气液相反应器文献综述

反应器设计课程文献综述气液相反应器综述学生姓名学号专业班级学院提交日期气液相反应器综述摘要气液反应是化学工业中十分常见的反应体系。

其中包含了动量、质量、热量的传递及更复杂的化学反应过程，在络合催化剂不断发展的今天，气液反应越来越重要。

化工过程中，化学反应是核心，而反应器又是化学反应的重中之重，常见的气液相反应器有鼓泡反应器、板式反应器、喷雾反应器、填料塔反应器等。

国内外设计者们从生产实践出发，对反应器进行着不断地改进，使其可以更适应生产的需要。

结构、用材、细节等方面的创新，不仅提高了效率，更节约了资源，符合可持续发展的理念，因此，对于选择何种反应器也有着较高的要求。

本文通过对几种常见的气液相反应器的简单介绍，并联系几个实例来进行综述，以此展示气液相反应器在现今石油化工和化学工业中的重要地位，也让大家对气液相反应器有一个初步的认识，并且在反应器选型方面也有简单介绍。

关键词：气液反应，气液相反应器，选型REVIEW OF GAS LIQUID REACTORABSTRACTGas liquid reaction is a very common reaction system in chemical industry.It includes momentum, mass, heat transfer and more complex chemical reaction process. With the development of complex catalyst, gas liquid reaction is more and more important. Chemical reaction is the core of chemical process, and reactor is the priority among priorities. Common gas liquid reactors include bubbling reactor, plate reactor, spray reactor, packed tower reactor, etc. From the production practice, the designers at home and abroad are constantly improving the reactor to make it more suitable for the production needs. The innovation in structure, materials and details not only improves efficiency, but also saves resources, which conforms to the concept of sustainable development. Therefore, there are higher requirements for choosing which reactor. In this paper, several common gas-liquid phase reactors are briefly introduced, and several examples are reviewed to show the important position of gas-liquid phase reactors in today's petrochemical industry and chemical industry, and let you have a preliminary understanding of gas-liquid phase reactors, and also a brief introduction of reactor selection.Key Words: gas liquid reaction, gas liquid reactor, selection目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章气液反应 (1)1.1气液反应概述 (1)第二章气液相反应器 (2)2.1气液相反应器概述 (2)2.2鼓泡反应器 (2)2.3搅拌鼓泡反应器 (4)2.4转鼓反应器 (5)2.5微反应器 (5)2.6喷雾反应器 (6)2.7膜式反应器 (6)第三章气液相反应器型式的选择 (8)第四章总结 (9)参考文献 (10)致谢 (12)第一章气液反应1.1 气液反应概述气液反应广泛地应用于有机物的加氨、氧化、磺化及其他有机反应等化学加工过程，工业应用中常见的包括合成气体的净化、废气和污水处理、细胞培养、生物发酵等过程[1]。

气液反应属于非均相反应中的一种，反应混合物处于不同的相态之中，存在相界面和相际间的传质，反应速率除与浓度、温度有关外，还与相界面大小及相间传质速率有关[2]。

气液反应的主要用处有两种：一是气体净化和分离，这种场合，常用于气体的化学吸收；二是生产化工产品，这种场合，气相往往是反应物，而液相则有几种不同的情况。

在石油化工和化学工业中有许多气液反应的生产实例[3]。

气液反应和传质相互影响且相互制约。

气液相间的传质理论也有很多，如：双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论等。

根据双膜理论，膜外部的流体主体不存在浓度梯度，因为湍流扩散作用。

相界面上的气相分压和液相浓度处于平衡的状态。

按照传质过程和气液反应的相对速率大小，可将气液反应分为：瞬间不可逆反应、快速反应、中速反应、缓慢反应和极慢反应。

气液反应过程的定性分析对于后续操作十分重要。

在工程上把气液反应过程归纳为两种处理方法—增强因子法和效率因子（液相利用系数）法[3]。

气液相反应器是应运气液反应而生，一种反应器也可用于不同相之间的反应，但是在具体结构，处理细节方面肯定有所不同，将目光集中于气液反应这一个反应，能更好地了解与其相关的反应器的知识。

第二章气液相反应器2.1 气液相反应器概述气液反应器是大宗化学品生产过程的最重要的关键设备之一[4]，其根据不同的特征有多种分类方法，它们都具有各自的特点，能适应不同的反应过程的需求。

气液反应器按气液相接触形态不同可以分为三类：1.气体以气泡形式分散于液相。

如：鼓泡反应器、板式反应器等。

2.液体以液滴形式分散于气相。

如：文式反应器、喷雾反应器等。

3.液体以膜状流动的方式与气相接触。

如：降膜反应器、填料塔反应器等。

图2.1 气液反应器的基本类型[1]2.2 鼓泡反应器鼓泡反应器是常见的气液相反应器。

气-液鼓泡塔反应器是以液相为连续相，气相为分散相的气液多相反应器。

气体从塔底向上经分布器以气泡形式通过液层，气相中的反应物溶入液相并进行反应，气相高度分散于液相中，具有大的液体持有量和相界面积，同时气泡的搅拌作用可使液相充分混合，因此，传质传热效率高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况 [5]。

近年在化工领域对其的研究已有很多[6]。

图2.2 在鼓泡塔中研究SO2和CO2对钴氨络合物脱硝效率影响的实验装置图[7]鼓泡反应器液相轴向返混现象是很严重的，在不太大的高径比情况下，可以认为液相浓度是理想混合。

由于这种轴向返混的影响，连续操作型的反应速率将明显下降，因此难以在单一反应器中达到较高的转化率。

为了解决这一问题，常使用多级鼓泡反应器相串联或采用半间歇的操作方式，处理量较小时采用半间歇的操作方式；处理量较大时，则采用多级串联的操作方式[3]。

目前，鼓泡反应器还被应用于光催化领域。

光催化鼓泡塔反应器中的催化剂绝大部分都是纳米级TiO2颗粒。

TiO2颗粒悬浮于反应液中。

由于鼓泡塔内大量气泡的存在，并且气泡对光线有明显的反射和折射作用，因此，气泡对光照强度及对其分布都是有一定程度的影响的，造成辐射模型的建立会更复杂，在大多数情况下需要借助计算机模拟才能完成[5]。

图2.3 聚集太阳光的光催化鼓泡塔反应器[8]由于鼓泡塔内多相流流体力学的复杂性，目前通用的研究方法是冷模实验与数值模拟相结合。

在多相流动体系中，流型主要是根据各相相界面在空间上的分布形式来划分的。

不同的流型内流体力学行为差别很大。

对于工业中的鼓泡塔反应器内径一般较大，所以表观气速是影响鼓泡塔流型的主要因素，并将表观气速大小作为划分流型的参考依据。

对于鼓泡塔内的气液两相流，气体一般从反应器塔底注入，经气体分布板形成大量初始尺寸的气泡。

气泡在塔内起着重要作用，主要是对气液两相间的传质、传热、化学反应等过程有重要的影响[4]。

鼓泡塔反应器结构简单，操作稳定，易密封，操作费用低，已被广泛应用于脱硫、加氢、烃类卤化、烃类氧化、费-托合成、废气和废水处理等工业工程[5]。

2.3 搅拌鼓泡反应器搅拌鼓泡反应器采用机械搅拌产生的湍流和剪切力击碎气泡。

通过改变搅拌器的桨叶型式、大小、数量等来满足不同的反应需求。

搅拌鼓泡反应器中储液量可高达0.9，反应器容积相界面也较大，同时由于搅拌作用，传热和传质效率均较高。

搅拌反应器可用于慢反应过程，也可用于中速反应过程，尤其对气体和高粘度非牛顿型液体间的反应更为适用[3]。

在鼓泡器与搅拌器的共同作用下，反应器内整体气泡在分布器和搅拌器之间具有向中心聚拢的趋势，又因导流筒的作用，流体在搅拌器处径向沿器壁向下具有旋流。

在搅拌器上方区域，气体分布比较均匀；在搅拌器和分布器之间，气体分布呈现出鼓泡塔中心地带高，壁面周边低，即抛物线形状。

由于导流筒作用流体在搅拌器径向沿器壁向上下具有对称的旋流，漩涡中心出现了滞留区域没有速度[9]。

搅拌作用使气体高度分散于湍动的液相，因此她减弱了传质系数对流体物性的依赖，使高粘性流体间的反应能以较快的速度进行[3]。

搅拌鼓泡反应器内的气含率和液相速度在一定范围内随着时间延长呈现增长趋势，一定时间后在搅拌器和分布器的共同作用下基本维持稳定，有利于气液两相的充分接触[10]。

虽然搅拌需要消耗动力，以及在密封等方面也存在问题，但是搅拌鼓泡反应器仍然是一种高效、应用面很广的反应器，依然具有很强的生命力。

2.4 转鼓反应器转鼓反应器是一种基于超重力过程强化技术设计而成的新型气液反应器，具有气相停留时间可控、传质性能好、易于连续化操作的优点[11]。

超重力的原理是：气-液两相在比地球重力场大数100倍至1000倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成μm至nm级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面,使相间传质速率比传统塔器中的提高1～3个数量级，微观混和和传质过程得到极大强化[12]。

在周积平等人的用甲醇和氯化氢经气液相催化反应生成氯甲烷的反应动力学研究中，便采用鼓泡搅拌釜为反应装置,采用四叶透平式搅拌器,以利于气泡的分散和气液两相的混合[13]。