反应器

反应器的工作原理涉及多个方面，包括反应、传质、能量转换等。根据不同的应用场景，反应器可以有不同的类型和操作方式。

　　反应过程：反应器用于实现各种化学反应过程，包括液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。在生物反应器中，主要基于提供一个适宜的生物体外环境，以促进生物体系的生长、代谢和产物的生成。生物体系通常包括微生物、细胞培养物或酶等，它们在适宜的培养基中进行代谢活动。

　　传质过程：传质是指底物与产物在反应器内的传输过程，包括传质阻力与速率。传质阻力会影响到反应速率、底物利用率和产物浓度。搅拌装置用于保持充分的氧气传递和养分的均匀分布，以促进生物体系的有效代谢。

　　能量转换：涉及反应时的吸热和放热反应。吸热反应会让生物体通过吸收外界热能来提供代谢所需能量，促进生长和代谢。放热反应时，反应物在代谢中释放热能，这些热能作为反应中的热能需求。

　　加热方式：反应器的加热方式有多种，包括水加热反应釜、蒸汽加热反应釜以及其他介质加热的反应釜等。加热方式的选择取决于工艺要求的温度范围和压力等级。

　　材料选择：根据应用的环境，反应器可以由不同的材料制成，如碳钢或不锈钢。这些材料的选择基于其对腐蚀性液体的耐受性和机械性能。

　　控制系统：生物反应器通常配备传感器系统，用于监测反应过程中的关键参数，如温度、氧气浓度等。控制系统根据传感器的反馈信号调节控制参数，以维持最佳条件，从而控制产物的生成和副产物的产生。

　　综上所述，反应器的工作原理不仅涉及化学反应本身，还包括对温度、传质、能量转换等方面的精确控制，以确保反应过程的高效进行。

　　反应器按操作方式可分为：

　　1.间歇釜式反应器,或称间歇釜。

　　操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。

　　间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器，待反应达到一定要求后，一次卸出物料。连续操作反应器系连续加入原料，连续排出反应产物。当操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器，介于上述两者之间，通常是将一种反应物一次加入，然后连续加入另一种反应物。反应达到一定要求后，停止操作并卸出物料。

　　间歇反应器的优点是设备简单，同一设备可用于生产多种产品，尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种的生产。另外，间歇反应器中不存在物料的返混，对大多数反应有利。缺点是需要装卸料、清洗等辅助工序，产品质量不易稳定。

　　2.连续釜式反应器,或称连续釜

　可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流，反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响，并可分釜控制反应条件。

半连续釜式反应器。

　　3.指一种原料一次加入，另一种原料连续加入的反应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。

      主要指反应器的操作温度和操作压力。温度是影响反应过程的敏感因素，必须选择适宜的操作温度或温度序列，使反应过程在优化条件下进行。例如对可逆放热反应应采用先高后低的温度序列以兼顾反应速率和平衡转化率（见化学平衡）。

　　反应器可在常压、加压或负压（真空）下操作。加压操作的反应器主要用于有气体参与的反应过程，提高操作压力有利于加速气相反应，对于总摩尔数减小的气相可逆反应,则可提高平衡转化率,如合成氨、合成甲醇等。提高操作压力还可增加气体在液体中的溶解度，故许多气液相反应过程、气液固相反应过程采用加压操作，以提高反应速率，如对二甲苯氧化等。