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設(shè)計(jì)必須先考慮總工藝之后，才能確定一座氣液接觸器（反應(yīng)器）的尺寸。工藝是間歇的、半間歇的，還是連續(xù)的？間歇處理是在接觸器內(nèi)加入反應(yīng)劑，反應(yīng)后取出產(chǎn)品的一種加工過(guò)程。這種方法難得用于臭氧化，因?yàn)槌粞跻话阋筮B續(xù)供應(yīng)，由此導(dǎo)致考慮半間歇操作。普通半間歇臭氧化程序是將液體裝入反應(yīng)器，然后連續(xù)投加臭氧直到反應(yīng)完成。連續(xù)處理是將反應(yīng)劑同時(shí)加入和取出。這種連續(xù)臭氧化處理的一個(gè)例子是飲水凈化，此時(shí)臭氧氣投加到水中，隨水連續(xù)流過(guò)反應(yīng)器槽。
有關(guān)工藝類(lèi)型的決定要同臭氧反應(yīng)器的選擇相一致。選擇的氣-液接觸器（反應(yīng)器），在很大程度上受特定臭氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)之間關(guān)系的制約。這一控制機(jī)理表明，在某種程度上該型接觸器可以使用。如果臭氧吸收帶有快反應(yīng)，需要有大的界面面積來(lái)促進(jìn)臭氧傳質(zhì)，所以，可以?xún)?yōu)先選用填料塔。另一方面，如果反應(yīng)速率慢，從而大的液相容積（儲(chǔ)液量）有益，鼓泡塔更有效。表5-1列出常用氣液接觸器（表內(nèi)“轉(zhuǎn)化”一詞指反應(yīng)劑轉(zhuǎn)換到中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù)，而不是指臭氧從氣相向液相的轉(zhuǎn)化）。
表5-1 氣液系統(tǒng)接觸器及其特性
類(lèi) 型 | 運(yùn)行方式 | 傳 質(zhì) | 優(yōu) 點(diǎn) | 缺 點(diǎn) | 反應(yīng)方式 |
填料塔 | 液體和氣體相互逆流通過(guò)由填料形成的同一通道。連續(xù)運(yùn)行 | 良好傳質(zhì)，隨填料類(lèi)型和氣液流量變化 | 運(yùn)行范圍廣能耐受強(qiáng)腐蝕的系統(tǒng) | 昂貴，難以保持溫度分布。易堵塞 | 氣相或液相傳質(zhì)控制 |
板塔 | 液體和氣體相互逆流通過(guò)板塔，連續(xù)運(yùn)行 | 良好傳質(zhì)，同依氣體質(zhì)量而定的界面面積成比例 | 運(yùn)行范圍廣，易清洗 | 昂貴、設(shè)計(jì)復(fù)雜、易堵塞 | 適合慢反應(yīng)，中間停留容積和大液體容積 |
鼓泡塔 | 氣體擴(kuò)散成氣泡，上升穿過(guò)液柱，能連續(xù)順流或逆流，交替逆流，或反復(fù)逆流或順流運(yùn)行，可以是半批量的 | 低傳質(zhì)，依界面面積而定，后者是氣體流量的函數(shù) | 低能耗 | 噴頭可能堵塞，引起氣泡的不均勻分布，混合差。接觸時(shí)間長(zhǎng) | 要求大液體容積受反應(yīng)速率控制的系統(tǒng) |
噴淋塔 | 流體擴(kuò)散到含O3的氣體內(nèi) | 借助大的界面面積有中等傳質(zhì) | 氣相均勻 | 高能耗，固體物能堵塞噴嘴 | 適合小儲(chǔ)液量的快反應(yīng) |
攪拌塔 | 能連續(xù)，半批量或批量運(yùn)行，使用帶機(jī)械攪拌的罐 | 由于界面面積和氣體儲(chǔ)量可有中等到良好傳質(zhì)，前者依氣體流量及攪拌而定 | 高度靈活性，能處理固體，傳熱特性好 | 攪拌需要能量，為獲得所需轉(zhuǎn)化，攪拌反應(yīng)器需要最大理論容積 | 受傳質(zhì)控制的反應(yīng) |
噴射器和渦輪 | 氣體和液體被加壓或抽吸順流通過(guò)小孔隙 | 傳質(zhì)和界面面積大 | 混合好，接觸時(shí)間短，接觸室小 | 耗能 | 適合短暫液體滯留，傳質(zhì)限制的反應(yīng) |
管道接觸器 | 可順流（通常可用立管）或逆流運(yùn)行 | 如水流量高，在高氣體流速下可得高傳質(zhì) | 易控溫，低造價(jià)，易操作 | 需要能量，為促進(jìn)氣液接觸需要用固定混合器 | 適合短暫液體滯留，傳質(zhì)限制反應(yīng) |
當(dāng)設(shè)計(jì)一座氣液系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須做多種考慮。這些要考慮的問(wèn)題包括：氣體和液體流量要滿足生產(chǎn)規(guī)程、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)關(guān)系；最后，選定一種將以最經(jīng)濟(jì)方式進(jìn)行的氣液接觸器和操作方法。
在選擇氣液接觸器過(guò)程中，需要考察以下一些參數(shù)對(duì)傳質(zhì)的影響：比界面面積a，傳質(zhì)系數(shù)kL，分散相的溶解度，溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)和分散相儲(chǔ)存量。其他間接影響傳質(zhì)的因素有：分散相表面速度，氣泡直徑和速度。一些研究者還逐一評(píng)述了為臭氧使用的各種接觸器。這些參考文獻(xiàn)可用來(lái)查閱設(shè)計(jì)公式。下面將對(duì)表5-1所列的接觸器給以討論，并將提出一般設(shè)計(jì)構(gòu)想。
