1.1 引言

磺化反应指的是向有机物分子中引入#8212;SO₃H基团的反应，硫原子直接与碳原子连接。磺化是一个典型的放热反应，低温磺化时需要冷却，而高温磺化则需要加热保温。它在现代化工领域中占有重要地位，是合成多种有机产品的重要步骤，在医药、农药、染料、塑料、涂料、洗涤剂及石油等行业中应用较广^[1-2]。

1.2 磺化反应器

磺化反应器是SO₃磺化装置中的核心设备^[3]，其综合技术质量（如结构选材制造和组装等）对磺化（硫酸化）产品质量设备使用寿命有很大影响。磺化反应器也有多种形式，有罐组式SO₃连续磺化反应器、降膜式磺化反应器和喷射式磺化反应器^[4]。其中，降膜式磺化反应器是使用最为普遍的。而对于快速强放热的汽液反应系统而言，降膜反应器也是有效的解决方案。

1.3 降膜式磺化反应器模型的提出

该模型最早是由Johnson和Crynes提出的（1974年）^[5]。他们的模型假设SO₃吸附发生在气液界面，并在液膜内可以完全混合。因此，我们可以认为，传热传质是由气相阻力控制，在气相中较高的SO₃摩尔分数预测会有较高的转化率。此外，假设吸附意味着该模型无法解释液相中存在的未反应的三氧化硫。

Davis等人在1979年提出另一个模型，该模型描述液膜的流体动力学来确定薄膜厚度和速度剖面。他们确定了在液膜中通过层流的微观热平衡方程。他们进行了数值求解该方程，得到一个稳定的解^[6]。

Gutierrez等人于1988年报告了使用实验室降膜反应器得到的三氧化硫磺化十二烷基苯的40个新的实验数据。他们还开发了一个数学模型，通过介绍一组参数和调整，以尽量减少从十二烷基苯磺化（DDB）的数据集的偏差。操作条件下所涵盖的范围如下： SO₃/DDB摩尔比从1到1.15，SO₃/N₂摩尔比从0.04至0.12。该模型能够预测反应堆的长度在最初的10％发生在转换到增加。它还假设了传质最初由气相阻力控制，之后由于液体的粘度急剧增加，阻力集中在液相。最后，该模型还可以预测在液相SO₃的浓度，这表明它会积聚在气液界面附近，局部的液体组成，几乎100％的十二烷基苯磺酸^[7]。

Dabir等人^[8]（1996）开发了另一个模型，并测试对Gutierrez的数据设定。其目的是解决模型缺乏可移植性。这表明，以目前的技术，缺乏可移植性是不可避免的。他们的模型是根据Johnson和crynes提出的修改Gilliland-Sherwood方程，和用于涡流扩散的Lamourelle-Sandall方程^[9]，和Henstock-Hanratty^[10]（1976）提出的相关摩擦因数的计算。Yao和Sylvester（1987）^[11]已经指出，这最后的相关性是不可靠的。

其实，无论是怎么样的模型，它们基本原理都是一样的，只是采用了不同的放大途径。