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反应器设计说明书

第1.1节磺化反应器选型概述

反应是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计在化工设计中占有重要的地位。下面

以甲苯磺化反应器为例列举设计过程。

第1.2节磺化反应器选型

磺化反应器中发生的主要反应是一个气液相反应。工业上常用的气液反应器类型有填料

塔、喷淋塔、板式塔、鼓泡塔、搅拌反应器和管式反应器，而实际生产中则需要根据不同气

液反应特点合理的选择反应类型。

气相甲苯磺化反应是一个典型的快速强放热反应过程，反应仅发生在液膜区而液相主体

无化学反应发生，且巨大的反应热易产生局部高温，因此控制磺化反应组成的关键在于及时

的移出反应热，维持适宜的反应温度。故磺化反应宜选用可获得更多液膜、物料停留时间较

短、散热良好的反应器。目前工业上主要应用两类磺化反应器——降膜反应器和喷射环流反

应器。

1.2.1降膜反应器

降膜反应器是一种典型的薄膜流反应器，液体在重力作用下以薄膜形式沿壁面向下流动

形成液体薄膜，以流体力学、传热学和多相流动理论为基础，涉及到传热、传质、相变、湍

流、化学反应等复杂过程。它具有传热系数高、热损失小、效率高、操作稳定、动力消耗小

等特点。同时，降膜塔中液体停留时间较短，特别适合瞬时、快速的气液反应。因此，降膜

反应器可作为气液相之间的传热、传质和反应设备，在能源、化工、航天、石油、制冷、电

子等诸多领域得到了广泛的应用。

1.2.2喷射环流反应器

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喷射环流反应器结构如图1.3.2-1所示。在喷射环流反应器内，从气相喷嘴喷出的三氧化

硫被从液相喷嘴高速射出的甲苯卷吸破碎成极小的气泡，并迅速均匀地分散在导流筒内的液

相中，继而靠气液射流产生的动能和导流筒内外因充气率的不同产生的液相密度差，在反应

器内形成环流；反应放出的热量靠外设的冷却器移出，降温后的循环液通过液相喷嘴再回到

反应器内，高速射出的低温循环液又瞬间稀释了反应热，避免了局部高温。

图1.3.2-1喷射环流反应器简图

结合上反应器特点的比较，并考虑到三氧化硫作为磺化剂的磺化反应工业在我国仍不成

熟，我们综合考量控制的难易与技术经济的实际因素，决定采用降膜式反应器。

第1.3节磺化反应器设计计算

1.3.1操作参数的确定

初步假设反应器内标准气体流速为25m/s，依模拟结果和实际操作条件确定设计时的反

应器内平均温度、平均压力及三氧化硫平均浓度。参见下表。

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表1.3.3-1操作参数

操作参数

反应起始端压力P(bar)1.26

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反应终止端压力P(bar)1.15

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