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       在考慮連續(xù)反應的裝置時，往往會考慮到某些簡單的或理想的反應器型式。我們現(xiàn)將討論這些“模型”反應器的一般特性，這里描述的第一種類型是管式反應器。

       管式反應器之所以有此名稱，是由于在很多場合都采用管子形狀。而管式反應器的一般定義，指的是這樣一種連續(xù)操作的反應器，其中物料之一或全部，按著規(guī)定的方向作定常運動（物料在系統(tǒng)的一端進入，而在另一端離開）（在某些情況下，沿著反應的途徑，引進一種或另一種反應物的補充物料流，也許是有益的），且各點間的流體質點沒有造成沿流動方向的混合。這就是說，這種連續(xù)型式的反應器，關于它的性能的最恰當?shù)慕泼枋鍪牵寒斄黧w通過該反應器時，猶如活塞運動一樣（經(jīng)常稱之為“活塞流反應器”）。但有幾種能滿足這個定義的反應器，卻并不具備和管子相像的外型，將予以簡單的介紹。

       管式反應器用于許多大規(guī)模的氣相反應，對某些液相反應亦可使用。如在一氧化氮的氧化反應

2NO+O2＝2NO2

（這是從氨生產(chǎn)硝酸過程中很重要的一步）過程中，所用的管式反應器，實際上就是一些管道；此外，某些氯化反應如乙烯與氯的反應）以及烯烴的磺化反應等，也都如此。

       上述例子，涉及的都是均相反應，因此，對這些管式反應器來說，除了反應流體之外，當然是空的。管式反應器還廣泛地用于催化反應，在這種反應器內(nèi)裝填有固體催化劑顆粒，為此，通常稱作“固定床反應器”。這種反應器用于諸如合成氨、合成甲醇以及其他許多重要的非均相反應。這類反應器可以是一個大直徑的圓筒體，或者可由許多平行管子組成，而管子兩端像管殼式換熱器那樣固定于管箱上。這些管子的直徑往往只有幾厘米，但它的長度卻可達數(shù)米。圖1是“管冷式”氨合成反應器的示意圖。氮與氫的混合物先從頂端通入，向下流過鍛鋼外筒的內(nèi)壁，其目的是保持金屬外筒的冷卻；隨后氣體再轉折向上，通過管束，并在其中先和熱合成氣熱交換，接著再和催化劑熱交換，以提高溫度。在該反應器中，催化劑充填在列管外部的空間，并支放在柵板上。氣體從列管頂端流出后，又向下通過催化劑層，并放出反應熱，它在被進入的氣體部分冷卻后，即便離開反應器底部。

       圖中還標明副線及加熱裝置，它們是反應器在開車和停車時所必須具備的。設計任何反應器時，不僅需要注意它在連續(xù)定常操作情況下的性能，而且還必須注意達到該狀態(tài)以及停止生產(chǎn)時的方法，以供日常維修或發(fā)生緊急事故時所需。

       具有管式結構的管式反應器的例子甚多，也有一類反應器的外觀幾乎不像管子，但卻仍能滿足前述的一般定義，在這類反應器內(nèi)，催化劑是放置在沿氣流方向的逐級多孔板上的。這類反應器被用于反應

2SO2+O2＝2SO3

還有一種裝置用于“鉑重整”反應，這種反應器，基本上由一個圓筒形外殼和兩個鉆有許多小孔的內(nèi)同心圓筒所構成，催化劑就充填在這兩個內(nèi)套筒之間的環(huán)隙空間內(nèi)。反應氣體進入外筒和第一個內(nèi)筒間的環(huán)隙后，分布至各個小孔，并徑向地通過催化劑層而達內(nèi)筒，最后離開。這時，氣體的流動雖然是徑向的，但各點間并未造成沿流動方向的混合，從這點來說，系統(tǒng)是滿足管式反應器的一般定義的。

       在所有這類反應器中，反應流體的組成必然沿流動方向而變化，但是，在與流動方向相垂直的方向上，組成也可能變化，這種變化是由于溫度梯度或速度梯度所造成。

       管式反應器有時是絕熱操作，有時也可通過管壁進行熱交換。在前一種情況下，如果反應是放熱的，則沿著流動方向，溫度當然會升高，如果反應是吸熱的，則溫度會降低。誠然，在很多實例中，反應物在進入反應區(qū)前，需預熱（如前述合成氨生產(chǎn)中的熱交換），否則反應將太緩慢。但是，一旦反應開始進行，就需要通過管壁移去熱量，否則，溫度上升過高，會引起一些并不希望的反應。圖2表示管式反應器在絕熱和非絕熱操作情況下的軸向溫度變化。在非絕熱操作時，不論外部冷卻如何，由于初始反應速度較快，溫度先趨向于上升；隨后，反應流體的溫度又開始下降，這是由于反應放熱速率已低于通過管壁傳熱速率之故。

       橫向（或徑向）的溫度變化，特別是在反應流體和催化劑（如果有的話）的導熱系數(shù)較低時可能會出現(xiàn)。對放熱反應來說，溫度的最高點位于反應器中離開散熱表面最遠的部位，它可能對反應會產(chǎn)生相當大的影響。圖3表明在SO2氧化反應的催化劑層內(nèi)的溫度等高線。反應器的器壁維持在197℃，但可看到，雖然該圓柱形反應器的內(nèi)徑僅2英寸，但在催化劑內(nèi)部，溫度竟高達520℃。

       圖中所示的這種“熱點”的存在，可能會導致極其有害的影響。例如在高壓下進行甲醇合成反應

CO+2H2＝CH3OH

如果催化劑中任何區(qū)域的溫度過高，就可能會引起不希望的化學反應，如生成甲烷。

       為了有效地移走熱量，圓筒狀管式反應器的直徑顯然應該取得小些，以縮短熱量向器壁傳導的距離。如果由于各種不得已的原因，而必需用大直徑時，或者催化劑是放置在大型擱板上時，則需要在催化劑層內(nèi)埋置冷卻盤管。

       有一種引人注目的反應器，是采用汞來冷卻的，這種反應器被用于鄰苯二甲酸酐生產(chǎn)的工藝過程之一。萘汽化進入空氣流后，通過一管式反應器，該反應器中有多達3000根平行排列的管子，直徑1～2厘米，長達3米，每根管子內(nèi)均充填有粒狀催化劑。這種反應器的結構和管殼式熱交換器相像，反應熱可很有效地通過管外沸騰的汞而被移走，汞蒸氣在器外經(jīng)冷凝后再循環(huán)使用。嚴格地控制溫度在350℃左右，這對該反應來說是很必要的，它可以減少生成副產(chǎn)物順丁烯二酸酐和二氧化碳。