气液相反应器文献综述
第八章气液相反应过程与反应器(201305)
对于一级反应 在0<l<δ 的液膜区内,液膜中仅有A组分而B组分 R 基础方程 边界条件
d 2c A DAL 2 0 dl
l 0 l R c A c AI cA 0
在δR <l<δL的液膜区内,液膜中仅有B 组分而A组分 基础方程
d 2 cB DBL 2 rB 0 dl
液膜传质速率方程
p
Ai
H AiCAi
气液界面相平衡方程
dnA k AG S ( p AG p Ai ) k AL S (C Ai C AL ) dt p AG p Ai C Ai C AL S S 1 1 k AG k AL 1 HA 1 k AG k AL S ( p AG H AC AL )
δ
2 瞬时反应 CB过大 反应面在相界面上 反应面与相界面重合
相界面 气膜 液膜
反应区
CB
PAG
PAI C AI
Z
3 快速反应 无反应面,只有反应区 反应区在液膜内 反应物A,B均在液膜内消耗完毕
δ
L
4中速反应 反应面和相界面不重合 反应在液膜内及液相主体
相界面 气膜 液膜 反应面 CB
PAG
PAI C AI
L L
β称为化学增强因子
（1）吸收是化工原 理单元操作，同学们 熟悉，从此点切入。 （2）讲清物理吸收 与化学吸收，引入气 液反应
HA 1 1 K G k AG k AL
8.2 气液反应动力学
讲授思路
1以双膜理论为基础，理解成有化学反应的双膜理论，
膜体现传递过程的传质阻力 2 建立通用基础微分方程，根据化学反应快慢确定边 界条件进行求解
气液两相流反应器的研究与应用
气液两相流反应器的研究与应用气液两相流反应器是一种常见的反应器类型，它能够同时处理气态和液态反应物，在化学反应、生物制药、环境保护等领域广泛应用。
本文将介绍气液两相流反应器的研究和应用，并探讨其未来的发展方向。
一、气液两相流反应器的基本原理气液两相流反应器是指将气体和液体同时引入反应器中，使其在反应器内发生化学反应，得到所需产品。
其基本原理可分为三个方面：1、质量传递：气液两相流反应器中，气体通常是反应物，气泡和液相接触面积较大，能够快速实现物质的传递。
2、热传递：气液两相流反应器中，气泡和液相之间的不断液化和汽化过程也能带来相应的热效应。
3、动力学：气液两相流反应器中，气液之间不断的物质传递和热传递能够影响反应的速率和平衡状态，从而影响反应器的反应效果。
二、气液两相流反应器的分类气液两相流反应器按反应介质的状态和流动情况分为很多种类，常见的有以下几种：1、气-液搅拌反应器气-液搅拌反应器是最常见的反应器类型，通常采用机械搅拌或导流板等装置促进反应物之间的混合和传质过程。
在这种反应器中，气泡会受到机械搅拌的影响，互相碰撞合并，加快气体的传输速度和改善反应的均相性质。
2、气-液静态反应器气-液静态反应器是指不需要搅拌或导流板等装置，反应介质通过重力作用，自然混合反应。
这种反应器具有结构简单，几乎没有能耗损失的优点，但气泡的数量和传输速度较慢，难以对反应物进行快速处理。
3、气-液旋流反应器气-液旋流反应器是指利用旋转机械产生旋流场，使反应介质沿着旋流径向流动，产生强烈的离心力作用，从而加快了气-液质量传递和热传递效率。
这种反应器可用于大规模的化工生产中，但较难控制反应过程。
三、气液两相流反应器的应用气液两相流反应器在化学、生物、环保等领域有着广泛的应用。
常见的应用包括以下几个方面：1、氧化反应氧化反应是气液两相流反应器最常见的应用之一，特别是用于氧化废气和废水处理。
反应器内无论是搅拌式还是静态式都能进行氧化反应，其中搅拌反应器的反应效率较高。
气液反应器
7.1.3气液相反应的宏观动力学
而发生反应，如催化剂是悬浮在液体中的小颗粒， 则称为浆态床反应器。例苯加氢生成环乙烷的反应：
3H2(g)+C6H6(l)C6H12(l)
7.1.1气液相反应设备 （塔类、釜式反应器）
• 塔类设备包括填料塔、板式塔和鼓泡塔。 • 填料吸收塔：具有较大的相界面积和较小的持
液量； • 板式吸收塔：塔体与塔板结构与一般精馏塔相
梯度处处相等。
根据双膜模型的假定，全部液相传质阻力都集中在液膜内， 单位时间内通过单位传质表面的A组分的量可表示为
N A k LA (C AL C Ai )
kLA为A组分在液膜中的传质系数，而根据Fick扩散定律，液 膜中的传质速度即是其中的扩散速度，由式（7.1-5）可得
NA
-D LA
dC A dz
pAi H AC Ai
pAi是气相组分A在相界面上成平衡的气相分压 CAi是气相组分A在相界面上成平衡的液相浓度 HA为亨利常数
• 双膜模型又假定在气膜 之外的气相主体和液膜 之外的液相主体中，达 到完全的混合均匀，即 全部传质阻力都集中在 膜内。
• 在无反应的情况下，组 分A由气相主体扩散而 进入液相主体需经历以 下途径：气相主体→气 膜→界面气液平衡→液 膜→液相主体。
PA PAi C Ai C AL p A PA * C A * C AL
1
1
1
1
kGA
k LA
K GA
K LA
pA pAi pAi pA * pA pA *
1
HA
1
kGA
k LA
KGA
可得
1 1 HA K GA kGA kGA k LA
同，同时具有较大的相界面积和较大的贮液量； • 鼓泡塔：通常是一个空的筒体，内装液相反应
化学反应工程-第八章 气-液-固三相反应及反应器
9
气—液—固三相反应的宏观动力学
气-液-固三相反应宏观动力学分颗粒级的宏观动力学和床 层级的宏观动力学二个层次。
——颗粒宏观动力学，是指在固体颗粒被液体包围而完全 润湿的情况下，以固体为对象的宏观动力学，其中包括 气—液相间、液—固相间传质过程和固体颗粒内部反应— 传质耦合过程的宏观反应速率。
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26
机械搅拌鼓泡反应器中固体的悬浮
泛速——搅拌鼓泡悬浮反应器如果超过了极限气速，搅拌器 将失去分散气体的作用，气流将从容器中间冲破垂直向上， 此时容器底部的扰动较少，固体格会沉积在那里。
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淤浆床鼓泡反应器
或称为鼓泡淤浆反应器(Bubble Column Slurry Reactor， BCSR)。 优点： (1)使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒传质及传 热过程对反应转化率、反应收率及选择率的影响。 (2)反应器内液体滞留量大，热容量大，具有全混性质，容易 移走反应热，温度易控制，床层可处于等温状态， (3)可以在不停止操作的情况下更换催化剂。 (4)催化剂不会像在填充床中那样产生烧结。
5
优点——在活塞流条件下操作，催化剂充分湿润，可获得 高转化率。液固比(或液体滞留量)很小，可使均相反应的 影响降至最低；涓流床反应器中液膜很薄，总的液膜阻力 比其他类型三相反应器要小；并流操作的涓流床反应器不 存在液泛问题；压降比鼓泡反应器小。
缺点——大型涓流床反应器低液速操作的液流径向分布不 均匀，局部过热，催化剂迅速失活。催化剂颗粒不能太小， 而大颗粒催化剂存在明显的内扩散影响；轴向温升，可能 飞温。
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固体完全悬浮时的临界气速
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三相流化床反应器
化学反应工程 7. 气液相反应和反应器分析[精]
![化学反应工程 7. 气液相反应和反应器分析[精]](https://img.taocdn.com/s3/m/e1473796f90f76c661371af2.png)
根据双膜模型，组分Ａ首先从气相主体通过气膜向气液相界 面扩散，然后穿过气液界面向液膜扩散；组分Ｂ则从液相主 体向液膜扩散，反应在液相中进行。整个反应过程的各步骤 和组分的浓度变化如图所示。这里假设液相组分Ｂ不挥发， 所以不存在组分Ｂ从相界面向气相扩散的问题。如果气相为 纯组分Ａ，则气膜不存在。
有限。
板式塔
筛板塔板或泡罩塔板, 在每块塔板上，气体分散于液体中，故气体为分 散相,液体为连续相。
存液量较填料塔多。 板式塔反应器的气液传质系数较大,而且液相的轴向返混程度很小，塔
板上的温度也比较容易控制。但这种反应器的压降较大，气液传质表 面积也较小。
气液反应器
气液反应器
鼓泡塔
传递参数
如果在反应器内装有换热器，流体与换热器壁间的传热系 数 视气液混合物处于鼓泡状态区还是泡沫状态区而有不 同的关联式。
如果鼓泡塔的高度与直径比足够大，气相返混程度极小， 可按活塞流处理。但是，液相的返混一般就不一定能够忽 略。大多数实验结果表明，液相的返混取决于气体流速及 塔径，基本上与液体的流速及物理性质（密度、粘度及表 面张力等）无关。液相返混程度可以液相的轴向扩散系数 Dal来表示，可按下式进行计算：
塔内充满液体，气体从塔底部经过气体分布器通入,分散 成气泡，并沿着液层上升，在液层顶部与液体分离、溢出, 最后从塔的顶部排走。
鼓泡塔反应器的优点是结构简单、造价低、易控制、易维 修。如反应物料有腐蚀性,防腐问题易于解决。鼓泡塔也 可以较为容易地用于高压操作体系。
鼓泡塔反应器存在严重的液体返混和气泡聚并现象,这两 者均使反应器的效率下降。
气液反应基本方程
气液反应过程的基础方程
对A组分：DA
气液相反应器分析
项目五 气液相反应器
5.膜式反应器
项目五 气液相反应器
降膜式反应器是列管式结构。液体由上管板经液体分布 器形成液膜，沿各管均匀向下流动，气体由下向上经过气体 分布管分配进各管中，热载体流经管间空隙以排出反应热， 因传热面积较大，故非常适合热效应大的反应过程。
7-冷却水箱
项目五 气液相反应器
（3）鼓泡塔反应器优点： ①气体以小的气泡形式均匀分布，连续不断地通过气液
反应层，保证了充足的气液接触面，使气液充分混合反应良 好。
②结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低。 ③鼓泡塔反应器具有极高的储液量和相际接触面积，传 质和传热效率高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况。 ④在塔的内、外都可以安装换热装置。 ⑤与填料塔比较，鼓泡塔能处理悬浮液体。
有机物氯化
苯氯化为氧化苯，十二烷烃的氯化，甲苯氯化为氯化甲 苯，乙烯氯化
有机物加氢 烯烃加氢，脂肪酸酯加氢
其他有机反应
甲醇羟基化为乙酸，异丁烯被硫酸所吸收，醇被三氧化 被硫酸所吸收，NO2被稀硝酸所吸收，CO2和H2S被 碱性溶液所吸收
项目五 气液相反应器
二、气液相反应器的类型与特点
1.气液相反应器的基本类型
为适应不同气液反应过程的反应和传递特征，工业上完 成气液反应的设备有多种不同的类型和结构。
从外形上可以分为塔式和机械搅拌式反应器两类。 按气液接触的方式，这些反应器可分为三大类： (1)液膜型： 如填料塔、湿壁塔，在这类反应器里，液体呈膜状，气 液两相均为连续相； (2)气泡型： 如鼓泡塔、板式塔、机械搅拌釜，在这类反应器里，液体 为连续相，气体以气泡形式分散在液体中； (3)液滴型： 如喷洒塔、喷射反应器、文丘里反应器，在这类反应器 里，气体为连续相，液体以液滴形式分散在气体中。
气液相反应过程与反应器
有A。
pAi cBL
cAi
δG
δL
• 瞬时反应过程
反应面
• A与B之间的 反应进行得极 pA 快，以致于A 与B不能在液 相中共存。在 液膜区存在一
δR
cBL pAi cAi
个反应面，此 面上AB的浓 度均为0。
δG
δL
• 反应面左侧，只有A，没有B，因此，在 此区域，为纯物理扩散。
• 根据双膜理论的物理模型，可以写出：
dnA dt
DGA
G
( pA
pAi )S
kGA ( pA
pAi )S
dnA dt
DLA
L
(cAi
cAL )S
kLA (cAi
cAL )S
根据亨利定律，
pAi H AcAi ‘相界面处达到平衡’ 由以上两式可以推得：
DGA
G
kGA
DLA
L
kLA
第九章
气液相反应过程与反应器
概述
• 气液反应过程指一个反应物在气相，另 一个在液相，气相反应物需进入液相才 能反应；或两个反应物都在气相，但需 进入液相与液相的催化剂接触才能反应。
• 与化学吸收过程极为相似。
• 气液反应的步骤：
• 气液相反应－－反应物和产物至少有一 个存在于液相中，其中典型的是气体的 反应吸收。
d2cA dl 2
0
l 0, cA cAi
l R ,cA 0
cA
cAi
R
l
cAi
• 反应面右侧，只有B，没有A，因此，在 此区域，亦为纯物理扩散。
d 2cB dl 2
0
l R , cB 0 l L , cB cBL
8气液相反应过程与反应器
气相组分进入到液相的过程是一个传质过程。
双膜论
Ci
pG
δ g δ L
CL pi
G
G
L
L
1、气相中反应组分由气相主体 透过气膜扩散到气液界面； 2、该组分进入液相后，通过液 膜扩散到液相主体； 3、进入液相的该组分与液相中 反应组分进行反应生成产物； 如为挥发性产物，： 4、产物由液相主体透过液膜扩 散到气液界面； 5、产物从气液界面透过气膜扩 散到气相主体。
dnAL DAL S (c AI c AL ) k AL S (c AI c AL ) dt L
定态，则：dnAG
dnAL dt dt
组分A与B在液相中进行化学反应：aA bB rR rA rB m n r kcA cB
A
B
液膜内离相界面I处取一厚度为dl，与传质方向垂直的面积S的体积 作为体积元，对该体积元作A组分的物料衡算，在单位时间内：
L
dcA 气液界面处：D AL ( ) I k AL (c AL c AI ) k AL D AL / L dl
同理，有： k BL DBL / L , k AG DAG / G
这是在液膜区内无化学反应，即物理吸收过程的规律：
' L /L 1
dnA 1 S ( p AG Kc AL ) 1 K dt k AG k AL
BC：l 0 : c A c AI ; l R : c A 0
dcA n c AI , m c AI / R dl
R l L 液膜中仅有组分B而没有组分A：
DBL
BC： l R : cB 0; l L : cB c BL
化学工程中的气液界面催化研究进展
化学工程中的气液界面催化研究进展气液界面催化是指化学反应在气体和液体的交界处发生，并利用催化剂促进反应。
该技术在化学工程中起着重要的作用，可用于合成有机化合物、去除废气中的有害物质和净化水等。
本文将介绍气液界面催化研究的进展。
1. 气液界面催化反应机理
气液界面催化反应分为两个步骤：吸附和反应。
催化剂在气液界面吸附反应物分子，产生中间体，并促进反应。
催化剂可通过两种主要的机制起作用：硬支持和软垫支持。
硬支持是指催化剂粒子附着在固体表面上，而软垫支持是指催化剂以凝胶或胶状形态存在于溶液中。
2. 气液界面催化研究进展
目前，气液界面催化研究成果不断涌现。
以下是几个例子：
2.1 CO2还原
二氧化碳可以通过气液界面催化还原为有用的化学品。
研究人员在土壤中发现了一种称为“氧化亚铜”的催化剂，可以将二氧化碳转化为甲酸。
此外，一些金属如银和铜也可以作为催化剂还原CO2。
2.2 烷基化反应
烷基化是将两个分子结合成一个单一分子的反应。
气液界面催化研究揭示了烷基化反应中的大量细节：其中一个重要事实是，酸性催化剂可以增强气体和液体之间的反应。
2.3 油水分离
油水分离是一种常见的工业问题，可通过气液界面催化技术解决。
研究人员利用液液相分离，结合超滤膜等技术，开发了一种高效的方法来净化水中的油脂。
3. 结论
气液界面催化是化学工程中一项重要的技术，已经取得了显著的进展。
新的催化剂和反应体系的合成，有望促进更多反应的发展。
随着研究的深入，气液界面催化的应用也将越来越广泛。
气液相反应技术
注：液相反应物B或催化剂不能挥发进入气相，只在液相中与A进行 化学反应。
4
D2HE
式中 V E ——分离空间体积；
H E ——分离空间高度
VC
D 3 12
对于球形顶盖，形状系数
1.0
对于2∶1椭圆顶盖， 2.0
因为
所以 式中
u0G
VG At
VG 0.78D 52
D 0.0188 VG u0G
VG——气体体积流量，m3/h；
At——反应器横截面积，m2；
型式
应用范围
喷雾塔 填料塔
极快反应和快速反应，气相浓度低，气液 比大，为了提高液相利用率要求增加膜体 积
板式塔 鼓泡搅拌釜
鼓泡塔
中速反应和慢速反应，也适用于气相浓度 高，气液比小的快速反应
极慢反应，也可用于中速反应
相界面积
相界面积
液相体积
型式
液相体积m2/m3
反应器体积 m2/m3
液相 体积分率
N A D Z A LC L A C iA L k AC L A C iA L K A C L A * C AL
总传质系数与膜传质系数的关系为
1 1 HA KAG kAG kAL
1 1 1 KAL HAkAG kAL
对于等温二级不可逆气液相反应
A 气 bB 液 R（产物）
1．当量比表面平均直径 2．体积平均直径 3．几何平均直径dg
化学反应工程第六章气-液反应及反应器
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
•
•
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
气液相达平衡时，i组分在气相与液相中的化学位相等。 化学位通过逸度表达时，则 稀溶液符合享利定律 若气相为理想气体的混合物
•
第二节 气－液反应历程 6－4 气－液相间物质传递
•传质模型:双膜论 Higbie渗透论 Danckwerts表面更新理论 •双膜论：气液相界面两侧各存在一个静止膜：气膜，液膜 •传质速率取决于通过液膜和气膜的分子扩散速率
L
•
•③反应速率很小，
反应在液相主体中进行。
•CAi
•液相反应速率与液膜传质速 率的比值
•
•③反应速率很小，
反应在液相主体中进行。 •CAi
•CAi
•
6-7 一级不可逆反应
•①对于快速反应过程，反应在邻近相界面的液膜层中 进行，吸收速率仅决定于速率常数、扩散系数和界面 浓度。故：加剧液相对流、湍动不能增加吸收速率； 改善反应条件、提高界面浓度、增大接触面积则能有 效提高吸收速率。 •②对慢反应过程，反应基本上在液相主体中进行，采 用液相容积大的吸收设备比较有利。
•空心式 •多段式
•G •L
•环流反应器：
• 气提式：内环流，外环流
• 液喷式：
•G
•L
•
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor)
涓流床反应器简介及应用文献综述
涓流床反应器简介及应用文献综述一、简介涓流床反应器，又称滴流床反应器，液体向下流动，以一种很薄的液膜形式通过固体催化剂填料，为分散相，而连续气相以并流或逆流的形式流动，但正常的操作方式是气流和液流并流向下流动，以进行气液固相反应过程的一种反应器。
由于液体流量小，在床层中形成滴流状或涓涓细流，故称为滴流床或涓流床反应器。
这种反应器对石油加工中的加氢反应特别有利。
涓流床反应器中催化剂以固定床的形式存在，故这种反应器也可视为固定床反应器的一种。
为了有利于气体在液体中的溶解，涓流床反应器常在加压下操作。
涓流床反应器内的流体流动状况，与填充塔略有不同，气液两相并流向下，不会发生液泛；催化剂微孔内贮存一定量近于静止的液体。
涓流床反应器通常采用多段绝热式,在段间换热或补充物料以调节温度;每段顶部设置分布器使液流均布，以保证催化剂颗粒的充分润湿。
与气液固相反应过程常用的浆态反应器相比，涓流床反应器的主要优点是：（1）在平推流条件下操作，返混小，便于达到较高的转化率；（2）反应器操作液固比（或液体滞流量）很小，能够使均相反应的影响降至最小，液相副反应少；（3）滴流床反应器中液层很薄，气液界面和液固界面阻力能结合起来，使总的液层阻力比其它类型三相反应器要小，并流操作的滴流床反应器不存在液泛问题；（4）避免了催比剂细粉的回收问题。
(5)滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。
缺点是：(1)温度控制比较困难,在大型滴流床反应器中，低液速操作时液流径向分布不均匀，如沟流、旁路，可能引起固体催化剂润湿不完全，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热，使催化剂迅速失活并使液层过量汽化，这些都不利于反应器的操作；(2)大颗粒催化剂又存在明显的内扩散影响,催化剂颗粒内表面往往未能充分利用；(3)反应过程中催化剂不能连续排出再生。
二、典型工业应用特点及难点（1）油脂醇反应在涓流床反应器中进行了由油脂和甲醇的油脂醇解反应来制备生物柴油的初步研究，脂肪酸甲酯的产率达95％以上。
气液连续反应器应用于生物柴油的生产
气液连续反应器应用于生物柴油的生产Sam Behzadi, Mohammed M. FaridDepartment of Chemical and Materials Engineering, University of Auckland, Private Bag, 92019Auckland, New Zealand摘要.为了从脂肪和油脂中制备生物柴油，人们制定了一种新型的连续反应器进程。
与目前建立的过程反应物分离相比，这一进程的主要特点是：高反应速率，反应物和产品比值小。
反应进程中将热油/脂肪，喷洒到充满甲醇逆流式水蒸气的反应室中，使产品连续分离并且使未反应的甲醇流留在反应器中，在这一过程单周期的基础上，整个转化率在原料的50%～96%之间。
研究中发现，甲醇的体积流量是17.2 L/h，油的体积流量为10 L/h，每升甲醇中含5-7克甲醇钠的操作条件下，可以达到94–96%的转化率。
同时研究其它反应物的流量，催化剂的类型和浓度，以及温度等因素的反应进程的影响。
关键词：生物柴油甲醇甲醇钠氢氧化钠喷雾反应器1. 引言生物柴油从由脂肪和油酯提炼出的燃料(Ma and Hanna, 1999; Srivastava and Prasad, 2000;Knothe et al., 2005; Pahl, 2005; V an Gerpen, 2005; Mittelbach and Remschmidt, 2006)。
与从原油生产出柴油相比，这种生物柴油燃料有相似的性质，并且可以直接用于柴油发动机原料或者与柴油混合使用。
生物柴油的主要优点是，它可以进行生物降解，不会吸附在发动机上，硫氧化物等有害气体的排放量少(Knothe et al., 2005; Pahl, 2005; V an Gerpen, 2005)。
但是，由于生产原料和加工费用高，导致生物柴油的造价远远高于普通柴油。
通过建立一个持续的过程降低生产过程成本，从而使生物柴油的生产成本降低，提高生物柴油的价格竞争力(Ma and Hanna, 1999; Srivastava and Prasad, 2000; Knothe et al., 2005; Pahl, 2005; V an Gerpen, 2005)。
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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]。