气液固三相反应器.ppt

对液相中反应物组分B作物料衡算（假设B组分不挥发）： （4） 对反应器内组分A作物料衡算，假定在进口液体中不含A组分时： （3） （6） 由公式（1）~（6）为机械搅拌釜淤浆反应器的设计方程，将这些方程联立求解，可求出反应器的有效容积 V R （5） 在液固相界面处，则有下列衡算关系 气液固三相反应器 内容提要 一、气-液-固三相反应器的类型及基本特征 按反应物系的性质分： 1.固体或是反应物或是产物的反应 2.固体为催化剂而液相为反应物或产物的气-液- 固反应 3.液相为惰性相的气-液-固催化反应 按床层的性质分： 1.固定床气-液-固三相反应器 2.悬浮床气-液-固三相反应器 （一）固定床气-液-固三相反应器 固体在床内固定不动。随两流体流动方向又可以分为三种方式操作，即气体和液体并流向下，气体和液体逆流 ，气体和液体并流向上（通常是液体向下流动，气体向上流动）如下图所示： 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）流体并流向上流动的固定床 滴流床反应器 1.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； 2.滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。 1.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； 2.可能存在明显的轴向温升，形成热点，有时可能飞温。 （二）悬浮床气-液-固三相反应器 固体在气液混合物中呈悬浮状态，这样操作状态的反应器为气-液-固悬浮反应器。气-液-固悬浮反应器可以按有无机械搅拌、流体流向、颗粒运动状态等进行分类。大体可以分为： 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。 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。 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： 1.颗粒悬浮的临界转速； 2.允许的极限气速。 鼓泡淤浆床三相反应器 鼓泡淤浆床反应器（Bubble Column Slurry Reactor,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。 鼓泡淤浆床三相反应器 持液量大，具有良好的 传热、传质和混合性能，反应温度均匀，反应器中无热点存在，对强放热反应，也不会发生超温现象； 采用很细的催化剂颗粒（10~100μm），催化剂内外的传递阻力均较小，即使对快速反应，效率因子也能接近1，能充分发挥催化剂的作用； 对活性衰减迅速的催化剂，可方便地排出或更换催化剂； 可内置和外置冷却设施，方便地排除反应热 。 为从液相产物中分离固体催化剂，常需附设装置费用昂贵的过滤设备； 液相连续操作时返混大，流型接近于全混流，要达到高转化率，常需要几个反应器串联； 液固比高，当存在均相副反应时，会使副反应增加； 催化剂颗粒会造成搅拌浆、循环泵、反应器壁的磨损。 气-液并流向上三相流化床反应器 三相流化床反应器是在液-固流化床的基础上，自下而上通入气体，即一般采用气-液并流向上的操作方式。 左图是典型的氢-煤法三相流化床反应器装置简图，反应温度450℃左右，压力20MPa。 三相环流反应器是在进行气-液两相反应的环流反应器中添加固体颗粒的三相反应器，广泛应用于生物反应工程、湿法冶金、有机化工、能源化工及污水处理工程 三相环流反应器用于湿法冶金中的浸取过程时，称为气体提升反应器或巴秋卡槽，见左图示： 三相环流反应器 巴秋卡槽示意图 二、气-液-固三相反应的宏观反应动力学 在固体颗粒被液体包围而完全润湿的情况下，以固体为对象的宏观反应动力学。 固体反应物颗粒内的反应模型可采用颗粒大小不变或颗粒缩小的缩芯模型，颗粒外先考虑一层液相，外面再为气相，因此，除计及液-固相界面传质外，还要考虑气-液相之间的传质过程。