液-固相等。

釜式反應器具有較寬的適用溫度和壓力范圍、適應性強、操作彈性大、連續操作時溫度濃度容易控制、產品質量均一等特點。通常在操作條件比較緩和的情況下，如常壓、低溫且低于物料沸點時，應用此類反應器最為常見。反應條件較為苛刻時（如高溫、高壓、強腐蝕性等），也可采用專用釜式反應器進行生產。

釜式反應器的主體結構主要由釜體、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置和換熱裝置組成。

釜式反應器按操作方式可分為

（1）間歇釜  又稱間歇釜式反應器，其主要特點是操作靈活，能適應不同操作條件和產品品種，對于小批量、多品種、反應時間較長的產品生產尤為適用。間歇釜的缺點是需有裝料和卸料等輔助操作過程，產品質量不易穩定。但有些反應過程，如發酵反應和聚合反應等，實現連續生產尚有困難，目前仍然采用間歇釜進行生產。

（2）連續釜  又稱連續釜式反應器，由多個反應釜串聯組成。與間歇釜相比，連續釜能夠節省加料和卸料時間，生產連續，產品質量比較穩定。連續釜的缺點是由于攪拌的作用易造成物料返混，影響產品的轉化率。

（3）半連續釜  又稱半連續釜式反應器，指一種或多種原料一次性加入，另一種或多種原料連續加入的反應器，其特性介于間歇釜和連續釜之間。反應釜按照攪拌方式的不同又可以分為立式容器中心攪拌、偏心攪拌、傾斜攪拌，臥式容器攪拌等類型，其中以立式容器中心攪拌反應器是最為常用。

管式反應器

管式反應器通常長徑比較大，外形呈管狀，是一種連續操作反應器，屬于平推流反應器，多用于均相反應過程。管式反應器具有返混小、比表面積大、容積效率（單位容積生產能力）高等特點，對要求轉化率高或有串聯副反應的工藝尤為適用。但對于慢速反應，則需要的管路更長，導致反應器內壓降較大，影響反應效果。此外，管式反應器還可分段實現工藝條件控制，創造適宜的溫度梯度、壓力梯度、濃度梯度。因此，管式反應器具有轉化率高和選擇性高等特點。

在連續操作的生產過程中，長徑比較大的管式反應器可以近似看成理想置換流動反應器。它既適用于液相反應，又適用于氣相反應。由于管式反應器承受壓力較高，因此，適用于加壓反應。與釜式反應器相比，管式反應器熱交換面積大、冷卻能力強，所以管式反應器可適用于強放熱反應過程。

管式反應器按照結構可分為

（1）水平管式反應器  水平管式反應器由無縫鋼管與U形管或法蘭連接而成，其特點是制造簡單、維修方便，能承受較高的壓力。

（2）立管式反應器  立管式反應器在工業生產中使用廣泛，目前在液相氨化、液相加氫、液相氧化等反應中都有應用。它包括單程式立管反應器和多程式立管反應器。

（3）盤管式反應器  盤管式反應器將管式反應器做成水平盤管的形狀，設備緊湊、節省空間，但不利于檢修維護和管道清洗。

（4）U形管反應器 U形管反應器的管內設有多孔擋板或攪拌裝置，以強化傳熱與傳質過程。U形管反應器的管路直徑大，物料停留時間長，可應用于反應速率較慢的化學反應。如帶多孔擋板的U形管反應器已經被廣泛應用于己內酰胺的聚合反應。帶攪拌的U形管反應器適用于非均相反應或液固相懸浮反應，如甲苯連續硝化和蒽醌連續磺化等反應類型。

（5）多管并聯式反應器  由于管式反應器結構比較靈活，在工業生產中為滿足不同工藝的生產需要，經常采用多管并聯結構的管式反應器。如氣相氯化氫和乙炔在多管并聯裝有固相催化劑的反應器中反應制備氯乙烯，氣相氮和氫氣混合物在多管并聯裝有固相催化劑的反應器中合成氨。

塔式反應器

塔式反應器除廣泛用于精餾、吸收、萃取等工藝外，還可用作反應器進行化學反應，如加氫、磺化、鹵化等。常見的塔式反應器主要分為以下幾種∶

（1）填料塔反應器 填料塔反應器主要用于氣液相參與的化學反應，是以塔內的填料作為氣液兩相傳質的設備。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面下流，在填料表面形成液膜。氣體從塔底送入，經氣體分布器（小直徑塔也可不設氣體分布器）分布后，與液體形成逆向流動，連續通過填料層的空隙。在填料表面上，氣液兩相密切接觸，進行傳質。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化。一般情況下，氣相為連續相，液相為分散相。

填料塔反應器的結構簡單，壓降小，適用于有腐蝕性物料參與或生成的反應。但是在填料塔反應器中，各相物料接觸時間較短，對于快速和瞬間反應過程，能夠獲得較大的產品轉化率，但對于較慢的化學反應并不適用。另外，塔式反應器熱交換效果差，對于放熱量較大的反應，只能采取增加液體噴淋量來降低反應器內部的溫度。

（2）鼓泡塔反應器 鼓泡塔反應器是塔內充滿液體，氣體從反應器底部連續進入，分散成氣泡，沿著液體上升，與液相接觸進行反應的同時，攪動塔內液體以增加傳質速率。這類反應器適用于液相參與的中、慢速反應和放熱量較大的反應。如各種有機化合物參與的氧化反應等。

鼓泡塔反應器結構簡單、造價低廉、使用和維護比較方便，參與反應的氣液兩相接觸面積大，混合充分。但是，在鼓泡時消耗的壓降較大，塔內物料返混嚴重，很難在單一連續反應器中獲得較高的液相轉化率。

（3）板式塔反應器 板式塔反應器是液體橫向流過塔板后經溢流堰溢流進入降液管，液體在降液管內釋放夾帶的氣體，從降液管底部間隙流至下一層塔板。塔板下方的氣體穿過塔板上的氣相通道，如篩孔、浮閥等，進入塔板上的液層鼓泡，氣液接觸進行傳質。氣相離開液面層而奔向上一層塔板，進行多級的接觸傳質。

板式塔反應器具有逐板操作的特點，采用的塔板數越多，軸向返混越小，從而獲得較高的液相轉化率。另外，塔板間可設置傳熱裝置，用來移出和移入熱量。

（4）噴淋塔反應器  噴淋塔反應器結構較為簡單，液體經噴淋后，以細小液滴的形式分散于氣體中，氣體為連續相，液體為分散相，具有接觸面積大和氣體壓降小等優點。適用于瞬間、界面和快速反應過程，特別適用于有污泥、沉淀和生成固體產物的反應體系。但噴淋塔反應器持液量小，傳質系數小，氣液兩相返混嚴重。

床式反應器

床式反應器主要適用于固相物料或固體催化劑參與的化學反應。常見的床式反應器可以分為以下幾種∶

（1）固定床反應器  固定床反應器又稱填充床反應器，反應器內部裝填有固體催化劑或固體反應物用于實現多相反應過程。固體物通常呈顆粒狀，堆積成一定高度或厚度的床層，床層靜止不動，流體通過床層發生反應。

固定床反應器有以下幾種基本形式

① 軸向絕熱式固定床反應器。流體沿軸向自上而下流經床層，床層同外界無熱交換。

②徑向絕熱式固定床反應器。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動的方式，床層同外界無熱交換。

徑向反應器與軸向反應器相比，流體流動的距離較短，截面積大，流體的壓降較小。但徑向反應器的結構較為復雜。以上兩種形式都屬絕熱反應器，適用于反應熱效應不大，或反應系統能承受絕熱條件下由反應熱效應引起的溫度變化的反應過程。

③ 列管式固定床反應器。由多根反應管并聯構成。管內或管間布置催化劑，冷熱載體流經管間或管內進行加熱或冷卻。列管式固定床反應器適用于反應熱效應相對較大的反應。

④ 多級固定床反應器。是根據反應過程中不同的工藝條件的需要，將上述基本形式的反應器串聯起來，組合而成的反應器。如∶當反應熱效應大或需分段控制溫度時，可將多個絕熱反應器串聯成多級絕熱式固定床反應器，反應器之間設換熱器或補充物料以調節體系溫度，以便于反應在最佳工藝條件下進行。

固定床反應器結構簡單，物料不易返混，催化劑機械損耗小，流體同催化劑可進行有效接觸。但固定床反應器傳熱差，熱移出效果不好，當反應放熱量很大時，易導致熱失控，超過工藝最大允許溫度范圍，從而影響生產安全。另外，固定床反應器操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應一般不適用，此種情況通常以流化床反應器代替固定床反應器。

（2）流化床反應器  流化床反應器主要是指氣體在由固體物料或催化劑構成的沸騰床層內進行化學反應的設備。氣體以一定的流速將堆積成一定厚度（床層）的催化劑或固體物料強烈攪動，使之像沸騰的液體一樣并具有液體的一些特性，如對容器壁有壓力的作用、能溢流、具有黏度等。反應器頂部有擴大段，裝有旋風分離器，回收被氣體帶走的催化劑或固體物料。底部設置原料進口管和氣體分布器，中部為反應段，裝有冷卻水管和導向擋板，用以控制反應溫度和改善氣固兩相接觸條件。

流化床反應器已在石油、化工、冶金、核工業等領域得到廣泛應用。流化床反應器具有以下優點

①可以實現固體物料的連續輸入和輸出；

②流體的運動使床層具有良好的傳熱性能，床層內部溫度均勻，而且易于控制，特別適用于強放熱反應；

③便于催化劑的連續再生和循環使用，適用于催化劑失活速率高的反應過程。

（3）移動床反應器  移動床反應器適用于固體顆粒或固體催化劑參與的反應，與固定床反應器相似，不同之處是固體物料或固體催化劑自反應器頂部連續加入，液相或氣相通過固體床層以進行反應。隨著反應的進行，固體物料逐漸下移，最后由底部卸出。

與固定床反應器及流化床反應器相比，移動床反應器的主要優點是可以控制固體和流體的停留時間，液相返混較小；缺點是控制固體顆粒的均勻下移比較困難。

微反應器

微反應器又稱微通道反應器，主要是指用微加工技術生產制造的裝置，適用于化學反應研究。微反應器結構較為復雜，是一種集換熱、混合、分離和控制等功能于一體的微反應系統。

在科研工作中，微反應器主要應用于催化劑評價和動力學研究，也可用作反應熱分析，有較高的靈敏度。隨著微反應器技術的日漸發展，根據其自身的性能特點，也可用于以下化學反應過程∶

（1）放熱劇烈的反應。對于反應熱較大的化學反應，常規反應器一般采用滴加物料的方式，滴加物料瞬時，由于局部濃度過高，容易發生局部劇烈反應，產生較大的反應熱，生成一定量的副產物。微反應器能夠及時地導出熱量，能夠實現反應溫度的精準控制，消除局部熱效應大的弊端，提高產品的轉化率。

（2）反應物或產物不穩定的化學反應。某些化學反應，由于反應物或產物不穩定，長時間停留在反應器中易發生分解，從而影響產品的收率。微反應器是連續流動的反應體系，且可以精準控制反應物或生成物的停留時間，從而避免因停留時間過長而產生的物料分解，保證產品收率及安全生產。

（3）要求反應物配比精準的化學反應。對于要求配比精準的反應體系，微反應器可以在很短的時間內達到均勻混合，避免局部過量，減少副產物的生成量。

（4）危險化學反應及高溫高壓反應。對于一些危險化學反應，生產過程中易發生失控，導致溫度急劇升高、壓力急劇增大，容易引起沖料甚至爆炸。微反應器能夠迅速移出反應熱，且能承受較高的壓力，使用微反應器進行此類反應更加安全。

隨著微反應器技術發展的逐漸成熟，微反應系統已在科研工作中得到廣泛應用。但是，微反應器體積小，生產能力低，工業生產需要的設備基數大，監測和控制過程繁雜，反應器內部通道尺寸小、易堵塞，且難以清理，工業化成本高。這些因素都制約了微反應器在工業生產中的規模化使用。

除上述介紹的反應器形式外，還有涓流床反應器、旋流反應器、環流反應器、生物膜反應器等。化工生產涉獵廣泛，工藝過程復雜，反應器又是化工生產中的核心設備，選擇合適的反應器不但能提高生產效率和產品轉化率，也可以使化工生產過程更穩定，而且對化工生產過程安全具有極其重要的意義。因此根據物料及工藝特性，以滿足工藝條件和符合實際生產需要為準則，科學合理地選擇反應器形式至關重要。