第十章  反应器与放大设计

第一节 概述

一、反应器的分类

（一）基于反应类型的分类

根据反应类型，是纯化学反应还是生物化学反应，将反应器分为化学反应釜和生物反应器（bioreactor）。传统上，进行微生物培养的反应器称为发酵罐(fermentor)。化学反应器一般需要加热加压，生物反应器一般需要加压。

（二）基于反应相态的分类

均相：气相、液相、固相

非均相：气-液、液-液、气-固、液-固、固-固以及气-液-固

（三）基于流体流动状况分类

反应过程中，有物料加入，产物流出，持续进行的反应器为连续反应器，其流动状况很复杂。为了简化研究过程，有两种理想的反应器。

全混流反应器（CSTR:complete stirred tank reactor）是指流体在各个方向完全混合均匀的反应器，主要特征是反应物料的加入和反应产物的取出同步进行，反应体积保持不变，反应组成不变，是恒态反应过程。

平推流反应器（PFR piston fluid reactor）或活塞流反应器：是反应物料以相同的方向、速度在反应器内推进，在流体流动方向上完全不混合，而在垂直于流动方向的截面上完全混合，所有微元体的停留时间都相同。

二、常见反应器

生产中，常按照反应器主要结构特征进行综合分类，应用较多的如釜式、管式和塔式等。

搅拌罐（STR stirred tank reactor）是工业上最为常用的反应器形式。它即可用于生物过程，也可以用于化学过程；即适用于间歇操作，也适用于连续或半连续操作；小试、中试乃至大规模生产设备都可采用。其机械搅拌形式通常采用机械搅拌式。

管式反应器的特点是结构简单，易于维护，单位反应器体积具有最高转化率，尤其适用于均一气相反应。填充床反应器（PBR）可以看作是管式反应器内充填固体催化剂颗粒，尤其适用于气-固催化反应。流化床反应器（FBR）的固定化细胞颗粒小并且随流体一起流动，小颗粒可以固定在其上的细胞提供大的表面积，从而可以给细胞提供较高的氧传递速率和营养物质。

常见的塔式反应器包括鼓泡塔和气升式反应器。鼓泡塔反应器压缩空气流，同时起到混合和通气的作用。气升式反应器利用气体的喷射功能和流体密度差造成反应液循环流动，并通过安装导流筒来增强反应器内的传递效果和强化液体的循环流动。