第二章(1)气液固三相滴流床反应器.ppt

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1、滴流床三相反应器www.themegallery.com2气—液—固三相反应工程气—液—固三相反应是反应工程中的一个新兴领域，具有巨大的现实及潜在的应用价值。应用:石油加工中的加氢反应煤化工中的煤的加氢催化液化反应使用固相为催化剂的三相催化反应矿石的湿法加工过程中,固相为矿石的三相反应发酵及抗生素生产过程中的三相反应。www.themegallery.com2.1气—液—固三相反应的类型及宏观动力学2.1.1气—液—固三相反应的类型2.1.1.1按反应物系的性质分为下列类型：⑴固相是反应物或是产物的反应。固体为

2、催化剂而液相为反应物或产物的反应（占大多数）。⑵液相为惰性相的气—液—固催化反应，液相作为热载体。⑶气体为惰性相的液—固反应，空气起搅拌作用。2.1.1.2气—液—固反应器按床层中颗粒的运动状态分成：⑴固体处于静止的固定床⑵固体处于运动的悬浮床。www.themegallery.com1）固定床气—液—固三相反应器反应器中固体是静止不流动的。根据气流和液流的方向，有三种操作方式：气体和液体并流向下流动并流向上流动逆流流动在不同的流动方式下，反应器中的流体力学、传质和传热条件是不同的。www.themegalle

3、ry.com滴流床反应器：液体向下流动，以一种很薄的液膜形式通过固体催化剂。气体以连续相以并流或逆流流动(通常是气流和液流并流向下流动)，这种反应器对石油加工中的加氢反应特别有利。滴流床反应器的优点：在平推流下操作，可获得较高转化率。液固比很小，可使均相反应的影响降至最低。液层很薄，使总的液层阻力比其它类型的三相反应器要小。并流操作不存在液泛问题。压降比鼓泡反应器小。www.themegallery.com滴流床反应器的缺点在大型滴流床反应器中，低液速操作时液流径向分布不均匀。如沟流，旁路可能引起固体催化剂湿润

4、不完全，并引起径向温度不均匀，形成局部过热，使催化剂迅速失活并使液层过量气化。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，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，催化剂孔隙中充满着液相，内扩散的影响比气-固相反应器更为严重。www.themegallery.com气、液并流向下通过固定床的流体力学2.2.1.1流动状态气、液并流向下固定床,根据床内气体和液体的流动状态，可以分为稳定流动滴流区、脉冲流动区和分散鼓泡区，如图2—3所示。www.themegallery.com(1)气—液稳定

5、流动滴流区当气速较低时，液体在颗粒表面形成滞流液膜，气相为连续相，这时的流动状态称为“滴流状”。当气速增加时，颗粒表面出现波纹状或湍流状的液流，由于气流曳力的作用，有些液体呈雾滴状悬浮在气流中，称为“喷射流”。滴流与喷射流的转变不明显，喷射时气相仍为连续相。(2)过渡流动区继续提高气体流速，就进入过渡区，这时床层上部基本上是喷射流，床层下部则出现脉冲现象。在过渡区流动既不完全是喷射流，又不完全是脉冲流，两者交替并存。www.themegallery.com(3)脉冲流动区随着气速进一步增大，脉冲不断出现，并充满

6、整个床层。液体流速一定时，脉冲的频率和速度基本不变，脉冲现象具有一定的规律性。当液体流速增加时，脉冲频率也增加。(4)分散鼓泡区若再增大气速，各脉冲间的界限变得不易区分，达到一定程度后，形成分散鼓泡区。这时液相成为连续相，气体则成气泡状，形成分散相。形成不同区域的最大气速与液体流速有关。液体流速越大，越易形成脉冲区与鼓泡区。www.themegallery.com2.2.1.2压降和持液量滴流床反应器的主要设计参数是压降和持液量。压降大小关系到反应器的动力消耗，而持液量决定了液相反应物的停留时间和平均膜厚，是求

7、取物料转化率的一个重要因素；压降和持液量也是用来关联气-液和固-液传质系数的参数。由于滴流床中两相流动的行为十分复杂，只提出几个经验和半经验关联式：①Turpin和Huntington关联式根据摩擦因子概念，对7.5-8.1mm管状氧化铝颗粒提出压降经验式www.themegallery.com对于球形颗粒，关联变量为②Otake和Okada关联式以6.4-22mm的大玻璃球为填料，所得经验式为www.themegallery.com③Satterfield和Way关联式以3mm玻璃球，1.6×8mm和3.2×

8、3.2mm柱形二氧化硅-三氧化二铝催化剂为基础进行实验得到动态持液量和液体表观速度和粘度的关联式：A是无因次参数，是由每一种颗粒的持液量数据来测定的，可用于颗粒小于30-43mm的多孔和无孔的固体颗粒。④Hochman和Effron关联式以4.8mm玻璃珠为填料所得关联式为：www.themegallery.com⑤Specchia和Baldi关联式以空气-水为体系，粒度为6.0mm的