反應器(Reactor)

小規模的工廠，通常使用批次反應器(Batch Reactor)，但年產量大於四百萬 公升的大工廠，會選擇用連續式反應器，例如：連續攪拌槽式反應器(Continuous Stirred-Tank Reactor，CSTR)、管柱流反應器(Plug Flow Reactor，PFR)。連續式 反應器的設計，可提供穩定的產品品質，因而降低生產成本，有利工業化生產。

2.4.1 批式反應器(Batch Reactor)

目前文獻上的研究，大多使用批次反應器，如Fig. 2.11 所示，它是指反應時 一次進料，待反應完全後再一次完全出料。批次反應器的優點是組裝容易，可簡 單地藉由反應時間控制產率。但它的缺點有：因為生產量與反應器體積相關，所 以需要較大的反應器體積或是較多的反應器數量，因此需要較多的成本。此外產 品品質的穩定度較難控制。

批次反應器

Fig. 2.11 Batch Reactor

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2.4.2 連續式反應器(Continuous Reactor)

連續式反應器則是連續進料、持續反應並連續出料。而其反應操作模式又可 分為連續攪拌槽式反應器和管柱流反應器，如Fig. 2.12 所示。所謂連續攪拌槽式 反應器是指物料一進入到反應器後即在反應器內均勻混合，所以反應器内的反應 物與生成物濃度將維持一定值，出流的濃度與反應器內的濃度也一致。而管柱流 反應器則是在管柱內流動時反應持續進行，所以於進流處反應物濃度最高，而生

成物濃度為0，但在出流處則是反應物濃度最低而生成物濃度最高。

連續攪拌槽式反應器 管柱流反應器

Fig. 2.12 CSTR and PFR

Darnoko 等人在 2000 年發表的文獻中，使用連續攪拌槽式反應器，使用氫 氧化鉀液體鹼觸媒，進行棕櫚油與甲醇的轉酯化反應，其裝置如Fig. 2.13。在醇 油莫耳比6:1、60°C 下，滯留時間 60 分鐘時可將產率從 58.8%提升至 97.3%[36]。

Fig. 2.13 Darnoko’s Experimental Setup [36]

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Halim 等人以第三丁醇當作溶劑，與廢棕櫚油採用1:1 體積比混合，再與莫 耳比1:4 的甲醇一起用幫浦注入40°C填充Novozyme 435 的管柱流反應器中進行 反應，得到80.3%產率[37]，實驗裝置如Fig. 2.14所示。

Fig. 2.14 Schematic Diagram of Continuous Packed Bed Reactor [37]

(V1: Inlet close tank; V2: Outlet open tank; F1,F2 and F3: Feed flow; F4:

Transesterification product; F5: Transesterification product; F6:Transesterification product; T1: Temperature for inlet the PBR; T2: Temperature for outlet the PBR; P1:

Peristalsis Pump O1 Oven.)

2.4.3 超重力旋轉填充床反應器(High-Gravity Rotating Packed Bed) [38, 39]

超重力旋轉填充床反應器是利用高速旋轉所產生的離心力，也就是所謂的超 重力場，使液-汽二相流體逆向高速混合，可提高反應流體之質傳及熱傳效率，

具有設備體積小及投資成本低、處理量大及產率高、反應時間短等優點。構造如 Fig. 2.15 所示，主要可分為兩部分：轉筒和靜止的外殼。而轉筒內則裝有填充物。

在操作中，轉筒繞垂直軸高速旋轉，而液體進料從轉筒的中心進入後由液體分佈 器射出，噴入轉筒，然後藉離心力的帶動而快速地往外側流動。氣體在壓差作用

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下由轉筒的外側向中心移動，在轉筒內和液體產生逆流區域。由於離心力的作用，

氣液快速地平衡，而分離也迅速地達成。由旋轉填充床產生的離心加速度可高達 100~300 倍重力加速度，在如此的超重力場下可大幅提升逆流接觸的氣液流量。

Fig. 2.15 Schematic Diagram of High-Gravity Rotating Packed Bed [38]

2010 年 Chen 等人將大豆油、醇油莫耳比 6:1 的甲醇和 3wt%NaOH 加入連續 式的超重力旋轉填充床反應器中，以轉速900rpm，滯留時間 0.72 分鐘，反應溫 度60°C 的條件得到產率 97.3%的生質柴油[40]。

2011 年 Chen 等人又利用超重力旋轉填充床反應器和 10.6wt%Kγ-Al2O3 觸媒 將大豆油在醇油莫耳比24:1，反應溫度 60°C，反應時間 180 分鐘，轉速 900rpm 下轉酯化成產率96.4%的生質柴油[41]。

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