气液固三相反应工程讲课讲稿.ppt

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1、气液固三相反应工程液相为惰性相的气-液-固催化反应，液相作为热载体，例如，一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类、醛类、酮类和酸类的混合物。工业上采用的气-液-固反应器按床层的性质主要分成两种类型，即固体处于固定床和悬浮床。7/28/2021（一）固定床气-液-固三相反应器滴流床或称涓流床反应器是固定床三相反应器，液流向下流动，以一种很薄的液膜形式通过固体催化剂，而连续气相以并流或逆流的形式流动，但多数是气流和液流并流向下，如下图示。图9-1固定床气-液-固反应器类型（a）流体并流向下流动的固定床；（b）流体逆流流动的固定床；（c）流

2、体并流向上流动的固定床7/28/2021工业滴流床反应器：气体在平推流条件下操作，液固比（或液体滞留量）很小，可使均相反应的影响降至最低，气-液向下操作的滴流床反应器不存在液泛问题；滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。优点7/28/2021工业滴流床反应器：在大型滴流床反应器中，低液速操作的液流径向分布不均匀，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热，催化剂颗粒不能太小，而大颗粒催化剂存在明显的内扩散影响，由于组分在液相中的扩散系数比在气体中的扩散系数低许多倍，内扩散的影响比气-固相反应器更为严重；可能存在明显的轴向温升，形成热

3、点，有时可能飞温。缺点7/28/2021（二）悬浮床气-液-固三相反应器固体呈悬浮状态的悬浮床气-液-固三相反应器一般使用细颗粒固体，有多种型式，例如:机械搅拌悬浮式；不带搅拌的悬浮床气-液-固反应器，以气体鼓泡搅拌，又称为鼓泡淤浆反应器；不带搅拌的气-液两相流体并流向上而颗粒不带出床外的三相流化床反应器；具有导流筒的三相环流反应器。7/28/2021悬浮床气-液-固三相反应器由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调节床层温度。对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。三相

4、悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。7/28/2021三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩散过程的影响，但由于增加了液相，不可避免地增加了气体中反应组分通过液相的扩散阻力，并且要考虑所采用的液相热载体对原在固定床中反应的气体和固体催化剂是否具有不良的影响。三相悬浮床反应器易于更换和补充失活的催化剂，但又要求催化剂耐磨损。7/28/20211.机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器及特征利用机械搅拌的方法使催化剂或固体颗粒保持悬浮状态，它

5、有较高的传质和传热系数，对于三相催化反应和含高粘度的非牛顿型流体的反应系统尤为合适。通过剧烈搅拌，催化剂悬浮在液相中，气体和颗粒催化剂充分接触，并使用细颗粒催化剂，可提高总体速率。7/28/2021该类反应器操作方便且运转费用低，工业上常用于油脂加氢、有机物的氧化等过程，采用半间歇操作方式，气相连续通入反应器，被加工的液相达到一定的转化率后，停止反应并卸料。对于机械搅拌悬浮反应器，要注意：颗粒悬浮的临界转速；允许的极限气速。7/28/20212.鼓泡淤浆床三相反应器的特征鼓泡淤浆床反应器（BubbleColumnSlurryR

6、eactor,简称BCSR）的基础是气-液鼓泡反应器，即在其中加入固体，往往文献中将鼓泡淤浆床反应器与气-液鼓泡反应器同时进行综述。7/28/2021作为催化反应器时，鼓泡淤浆床反应器有下列优点：使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒内传质及传热过程对反应转化率、收率及选择率的影响；反应器内液体滞留量大，热容量大，并且淤浆床与换热元件间的给热系数高，容易移走反应热，温度易控制，床层可处于等温状态，在较低空速下可达到较高的出口转化率，并且可以减少强放热多重反应在固定床内床层温升对降低选择率的影响；可以在不停止操作的情况下更

7、换催化剂；催化剂不会象固定床中那样产生烧结。7/28/2021作为催化反应器时鼓泡淤浆床反应器有下列要求及缺点：要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选是一个难点；催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气-固相流化床；气相呈一定程度的返混，影响了反应器中的总体速率。7/28/2021Fan所著“气-液-固流态化工程”第四章对淤浆鼓泡反应器的有关问题作了深入的讨论。当固体为细颗粒，

8、淤浆的性能可作为拟均相（即拟液体）处理时，可采用气-液鼓泡反应器的有关理论；Joshi等对气-液-固三相反应器的有关研究工作作了综述；Nigam及Schumpe的专著对鼓泡淤浆床反应器的流体力学、传热、传质及工业应用作了详细的综述及讨论；本教材第九章第四节对鼓泡淤浆床反应器的