反应堆技术
反应堆技术包括化学反应工程（CRE）的基本原理和其应用中使用的实践。反应器设计从追求新产品和用途，更高转化率，更有利的反应选择性，降低固定和运营成本，本质安全操作和环境可接受的加工发展而来。所有因素都是相互依存的，必须一起考虑，接触反应物和去除产品的要求是应用反应堆技术的重点;其他因素通常由反应系统的原始选择，反应物转化率和产物选择性的预期水平以及经济和环境因素决定。在确定实验室和实验室规模数据的反应动力学，设计和运行试验装置，扩大到大型装置，最终设计，运行和改进工业装置性能时，应考虑这些问题。
大多数反应堆都是从专注于一种反应堆的集中努力演变而来的。使用明显不同的反应堆类型从并行开发中出现了一些过程。在大多数情况下，选择用于实验室研究的反应器已成为工业上使用的反应器类型，因为进一步的开发通常有利于扩展该技术。以下是根据反应器类型分类的反应器使用的说明性实例。
批量反应器。间歇式反应器经常在石化，制药，食品和采矿过程中遇到，例如烷基化，乳液聚合，烃发酵，脂肪的甘油解，臭氧化和金属螯合。该方法通常需要实现微米级液滴的均匀分散并提供足够的放热除热，尤其是在产品质量受温度不利影响的情况下。
间歇式反应器用于制造塑料树脂，例如聚酯，酚醛树脂，醇酸树脂，脲甲醛，丙烯酸树脂和呋喃。这种反应器通常是6~40m3的挡板槽，其中有叶片或叶轮通过长轴从上方连接，并且热量通过夹套壁或内部线圈传递。
Semibatch反应器。半间歇反应器是最通用的反应器类型。热塑性注塑模具是半间歇式反应器，其中成型塑料制品由熔体制成。
反应注射成型（RIM）避免了注塑模具的问题，并提供了制造大型物品的技术，例如聚氨酯汽车挡泥板和保险杠
连续式流动搅拌釜反应器。使用CSTR设备从甲苯和一氧化碳合成对甲苯甲醛。对甲苯甲醛（PTAL）是制备对苯二甲酸的中间体。氟化氢 - 三氟化硼催化甲苯羰基化成PTAL。在工业过程中，每个工艺步骤使用单独的搅拌罐。甲苯和循环HF和BF3在CSTR中接触形成甲苯催化剂络合物;甲苯络合物与CO反应，在另一个CSTR中形成PTAL-催化剂络合物。一旦配合物分解成产物并且催化剂再生，水合的HF-BF3在单独的容器中处理。因为副产物水使催化剂失活并促进腐蚀。
热管式反应器。管式反应器已广泛用于低温，液相非催化氧化，例如丁烷至乙酸和甲基乙基酮（MEK），对二甲苯至对苯二甲酸，环己烷至环己醇和环己醇，以及正烷烃至仲醇。和高温热解，例如石油进料到烯烃 - 特别是乙烯的热裂解。通常，对于这些氧化，任何给定产物的转化率和选择性都很低。因为失控的支链反应是可能的，所以必须确保散热并控制氧浓度这些考虑通常有利于在活塞流中使用一系列管式反应器，在每个反应器中进行一些反向混合以保持足够的自由基浓度以传播反应。
外延反应器是管式反应器的专用变体，其中产生气相前体并将其输送到加热表面，其中通过在表面上的进一步反应产生薄结晶膜和气态副产物。类似于这种化学气相沉积（CVD）是物理气相沉积（PVD）和分子束产生的沉积物。反应器细节对于确保均匀，无杂质沉积物至关重要，并且已经发展了许多设计。
泡罩塔。泡罩塔正在发现越来越多的工业应用，例如乙烯二聚，聚合物制造和液相氧化。泡罩塔加工具有简单，有利的操作成本和潜在优异的产品质量的优点。与通过蒸汽裂化生产的1-丁烯相比，使用均相催化剂生产1-丁烯的乙烯二聚是有利的，其中丁二烯必须被分离和氢化。丁二烯分离由于需要化学除去紧密沸腾的异丁烯而变得复杂，异丁烯是一种杂质，后来在一些乙烯聚合反应中产生粘性聚合物。
串联的鼓泡塔已经用于建立与环己烷的液相氧化所需的活塞流和反混合行为相同的有效混合物，如通过串联的分级反应器获得的。已经建立了液体和空气再循环的良好混合行为。
空运反应堆。气升式反应器是泡罩塔的流体动力学变体，其中液体或浆液在两个物理分离的区域之间循环，这是由于在一个区域中的喷射气体引起区域之间的密度差异。这些反应堆在生产工业和医药化学品以及处理工业和城市废物方面具有广泛的用途。进一步的应用源于废物最小化的机会，例如将乙烯和氯转化为二氯乙烷。气升式反应器设计的重要特征是用于确保液体循环，建立高气液界面区域以及有效分离气体和液体的装置。使用了许多配置，包括物理上分开的内部环和引流管，以及外部环路。还采用垂直容器，其通过以足以迫使循环的速度向下注入气泡液体而引起循环。
环管反应器特别适合作为生产例如单细胞蛋白质的生物反应器。在这个过程中，强烈的混合和发酵液均匀性是必不可少的，并且必须在没有发泡，浮力或重质组分分离或者使用化学添加剂或机械搅拌的情况下完成。
喷雾柱。喷雾柱在生物技术加工，催化剂制造和废物最小化方面具有多种专用途径。喷雾柱用于生产奶粉，奶酪和其他发酵产品，用于直接热诱导蛋白质，微生物和酶的转化，从而影响颜色，风味，营养价值和生物安全性。焚烧，热解和部分氧化在喷雾柱中进行，以处理塑料废物。
管式固定床反应器。填充有催化剂并被传热介质包围的下游反应器管束是管式固定床反应器。这种反应器最常用于蒸汽重整和邻苯二甲酸酐制造。蒸汽重整是轻质烃，优选天然气或石脑油，与镍负载催化剂上的蒸汽反应形成合成气，主要是H2和CO与一些CO2和CH4。
通过氧化铁催化的水煤气变换反应可以获得对初级产物的额外转化，但这些反应在大直径固定床反应器中进行，而不是在小直径管中进行。
固定床反应器。单相流提供单相反应物的固定床反应器广泛用于石油化学工业，用于氨合成，催化重整，其他加氢处理，例如加氢裂化和加氢脱硫和氧化脱氢。这些过程中的进料是气体或蒸气。反应器通常具有大直径，绝热操作，并且通常在各个压力容器中容纳多个床。床几何形状通常由催化剂反应性决定，因此床可以高或薄或短和下蹲。设计的变化是由与反应物或催化剂的特定性质相关的问题和操作条件的差异引起的。使用夹层冷却（或加热）或液体淬火添加来从每个床的流出物中除去或提供反应热。在大多数情况下使用需要特殊活化处理或独特处理要求的多组分非均相催化剂。必须通过更换新鲜催化剂或通过再生来恢复催化剂活性。尽管反应物通常向下流动，但可以注入空气以在反应器底部进行催化剂再生。
固定床反应器。在液相和气体混合物下操作的固定床反应器中的多相流动状态和接触机制与单相进料的完全不同。然而，混相，下流固定床反应器设计是单相固定床流体处理技术的扩展，并且外观类似于这样的反应器。最常用的混相反应器是滴流床。使用特殊分配器均匀地加入两相混合物。在这种反应器中用高沸点进料进行加氢脱硫，加氢裂化，氢化和氧化脱氢。压力通常高于其单相流动压力。尽管这些反应器中的一些可以在脉冲流状态下操作，但是这些反应器保持其滴流床名称，因为使用相同的配置。此外，反应器仪器可能不适合记录脉动，因此不会注意到流动状态。如果需要，滴流床反应器中的温度升高与单相反应器一样受到控制。通常，液体淬火系统是优选的。
全球城市化的加速推动了利用饲料分配和催化剂利用率的改进，在现有的加氢脱硫反应器中实现了非常低（<500 ppm）的硫含量，适用于各种饲料。已经成功加工的高沸点进料包括原始和裂化的重质瓦斯油和残余物。这种进料含有金属，其通过在催化剂多孔结构内沉积而加氢脱金属和除去。相对于贵金属负载的催化剂，低成本的催化剂缓慢失活并在使用一至三年后更换，这取决于使用的严格程度。汽液平衡在催化剂脱除中起重要作用。在这些应用中也使用移动滴流床。催化剂可以作为油浆进料到顶部，然后向下流过一系列床。每个床的锥形底部设计用于确保催化剂的塞流。
流化床反应器。流化床应用范围广泛且多样化。最早和最知名的应用之一是流化催化裂化（FCC）。在FCC中，瓦斯油在约500~525℃裂解产生汽油和其他轻质烃，使用平均约50~60μm直径的二氧化硅 - 氧化铝基催化剂。反应器是密相流化床，稀相输送管线或两种流化方案的组合。在为该方法开发的各种构造中，向下流过蒸汽汽提区以除去残余产物的失活催化剂被空气提升到再生器中，其中使用600~700℃的空气来燃烧焦炭。将再生的催化剂再循环到反应器中。
含有沸石的高活性催化剂的出现扩大了设计配置，进料性能和操作条件的范围。这些装置很大，可以加工6000吨/天的饲料。
许多其他工艺都遵循催化裂化铅，包括单独残渣的流化床焦化，并结合焦炭气化，催化重整和芳烃（例如苯，甲苯和萘）催化氧化成马来酸和邻苯二甲酸酐，氨氧化成丙烯腈;和氯化氢氧化成氯。工艺开发ousidc石油化学工业包括铁矿石回收和乏核燃料再加工热和催化煤气化油页岩干馏。烟气脱硫和乙醇脱水生产乙烯代表了流化技术的新举措。
气液固流化反应器。气体流化技术的合理扩展是沸腾床气 - 液 - 固和淤浆反应器，其中液体和气体都使固体流化。这种反应器可用于催化加氢脱硫和加氢脱除残余燃料，升级重质瓦斯油和残渣用于进一步加工，以及将不可泵送的原油和沥青转化为可运输的轻质原油，适用于良好的常规加工。液体再循环将总流速增加到良好的熔化所需的流速。通过定期添加和通过闭锁料斗移除来维持催化剂活性。
间接煤液化在沸腾床反应器中进行，其中合成气与惰性烃液体一起使铜 - 锌催化剂颗粒流化。类似地，Fischer-Tropsch烃合成在气 - 液 - 固反应器中进行。合成气由天然气产生，在单一流化床反应器中进行热部分氧化和催化蒸汽重整。高度集成的组合产生清洁产品，具有高热效率，高效散热和规模经济的特点，这些特征在反应堆技术的发展和发展中日益受到关注。
