催化反应工程华东工大学工业反应过程分析导论0.ppt

第七章 气—液—固三相反应器 §1 气液固三相反应 §2 三相催化反应器 §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 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。 (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。 (一) 颗粒完全悬浮临界气速uc uc∝ut, ut 固体颗粒沉降速度 uc∝Cs 颗粒特性 液体特性 床层直径 分布器，有无导流筒 (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: 0.101~0.785MPa T: 150~210℃ 根据实验数据，可得下列关联式： 四 三相流化床反应器 (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 (一) 流型 安静鼓泡区， 湍流鼓泡区， 活塞流区， 过渡区 * 反应过程分析 * §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)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，Re2100，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 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 (二)持液量 反应过程分析 反应过程分析 反应过程分析 反应过程分析 流体连续地