摘要錯流反應器是化工生產過程中重要的裝置，本文評述了錯流反應器的發展現狀以及常見錯流反應器的特點。
關鍵字錯流反應器
the develomentof the cross-flow reactor research
abstractthecross-flow reactor is an important equipment in the chemical production process. the development of the cross- flow reactor and the common characteristics of the are reviewed.
key words cross- flow reactor
前言錯流反應器是為了對指定反應過程而設計的反應裝置，必須對所面向的工藝目標、反應工藝過程、操作條件等有足夠深入的認識和了解，才能夠設計出符合目的反應器，另外，還必須結合生產實踐的經驗來進行優化和改進，本文介紹了部分常見錯流反應器，具有一定參考性。
1．錯流式生物滴濾反應器
1.1實驗裝置
例，錯流式生物滴濾反應器淨化甲苯廢氣實驗裝置。
配製的含甲苯廢氣由反應器左側進氣口進入，營養液通過自動控制。
生物滴濾法是近年來研究最為活躍的一種揮發性有機物淨化方法。與常規揮發性有機物控制技術相比，它具有生物量多，反應條件(ph值、濕度)易於控制，淨化效率高，費用低且能耗少等特點。目前，對於生物滴濾法的研究大都集中在穩定的工況下填料的優選、目標汙染物、反應機理、降解菌及生物膜等內容上。
生物滴濾法採用的傳統的裝置為生物滴濾塔，氣、液在滴濾塔內順流或逆流接觸。
逆流操作方式在濾塔各段生物量分布和去除能力的均勻性上優於順流方式，但其壓力損失比較大。氣體流速大時，逆流操作會發生液泛現象。不管採用順流還是逆流的操作方式，滴濾塔內濕度和生物量分布的不均勻，均會降低滴濾塔的有效降解空間，增大裝置體積和投資費用，給操作管理帶來不便，進而限制了生物滴濾法在工業中的進一步應用。
錯流式生物滴濾反應器，氣、液在生物滴濾反應器中錯流接觸，減少了營養液的流經高度，有效調節反應器內的濕度，解決了傳統生物滴濾塔順流或逆流帶來的問題。
2．矩形錯流移動床
2. 1實驗裝置
有機玻璃矩形錯流移動床床體結構如下圖所示。顆粒由上部進料口1進入床體，在重力作用下由下部出料口6流出，氣相通過左右兩側的氣室4和9水平穿過移動床，與顆粒發生錯流運動。
錯流移動床具有壓降低、顆粒可迴圈再生和連續操作的優點，廣泛應用於多種工藝過程中但錯流移動床內存在兩個制約其操作的瓶頸—空腔和貼壁。空腔和貼壁的出現與氣固兩相流動有關，且影響了床體的壓降分布和操作彈性。眾多研究者通過實驗研究和理論分析，提出了各種空腔和貼壁的產生條件，並利用散料力學理論建立了考慮空腔尺寸、貼壁厚度的壓降模型，但其應用範圍受限於實驗條件。
3．錯流列管式固定床反應器
列管式固定床反應器是石化行業中廣泛使用的一種反應器，一般根據管外載熱體流動方向與反應管所成的角度，進一步分為平行流和錯流兩種。管內走反應氣體，管外走載熱體(如熔鹽、水或有機物)，載熱體在幫浦動力推動下，經反應器的分流環形通道進入反應器內部，與反應管進行熱交換後經合流環形通道流出反應器。
為了提高管外載熱體的換熱能力，反應器內常設定各種形式的內部結構，如弓形擋板、三弓擋板和圓盤一圓環擋板，使流體橫向流過反應管，以提高管外傳熱系數，強化流體混合效果。圓盤一圓環擋板是錯流列管式固定床反應器中最為典型的一種。
固定床反應器在化學工業以及石油工業中有著廣泛的應用，甲醇制汽油、甲醇制丙烯、正丁烷制順配、鄰二甲苯制苯配蒸汽重整甲醇合成、環氧乙烷製備、費托合成(f-t)，等反應過程通常都在固定床反應器中進行。這些過程都是強放熱過程，控制反應溫度是維持較高反應轉化率以及選擇性的關鍵，反應過程中生成的熱量需要及時從床層中移除，因而反應器選型、設計以及監控對這些過程至關重要。
列管式固定床反應器通過多根反應管併聯，在管內裝填催化劑進行反應，冷卻介質在管外流動進行移熱，列管式固定床反應器相對於普通固定床反應器傳熱面積更大，更加適合放熱量大的反應過程。此外還可以對列管式固定床反應器進行串聯組合，形成多級固定床反應器，分段控制反應器的溫度。
3.1錯流反應器結構
下圖所示反應器結構，冷卻介質從反應器上端以及下端同時進入，在反應器中段流出。該結構可以在反應器進口位置避免冷卻介質逆流引起的熱反饋，而在反應器下游提供熱反饋。
列管式固定床反應器是用於進行強放熱氣固相催化反應的主要反應器，在化學工業中有著廣泛的應用。目前，列管式固定床反應器規模在不斷擴大，其操作要求也在不斷提高。如何實現反應器的優化設計和操作、提高反應過程的穩定性和經濟性是化學反應工程研究的重要議題。
4錯流旋轉填料床
氣液兩相流間的質量傳遞、能量傳遞以及化學反應等過程是石油、化工、環保、能源、材料等工業生產中最為常見的現象。在這些工業生產中經常安裝板式塔、填料塔等塔裝置作為傳質和反應的裝置。而液體在塔裝置內的通常是在重力場作用下自上而下流過塔板或填料實現傳質過程的，由於重力場較小，液膜流動緩慢，使得液體體積傳質係數較小，造成塔裝置空間利用率低，為了達到預定的處理目標，需採用大體積的塔裝置，導致在裝置上的一次性投資過大，以及後續花費在裝置能耗、維修、占地面積上的相關費用也相應增加，阻礙了相關行業的經濟效益的提高。
因此，提高氣液兩相流的傳質效率，促進裝置尺寸的減小，使用較低的能耗成當今研究傳質裝置的核心問題。
4.1超重力技術簡介
二十世紀七十年代後期，美國宇航局(nasa)在太空失重情況下，研究了兩相間
氣液傳質的分離實驗，結果顯示，氣液兩相間的質量傳遞在零重力狀態下是不可能發生的，氣體和液體之間的傳質幾乎為零。根據這一現象英國ici公司的研究人員受到啟發，成功的研發了一種高傳質效率的氣液傳質裝置—超重力旋轉床，引發了工業界的廣泛關注，將其推廣到了液一液、液一固和氣一液一固等化工領域。
在超重力環境中，液體被撕裂為較小液滴而獲得了大的比表面積，並且相間傳質效率均比自然重力場下的要快很多，氣一液兩相間傳質速率在超重力裝置中比傳統塔增加1~3個數量級，利用旋轉產生遠重力場的離心加速力場的技術統稱為超重力技術。
超重力技術是一項增強傳質、傳熱過程的先進技術，適用於石油、化工、環保、能源、材料等工業領域。該技術運用遠大於重力的離心力作用於多相流從而達到增強傳質、
傳熱過程的目的。
將超重力技術結合填料床就產生了「超重力旋轉填料床」。液體通過該裝置填料層時，被高度分散、混合，獲得非常高的湍動能，很大程度地提高傳質、傳熱效果，縮小生產裝置尺寸，降低執行能耗。歷經多年的研究實踐發現，超重力旋轉填料床是一種能帶來巨大社會效益和經濟效益的新裝置。
與傳統填料塔裝置相比，該裝置高度縮減至傳統填料塔的十分之一，直徑縮減到五分之一，製造裝置的時間和成本皆減少了一半，但氣一液分離效果與傳統填料塔相當。
4.1.1超重力旋轉填料床的結構及原理
超重力旋轉填料床(rotating packed bed，簡稱rpb)是通過填料的高速旋轉產生的離心力場來實現超重力場的環境，也稱為超重機。
旋轉填料床主要結構包括固定的圓筒形殼體、液體分布器以及填料轉子等組成，填料轉子是裝置的核心部分，其主要作用是旋轉切割液體，促進多相流間的接觸和微觀混合。
旋轉填料床一般可用來處理氣一液、液一液兩相或氣一液一固三相物係。旋轉填料床的結構有很多種，按操作方式或氣液流動的方向，可分為逆流、並流與錯流三類旋轉填料床。
4.2氣液錯流立式旋轉填料床結構圖
錯流旋轉填料床是專用於氣液接觸的超重力裝置，液體由分布器均勻噴淋到填料內圈，沿填料徑向向外圈運動，由重力作用摔向殼壁後向下由液體出口排出；氣體從氣體進口進入旋轉填料床下腔後，沿填料層軸向穿過，與液體進行錯流接觸後，由氣體出口排出。
4.2.1旋轉填料床的特點主要如下.
(1)與傳統塔裝置相比，傳質效果得到顯著強化，傳質單元高度僅有(1 ~3) cm，降低(1~2)個數量級，液相體積傳質係數增加(1~3)個數量級，裝置尺寸縮小10倍以上。
(2)單個傳質單元的氣相壓降小小於普通填料塔裝置，使氣相輸送動力減小，節約能耗。
(3)離心作用遠大於重力，使氣液在很大的通量下也不產生液泛。
(4)停留時間短，持液量小，可應用於處理熱敏性、貴重及有毒的物料，也可用於某些快速反應過程。
(5)裝置體積小，質量輕，維修方便，開停車容易，易於操作適合多種場合使用。占地面積小，大大節約了基建投資。
(6)不足之處是，旋轉填料床的動平衡和氣液密封技術要求高，需從機械製造方面去研究解決。
4.2.2旋轉填料床的應用研究進展
自從二十世紀七十年代末，英國ici公司提出了超重力旋轉床技術後，該領域的研
究工作迅速發展了起來。目前，國內外的許多大學和公司都對旋轉填料床進行了基礎理論和應用方面研究，其應用研究的領域不斷的被拓展。旋轉填料床的主要應用方面有，氣體吸收、硫化氫的脫除、含氮廢氣的治理、氣體吹脫、除塵等等。
在旋轉填料床的諸多應用當中，氣體吸收、吹脫、除塵等兩相接觸過程是工業中最
常見、應用前景很好的領域，這領域中處理的氣量一般要求較大，所以對裝置的處理能力、投資及執行費用都提出了較高要求，這些問題都集中於氣相輸送動力大小。
根據旋轉填料床的結構特點，錯流形式的旋轉填料床比逆流旋轉填料床更適合於這些方面。原因是，逆流旋轉填料床氣體從外圈沿徑向流向內圈，流體通道橫截面積明顯縮小，導致氣速急速變大，形成了很高的形體阻力，並且需克服較大的離心阻力；而錯流旋轉填料床氣體沿填料水平面通過，流通橫截面積不變，且流向與離心阻力垂直無需克服，因此錯流旋轉填料床適用於大氣量的氣液傳質過程。
4.3多級錯流旋轉填料床
錯流旋轉填料床在應用於氣體吸收、吹脫、除塵等單元過程的工業應用過程中，具有氣體處理能力大、壓降低、液相傳質係數高、裝置體積小、投資省等優點；但現有結構的錯流旋轉填料床對強化氣相傳質效果不明顯，不適用於氣一液膜，特別是氣膜控制的傳質過程。氣體在通過填料床層時，停留時間短，且由於離心作用，氣體呈高速螺旋式上公升通過填料的上端，減少了氣液在填料內緣接觸機率，使得傳質效果減低。
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