這種反應(yīng)器是一個充分攪拌的反應(yīng)釜,反應(yīng)原料連續(xù)流入反應(yīng)釜,(部分地)反應(yīng)了的產(chǎn)物則連續(xù)地從釜中排出。由于這種反應(yīng)器的形狀大多是矮而大的(例如寬度與高度相同的筒形容器),故必須使其中的物料攪拌良好,否則,在進口與出口之間,就可能會出現(xiàn)流體的短路流動,而使反應(yīng)器的大量容積基本上成為死角。
連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的重要特征是攪拌。對其性能最恰當?shù)某醪浇乒浪?,是基于這樣的假設(shè),即反應(yīng)器內(nèi)的物料完全混和,從而流出料液和器內(nèi)的物料具有相同的組成,這是連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器之間的重要區(qū)別。圖4以圖形表明了四種常見反應(yīng)器型式間的差別。

只要流體不太粘,完全混和這一近似假定,在連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器內(nèi)并不難達到。一般說來,若注入一物料微元(如注射入染料),當它比物料在釜內(nèi)的平均逗留時間短得多的時間內(nèi)就能在釜內(nèi)均勻分布時,該反應(yīng)釜就可認為是“完全混和”的。
以后還可以看到,把幾個連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器串聯(lián)起來,使反應(yīng)物料從一個釜流向下一個釜,這樣做常是有利的。其結(jié)果是使料液的組成自一個釜到一個釜發(fā)生逐級的變化。但這亦會引起短路流失:即某一分子一進入反應(yīng)釜,有相當?shù)臋C率,幾乎立即竄入出口的液流中去。這也就是為什么通常需要把兒個反應(yīng)釜串聯(lián)使用的緣故,尤其在需要獲得高轉(zhuǎn)化率時。倘若只有一個或兩個反應(yīng)釜,未反應(yīng)物料的流失就會很可觀。雖然從某種意義上說,這種流失是攪拌的結(jié)果,但是,如果沒有攪拌的話,則由于進口與出口間的主體物料流動,通常將會有更多的流失。
濃度逐級變化的一般結(jié)果,將是使反應(yīng)的平均速率,低于同樣進料濃度時管式反應(yīng)器的反應(yīng)速率(但是,某些特殊類型的動力學(xué),特別是自催化反應(yīng),在連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器中,反而可能獲得比管式反應(yīng)器更高的反應(yīng)速率。這些反應(yīng)出現(xiàn)在某些生物化學(xué)過程中)。因此,在同樣產(chǎn)量時,采用多級反應(yīng)釜,其容積就要大很多,這在設(shè)計時是必須加以考慮的。比較緩慢的液相反應(yīng),廣為采用這種連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器,這從上述觀點來看,似乎是不合理的,但是,由于和管式反應(yīng)器相比,這種結(jié)構(gòu)造價低廉,因此還是采用它。只要反應(yīng)釜是在常壓下操作且是用低碳鋼之類廉價材料制作的,在任何情況下,從經(jīng)濟上考慮并不是重要的因素。

除結(jié)構(gòu)簡單外,連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的另一優(yōu)點就是容易控制溫度。反應(yīng)物在進入第一只反應(yīng)釜之后,立即混和到容積很大且已經(jīng)部分反應(yīng)了的流體之中,又由于攪拌作用,就不致發(fā)生局部過熱點。而且,連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的各釜,還提供了很大的冷卻表面積。除去容器各自的外部傳熱表面外,還可由浸沒冷卻盤管的形式,提供巨大的內(nèi)冷卻表面。有時也可用排管代替盤管,如生產(chǎn)硝化甘油的施米特(Schmid)硝化器即是一例。
連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器與管式反應(yīng)器相比,尚具有結(jié)構(gòu)的可開啟式這一優(yōu)點,這使得它便于清洗內(nèi)部表面,對那些易有固體物質(zhì)沉積在表面的反應(yīng)來說,這是很重要的。例如聚合反應(yīng)過程以及那些會生成膠狀副產(chǎn)物的反應(yīng)。
由于以上各種原因,連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的典型應(yīng)用范固有:磺化、硝化及聚合等連續(xù)過程,它被十分廣泛地應(yīng)用于有機化學(xué)工業(yè),尤其是塑料、炸藥、合成橡膠生產(chǎn)等方面。連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器還用于特別需要攪拌的場合:例如,為了使氣泡或固體顆粒在液相內(nèi)保持懸?。换蛘?,像苯或甲苯的硝化反應(yīng),要使一種液體的液滴在另一種液體中保持懸浮。這些反應(yīng)的反應(yīng)速率與懸浮液的分散程度,也就是與攪拌的強烈程度密切有關(guān)。
某些氣相反應(yīng),如燃燒、氣態(tài)烴的氯化等,即使不用任何機械攪拌,但有時亦可使之如同在單級的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器中進行,反應(yīng)器形狀和氣體入口噴嘴(例如切向進口)的位置,應(yīng)力求使反應(yīng)氣體達到充分混和,避免在反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)熱點。