單相反應器

單相連續式反應器，簡稱單相反應器，是指反應中的產酸相和產甲烷相在同一個反應器中進行，並且進料和反應是連續進行的。反應器的一端，底物將連續地進入反應器，反應器的另一端也將有連續的出水。常見的單相反應器有完全混合反應器，升流式厭氧污泥層反應器，厭氧生物濾池，厭氧接觸反應器等。單相反應器最初均是作為處理水而發明的，同樣用於處理生物物質。

基本介紹

• 中文名：單相反應器
• 外文名：Single-phase reactor
• 舉例：攪拌槽式連續反應器
• 套用：水處理
• 過程：進料和反應是連續進行
• 特點：溫度易於控制

攪拌槽式連續反應器

結構特徵

攪拌-槽式連續反應器（CSTR）是這樣一種連續反應器，當其為完全混合時，其中所有攪的流體成分與出口物流有相同組成。採用以下幾種方式可以達到混合：在標準攪拌容器中使用攪拌器，在由泵和槽（或管系）組成的循環系統中，要求接觸時間很短的快速反應可採用噴射混合器。

攪拌槽式連續反應器

當反應器為完全混合時，攪拌-槽式連續反應器的許多獨特的特性都能更好的實現出來，這些特性如下

1、溫度易於控制。良好的混合可產生較低的、更易於控制的反應速率，從而稍除過熱點。

2、在平行反應系統中，有利於反應級數較低的反應。

3、在聚合反應中，有利於某些類型的分子量分布和某種類型的共聚物。

4、對於容量大和接觸時間長的反應往往更為經濟。

5、混合可促進傳熱，並且在攪拌系統中可容納很大的傳熱面積。

6、細小的催化劑顆粒能夠充分懸浮在整個液體反應系統中，從而獲得有效的接觸。

7、將幾個反應器串聯使用可以部分地克服攪拌槽式連續反應器系統收率低和反應器體積過大的某些缺點，因而在保持攪拌槽式連續反應器其他特性的同時，還可接近活塞流的優點。

設計原則

設計均相攪拌槽式連續反應器系統的首要原則之一就是選定基本上能保證達到完全混合的設備和攪拌方法。除非遇到高粘度流體，一般沒有凝集現象的完全混合往往是單相系統的一個實際的而又可以實現的目標。關於保證每種類型攪拌-槽式連續反應器的這種性能的判斷準則將予以制定。

已套用攪拌-槽式連續反應器原則的一些典型連續化工過程示於圖1。應注意：其中許多是涉及兩相系統，如氣-液和液-液反應。

圖1 連續化工過程

完全混合厭氧反應器

完全混合厭氧反應器（CSTR）是使反應物料與回流污泥進入反應器內，立即與池內混合液充分混合，由於進入反應器內的污水或其他物料可以很快被已經存在的混合液稀釋、均化，原污水在水質、水量方面的變化對污泥產生的影響降低到極小的程度，因此該反應器對衝擊負荷有很強的適應能力，被廣泛地套用於生活污水、農業和工業污水以及固體廢棄物的處理中。

CSTR曾經在1970年被作為處理市政污水的工業標準。該反應器中，水力停留時間和污泥停留時間相同，最小的水力停留時間需要根據被消化的底物和消化溫度確定。在對CSTR連續進料的試驗室和示範工程的研究中得出，當處理污水污泥時，在18℃和40℃下，最小的水力停留時間應該為4~11天和10~28天。

升流式厭氧污泥層反應器

升流式厭氧污泥層反應器（UASB）由污泥反應區、氣液固三相分離器（包括沉澱區）和氣室三部分組成。物料從反應器的底部進入，在污泥床內與顆粒污泥或絮狀污泥接觸反應，氣體的上升攪拌作用形成沉澱懸浮區，產生的氣體通過上部的三相分離器由導管排出。脫氣後混合液在沉降區進一步固液分離，污泥回流，處理水從沉澱區溢流排出。

在UASB中能培養出一種具有良好沉降性能和高比產甲烷活性的顆粒厭氧污泥，因而相對其他的反應器有一定優勢：反應器內污泥濃度高，污染負荷大；懸浮態的污泥省去了攪拌與回流操作；顆粒污泥增強了反應器的調節能力；三相分離器簡化了裝置，節省成本。UASB是第二代厭氧處理反應器中發展最迅速、套用最廣泛的裝置，目前不僅用於處理高、中等濃度的有機廢水，也越來越廣泛套用於低濃度有機廢水的處理。