使用二氧化硫作为脱色剂对糖汁进行脱色，脱色反应设备有硫漂罐和喷射抽气式管道反应器两大类型。硫漂罐的结构与窑气洗涤塔大同小异，不再叙述。糖汁在硫漂罐内进行脱色反应时，为保证二氧化硫吸收率，需用设备体积庞大，设备造价高，反应时间长。目前，硫漂罐已逐步被喷射抽气式管道反应器所取代，喷射抽气式管道反应器分为卧式和立式两种类型，而立式在抽气系数、动力消耗和操作控制等方面都优于卧式，应用最为普遍。
（一）结构
卧式喷射抽气式管道反应器如图6-5所示，主要由抽射器、压缩管、扩散管、反应管和散气罐组成。
图6-5 卧式喷射抽气式管道反应器
抽射器由抽气室、喷嘴、针阀组成。抽气室为下部带有锥形体的圆筒铸体，圆筒侧方开有硫气入口。硫气进入可采取单、双向进气或圆周多孔套管。喷嘴与筒体同心，固定安装在筒体内，以25～30m/s的速度喷射糖汁。针阀与喷嘴同心，插入喷嘴内；通过旋转针阀手柄，调节针阀在喷嘴内的位置，来调整射流角度、射流长度和喷嘴内压强，从而调节抽气系数。压缩管截面积与喷嘴截面积的比值K1一般为7～9倍，压缩管的长度为压缩管直径的10～12倍。扩散管的中心夹角一般为6°～8°。糖汁硫漂时流体通过反应管的流速为3～5m/s，停留时间约为2.0s；糖浆硫漂时流体通过反应管的流速为2～3m/s，在反应管内的停留时间约为1.5s。散气罐是一个用于进一步进行中和反应和气液分离的圆形筒体，筒内安有阻流挡板。气液混合物从罐底侧方切线进入罐内，糖汁在罐内停留约15s后溢流排出，分离出的气体经顶部排气管排出。罐内液封高度（散气罐溢流管与反应管的中心距）在300～400mm，使反应管的背压保持在666.61～1999.83Pa。散器罐内糖汁容积不超过总容积的1/3，使逸出的汽泡有足够的分散空间。
（二）工作原理
糖汁由喷嘴喷出时形成高速射流，与抽气室内的硫气产生直接摩擦和动能量交换，不断使液流周围的硫气归并于液流形成前行气液混合流，使抽气室内产生压力降，硫气不断被吸入抽气室。气液混合流自交汇点到压缩管末端的行程中，传质速度不断提高。气液两相混合体进入扩散管后呈高分散紊流体系通过反应管，切线进入散气罐。由于散气罐内设有阻流挡板，糖汁切线进入后旋流被破坏，形成紊流，促使脱色与中和反应进一步进行。自糖汁与硫气接触到含有少量二氧化硫的气体排出，脱色与中和反应伴随全过程。
1.结构
立式喷射抽气式管道反应器如图6-6所示，主要由抽射器、压缩管、扩散管、尾管和液封散气罐组成。
抽射器由壳体、隔板和喷嘴组成。壳体上部为圆筒，下部为锥形筒，锥形筒高度一般为圆筒直径的1.5～2倍。在圆筒的中部有一隔板将圆形筒体分成液室和抽吸室，糖汁入口位于液室上部，窑气入口位于抽气式上部。喷嘴按圆周线的位置均匀分布，密封安装在隔板上，各喷嘴射流的交汇点位于压缩管的圆心点，喷射液流长度为1.0～1.2m，喷射液流速度为17～22m/s，抽气室直径为500～1000mm时，喷射液流最大夹角为10°～20°。压缩管截面积与喷嘴总截面积的比值一般为8～10倍，扩散管的中心夹角一般为20°～30°，尾管截面积与压缩管截面积比值一般为1.5～2.0。有效尾管高度（压缩管至液封散器罐溢流管中线距离）为2.7～3.5m，散气罐液封高度为0.8～0.9m，背压在666.61～1999.83Pa。尾管的末端为周边带孔的伞形鼓泡器，直通液封散气罐的下部。也可取消伞形管，在散气罐的外部水平安装一个直径较大的，与散气罐相通的旋流管，尾管与旋流管切线连接，如图6-7所示。液封散气罐为密封圆筒体，罐顶设有排气管。
图6-6 立式喷射抽气式管道反应器
1—喷嘴 2—压缩管 3—尾管 4—散气罐
图6-7 散气罐切线进料
1—散气罐 2—尾管 3—旋流管
2.工作原理
糖汁由泵送入液室经喷嘴喷出时形成多束高速射流，到达交汇点时相互碰撞产生紊流。糖汁从喷嘴射向交汇点的过程中，与抽吸室内的硫气产生直接摩擦和动能量交换，不断使液流周围的硫气归并于液流形成气液混合流，使抽气室内产生压力降，硫气不断被吸入抽吸室。气液混合流自锥形管到射流交汇点的行程中，传质速度不断提高。达到交汇点后各液流相互碰撞形成紊流，呈高分散气液紊流体系通过扩散管和反应管进入散气罐。由于反应器的垂直安装，使气液混合流在下降过程中流速不断加快，紊流加剧，提高了抽气效能和传质速度。尾管上安装的鼓泡器或旋流管，将尾管排出的气液混合物二次分散到液相中，气体需通过液封液位才能逸出，从而使气体中残留的二氧化硫与糖汁中的有色物质进行的脱色反应和与氢氧化钙进行的中和反应更为彻底。
抽吸系数是喷射抽气式管道反应器的主要工作参数，用单位体积的糖汁所抽吸的硫气体积来表示。
式中 k——抽吸系数
Vs——吸入硫气的体积流量，m3/s
Vj——喷嘴射出的糖汁体积流量，m3/s
抽气系数是众多因素参数的函数，以卧式喷射抽气式管道反应器为例进行近似计算如下。
设：糖汁在泵后管道内的参数为：压强Pj（Pa）、质量流量Gj（kg/s）、流速vj（m/s）、体积流量Vj（m3/s）、密度ρj（kg/m3）；糖汁进入抽射器时的对应参数为：P1、G1、v1、V1、ρ1；硫气进入抽射器时的对应参数为：Ps、Gs、vs、Vs、ρs；硫气与糖汁混合物在扩散管两端时的对应参数分别为：P2、G2、v2、V2、ρ2和P3、G3、v3、V3、ρ3。在上列参数中Gj=G1；P1=Ps≈P2；Vj=V1；ρj=ρ1；ρ2=ρ3。根据动量守恒定律列出式（6-7）：
将G=ρV、k=
、Vj=V1带入式（6-7）得
由于vs与v2相比很小，引入修正系数φ1进行计算。
令：φ1=
，则vs=v2-φ1v2，带入式（6-8）得
上式中 v1、v2可分别由喷嘴前后和扩散管前后的伯努力方程式求得。
v 1的计算：在喷嘴前后列出伯努力方程式（不考虑阻力的情况下）
将ρj=ρ1，P1=Ps代入式（6-10）得
由于vj与v1相比很小，引入修正系数φ2′进行计算。
令：
则：
在v1的计算式中没有考虑阻力因素，设阻力因素修正系数为
，综合速度修正系数为φ2，φ2=
，则v1的计算式为
v 2的计算：在扩散管前后列出伯努力方程式
由于气体的可压缩性，式中P2≈Ps，ρ2≈ρ3，所以
由于v3与v2相比很小，引入修正系数
进行计算。
令：
则：
与v1计算式同理，引入综合速度修正系数φ3，则v2的计算式为
将v1和v2的计算式代入k值计算式（4-21），得
式中 Pj-Ps为糖汁在抽气室内压强的降落，用ΔPj表示，P3-Ps为糖汁与硫气混合物在扩散管中压强的升高，用ΔP3表示；糖汁的密度不受压强变化影响，硫气密度和糖汁与硫气混合物密度与硫气压强和混合汁压强有一定的比例关系，所以体积抽气系数主要取决于糖汁压强降落和糖汁与硫气混合物压强升高，经实验反复测定，卧式管道硫漂器的体积抽气系数可按式（6-21）近似计算：
从式（6-21）中可以看出，体积抽射系数k值的大小取决于糖汁压强、抽射室压强和反应管内压强。而抽射室的压强则取决于糖汁压强和反应管内的压强，抽射室压强随糖汁压强增高而下降。而反应管内的压强对抽射室压强的影响，根据实验得知，在一定的糖汁压强Pj下，若保持稳定的抽气系数，背压只能在一定的范围内波动。当背压超过一定数值时，即超过最大P3值时，抽射室内压强迅速上升，抽射器的抽射效能被破坏。当背压低于最小P3值时，糖汁与硫气混合物在进入扩散管时产生的紊流被破坏，介质传递速度下降，产生气液分离，使抽气室压强迅速上升，抽射器的工作效能同样被破坏。所以在设计计算时必须正确的选择背压，在生产运行中使背压保持稳定。
抽射器在运行时，抽射室内压强为负压，在一定的背压下，抽射室内的压强随液体压强而变化。但对于喷射抽气式硫漂反应器来说，由于燃硫炉所处的燃烧条件与大气相通这一现象，使抽射室内硫气压强变化很小，所以抽射室内的负压只要保持在能够克服硫气在管道内的总阻力损失即可。抽气室内的绝对压强一般为0.098～0.099MPa，如果负压过大，会导致硫气中二氧化硫浓度下降。
实践证明，在糖汁压强为0.35MPa时，卧式喷射抽气式管道反应器的抽气系数为6～8倍，而立式喷射抽气式管道反应器由于受重力加速度的影响，抽气系数为12～16倍，所以在实现相同抽气系数的情况下，立式喷射抽气式管道反应器的能耗和背压均低于卧式。
（一）需用抽气系数
需用抽气系数可根据需用硫漂强度计算，硫漂强度是指糖汁在硫漂过程吸收的二氧化硫气体的量，以10mL硫漂汁用1/64摩尔浓度的碘液滴定终点时耗用碘液的毫升数表示。当硫漂强度为10mL时，每毫升硫漂汁含有1mg二氧化硫，1m3硫漂汁需用1kg二氧化硫。
已知在标准状态下燃烧1kg硫黄产生的硫气体积V0为
V 0 =3.33a（m3）(https://www.daowen.com)
式中过量空气系数a为
若硫气温度为t℃，硫气压强为Ps，则实际生产情况下燃烧1kg硫黄的硫气体积Vs为
设计计算时取过量空气系数a=2.1，进入抽射器的硫气绝对压强取0.1MPa、温度为50℃，则
已知燃烧1kg硫可以得到2kg二氧化硫，可产生8.44m3硫气，所以在需用硫漂强度为E，二氧化硫吸收率为s（设计算时取98%）时，每立方米糖汁需吸入的硫气体积（需用抽气系数）为
（二）液室工作压强
根据计算公式（6-14），液室工作压强：
式中 Pj——液室工作压强，Pa
v1——喷嘴出汁速度，经查定卧式在25～30m/s，立式在17～22m/s时可满足工艺要求的抽吸硫气量，取最低与最高速度值可计算出液室的最低与最高工作压强
φ2——速度系数，φ2=0.88～0.92
ρ——糖汁密度，取ρ=1060kg/m3
Ps——为抽吸室压强，取Ps=-2000Pa
（三）背压的计算与选定
根据抽气系数计算式（6-21）和式（6-22），反应管背压
式中 Pj——液室工作压强，Pa
Ps——为抽吸室压强，取Ps=-2000Pa
E——硫漂强度
由于在生产过程中硫气浓度和糖汁流量会随时发生变化，为确保达到需要的硫漂深度，所以背压选定值通常低于上式计算值，背压选定值一般为上式计算值的0.5～0.7倍。液室工作压强则根据计算结果设定，通过改变针阀位置或电机频率维持液室压强稳定，根据检测结果调整硫气抽入量，而背压的调节一般通过调整散气罐液封高度实现，调好后不轻易改动。
（四）抽射器结构尺寸计算
1.喷嘴内径d1计算
将v1=φ2
带入上式，则
式中 Vj——糖汁体积流量，m3/s，取正常流量的1.25倍进行计算
ρj——糖汁密度，kg/m3
Pj——糖汁的泵后压强，Pa
Ps——抽吸室压强，Pa
n——喷嘴数量，对于卧式n=1
φ2——为速度系数，φ2=0.88～0.92
2.针阀圆柱部分外径d2计算
针阀外直径设计计算时，一般按照针废阀全关闭时喷嘴截面积减少40%进行计算，即
3.二氧化硫进气管内径d3计算
式中 vs——二氧化硫吸入速度，取vs=5m/s
Vj——糖汁体积流量，m3/s
k——需用抽气系数
4.抽吸室内径d4计算
5.压缩管内径d5计算
式中 K1——压缩管截面积与喷嘴总截面积的比值，卧式K1=7～9，立式K1=8～10
n——喷嘴数量
立式属于多束射流在压缩管交汇，为使其尽快形成紊流状态，所以压缩管应尽量缩短，一般不超过直径的一倍。卧式压缩管长度以射流与压缩管末端相切为宜，设计时可适当增加压缩管截面积与喷嘴出口截面积的比值，或适当缩短压缩管长度，使射流与压缩管末端相切（图6-8），此时抽气系数最大，其压缩管长度约为压缩管直径的10倍。
图6-8 喷射流线与压缩管直径d5和长度L5的关系示意图
6.反应管内径d6计算
式中 K2——反应管截面积与压缩管截面积的比值，卧式K2=5～7，立式K2=1.5～2.0
对于卧式，K2取值过高时糖汁与硫气混合物在反应管内的流速偏低，在管内不能形成必要的紊流；取值过低摩擦阻力增大，从而导致背压上升，反而降低抽气效能；二氧化硫吸收率随反应管长度加长而提高，但阻力损失加大，抽气系数反而会下降，所以不宜过长，其反应管长度一般为8～10m。对于立式二氧化硫吸收率随尾管长度加长而提高，由于势能增加远远大于阻力损失增加，抽气系数也会随尾管加高而提高，所以，在条件允许的情况下可适当加长尾管高度，尾管总高度一般在3.5～4.5m。
7.扩散管长度L计算
式中 a——扩散管的中心夹角，取6°～8°
（五）散气罐
散气罐的有效容积按糖汁在罐内停留15s计算，为总容积的1/3。硫漂汁为溢流排出，在罐内保持一定液位高度。卧式罐内液封高度（散气罐溢流管与反应管的中心距）在300～400mm，保持散气罐内液位在反应管以上150～200mm，使反应管内的压强保持在设计压强范围内，当反应管内压强高于设计压强时，抽气系数低于设计抽气系数，不能满足生产需求。立式反应器的散器罐液封高度一般在0.8～1.0m，降低液封高度可提高抽气系数，但二氧化硫吸收率会相应下降。
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