催化反应工程（华东理工大学） 工业反应过程分析导论0

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1、§1气液固三相反应§2三相催化反应器第七章气—液—固三相反应器§1气—液—固三相反应气—液—固三相催化反应,固相为催化剂.1)固定床气—液—固反应器涓流床反应器不同的流向a)机械搅拌式反应器b)鼓泡反应器c)三相流化床反应器d)三相携带床e)内环流反应器2)悬浮床气—液—固反应器三相床中颗粒催化剂上反应过程为1)气相反应物从气相主体扩散到气—液界面的传递过程;2)气相反应物从气—液界面扩散到液相主体的传递过程;3)气相反应物从液相主体扩散到颗粒外表面的传质过程;4)颗粒催化剂内同时进行反应和内扩散的宏观反应过程;5)

2、产物从催化剂颗粒外表面扩散到液相主体的传质过程;6)产物从液相主体扩散到气—液界面的传质过程;7)产物从气—液界面扩散到气相主体的传质过程;以反应物A表示二宏观反应速率rA,g气膜传质分系数，m/h液膜传质分系数，m/h气液相平衡液固界面液膜传质分系数，m/h本征反应速率常数单位床层内气－液相传质面积，单位床层体积的颗粒外表面积反应过程分析kT以气相主体浓度表示、按颗粒催化剂外表面积计算的宏观反应速率常数。反应过程分析1)不存在气膜传质阻力，kAg→∞2)不存在液膜传质阻力，kAL→∞3)不存在液固界面处液膜传质

3、阻力，kAS→∞4)催化剂效率因子→1对流传质对流给热Sherwood数Nusselt数Reynolds数Prandtl数Schmidt数如：湍流流动，Re>2100，Sc=0.6~3000时，实验获得的结果:Sh=0.023Re0.83Sc0.33式中定性尺寸取管径d圆管内对流给热的关联式Nu=0.023Re0.8Pr0.3~0.4反应过程分析A组分反应过程分析反应过程分析三床层宏观动力学但是kAL，kAS必须考虑。整个床层的宏观动力学。一般情况下kAg→∞，→1§2三相催化反应器涓流床三相反应器机械搅拌鼓泡三相反

4、应器淤浆床鼓泡反应器三相流化床反应器一涓流床三相反应器气、液并流向下通过固定床的流体力学(一)流体状态与流速有关在一定UOG下，小→大，气相连续→分散内持液量——颗粒孔隙内的持液量，孔隙率↑，内持液量↑静持液量——液体不流动时，润湿颗粒间的持液量，比表面积↑，粗糙度↑，持液量↑动持液量——气、液稳定流动后，同时关闭气、液进口阀，在出口处收集到的床层流出的液体量。(二)持液量(三)液体分布塔内径Dt，颗粒直径dp，Dt/dp＞18，分布良好(四)压降(五)润湿率内部润湿，或孔隙充满外部润湿，颗粒与液体，有效接触的外表面

5、积，动持液量↑，外部润湿率↑传递过程涓流状态下(一)气液界面气膜传质分系数kG(二)气液界面液膜传质分系数kL(三)液固界面、液固相间传质系数涓流床中的传热二机械搅拌鼓泡三相反应器一般用于实验室研究气－液接触催化剂颗粒悬浮－－最小转速最大气速－－液泛三淤浆床鼓泡反应器没有搅拌，液体不连续流入或流出反应器优点：1细颗粒催化剂2液体持液量大，液体全混3温度易于控制要求：1惰性液体的要求2催化剂耐磨损3气相存在范混，但模拟计算时假设活塞流。反应过程分析反应过程分析(一)颗粒完全悬浮临界气速ucuc∝ut,ut固体颗粒沉降速

6、度uc∝Cs颗粒特性液体特性床层直径分布器，有无导流筒反应过程分析(二)气含率εg冷态下测定的多中国科学院山西煤炭化学研究所εg=f(Fr,Ga)P:0.101~0.785MPaT:150~210℃根据实验数据，可得下列关联式：反应过程分析四三相流化床反应器流体连续地流出、流入反应器气体、液体自下而上通过反应器(一)流型安静鼓泡区，湍流鼓泡区，活塞流区，过渡区(二)液体临界流速液固系统的临界流速＜气液固系统的临界流速(三)气含率在安静鼓泡区，并流向上三相流化床的气含率可表示为：在湍流鼓泡区或栓塞区：