氣液固三相反應(yīng)器.ppt

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1、氣液固三相反應(yīng)器內(nèi)容提要1、三相反應(yīng)器的分類及特點(diǎn)2、三相反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)特征3、滴流床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、氣-液-固三相反應(yīng)器的類型及基本特征按反應(yīng)物系的性質(zhì)分：1.固體或是反應(yīng)物或是產(chǎn)物的反應(yīng)2.固體為催化劑而液相為反應(yīng)物或產(chǎn)物的氣-液-固反應(yīng)3.液相為惰性相的氣-液-固催化反應(yīng)按床層的性質(zhì)分：1.固定床氣-液-固三相反應(yīng)器2.懸浮床氣-液-固三相反應(yīng)器（一）固定床氣-液-固三相反應(yīng)器固體在床內(nèi)固定不動(dòng)。隨兩流體流動(dòng)方向又可以分為三種方式操作，即氣體和液體并流向下，氣體和液體逆流，氣體和液體并流向上（通常是液體向下流動(dòng)，氣體向上流動(dòng)）如下圖所示：圖9-1固定床氣-液-固反應(yīng)器類型（a）流

2、體并流向下流動(dòng)的固定床；（b）流體逆流流動(dòng)的固定床；（c）流體并流向上流動(dòng)的固定床滴流床反應(yīng)器1.氣體在平推流條件下操作，液固比（或液體滯留量）很小，可使均相反應(yīng)的影響降至最低，氣-液向下操作的滴流床反應(yīng)器不存在液泛?jiǎn)栴}；2.滴流床三相反應(yīng)器的壓降比鼓泡反應(yīng)器小。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.在大型滴流床反應(yīng)器中，低液速操作的液流徑向分布不均勻，并且引起徑向溫度不均勻，形成局部過熱，催化劑顆粒不能太小，而大顆粒催化劑存在明顯的內(nèi)擴(kuò)散影響，由于組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)比在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)低許多倍，內(nèi)擴(kuò)散的影響比氣-固相反應(yīng)器更為嚴(yán)重；2.可能存在明顯的軸向溫升，形成熱點(diǎn)，有時(shí)可能飛溫。（二）懸浮床氣-液-固

3、三相反應(yīng)器固體在氣液混合物中呈懸浮狀態(tài)，這樣操作狀態(tài)的反應(yīng)器為氣-液-固懸浮反應(yīng)器。氣-液-固懸浮反應(yīng)器可以按有無機(jī)械攪拌、流體流向、顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等進(jìn)行分類。大體可以分為：機(jī)械攪拌懸浮式；不帶攪拌的懸浮床氣-液-固反應(yīng)器，以氣體鼓泡攪拌，又稱為鼓泡淤漿反應(yīng)器；不帶攪拌的氣-液兩相流體并流向上而顆粒不帶出床外的三相流化床反應(yīng)器；具有導(dǎo)流筒的三相環(huán)流反應(yīng)器。機(jī)械攪拌鼓泡懸浮式三相反應(yīng)器及特征利用機(jī)械攪拌的方法使催化劑或固體顆粒保持懸浮狀態(tài)，它有較高的傳質(zhì)和傳熱系數(shù)，對(duì)于三相催化反應(yīng)和含高粘度的非牛頓型流體的反應(yīng)系統(tǒng)尤為合適。通過劇烈攪拌，催化劑懸浮在液相中，氣體和顆粒催化劑充分接觸，并使用細(xì)顆

4、粒催化劑，可提高總體速率。該類反應(yīng)器操作方便且運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，工業(yè)上常用于油脂加氫、有機(jī)物的氧化等過程，采用半間歇操作方式，氣相連續(xù)通入反應(yīng)器，被加工的液相達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率后，停止反應(yīng)并卸料。對(duì)于機(jī)械攪拌懸浮反應(yīng)器，要注意：1.顆粒懸浮的臨界轉(zhuǎn)速；2.允許的極限氣速。鼓泡淤漿床三相反應(yīng)器鼓泡淤漿床反應(yīng)器（BubbleColumnSlurryReactor,簡(jiǎn)稱BCSR）的基礎(chǔ)是氣-液鼓泡反應(yīng)器，即在其中加入固體，往往文獻(xiàn)中將鼓泡淤漿床反應(yīng)器與氣-液鼓泡反應(yīng)器同時(shí)進(jìn)行綜述。鼓泡淤漿床三相反應(yīng)器持液量大，具有良好的傳熱、傳質(zhì)和混合性能，反應(yīng)溫度均勻，反應(yīng)器中無熱點(diǎn)存在，對(duì)強(qiáng)放熱反應(yīng)，也不會(huì)發(fā)生超溫

5、現(xiàn)象；采用很細(xì)的催化劑顆粒（10~100μm），催化劑內(nèi)外的傳遞阻力均較小，即使對(duì)快速反應(yīng)，效率因子也能接近1，能充分發(fā)揮催化劑的作用；對(duì)活性衰減迅速的催化劑，可方便地排出或更換催化劑；可內(nèi)置和外置冷卻設(shè)施，方便地排除反應(yīng)熱。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：為從液相產(chǎn)物中分離固體催化劑，常需附設(shè)裝置費(fèi)用昂貴的過濾設(shè)備；液相連續(xù)操作時(shí)返混大，流型接近于全混流，要達(dá)到高轉(zhuǎn)化率，常需要幾個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)；液固比高，當(dāng)存在均相副反應(yīng)時(shí)，會(huì)使副反應(yīng)增加；催化劑顆粒會(huì)造成攪拌漿、循環(huán)泵、反應(yīng)器壁的磨損。氣-液并流向上三相流化床反應(yīng)器三相流化床反應(yīng)器是在液-固流化床的基礎(chǔ)上，自下而上通入氣體，即一般采用氣-液并流向上的操作方式

6、。左圖是典型的氫-煤法三相流化床反應(yīng)器裝置簡(jiǎn)圖，反應(yīng)溫度450℃左右，壓力20MPa。三相環(huán)流反應(yīng)器是在進(jìn)行氣-液兩相反應(yīng)的環(huán)流反應(yīng)器中添加固體顆粒的三相反應(yīng)器，廣泛應(yīng)用于生物反應(yīng)工程、濕法冶金、有機(jī)化工、能源化工及污水處理工程三相環(huán)流反應(yīng)器用于濕法冶金中的浸取過程時(shí)，稱為氣體提升反應(yīng)器或巴秋卡槽，見左圖示：三相環(huán)流反應(yīng)器巴秋卡槽示意圖二、氣-液-固三相反應(yīng)的宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在固體顆粒被液體包圍而完全潤(rùn)濕的情況下，以固體為對(duì)象的宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。固體反應(yīng)物顆粒內(nèi)的反應(yīng)模型可采用顆粒大小不變或顆?？s小的縮芯模型，顆粒外先考慮一層液相，外面再為氣相，因此，除計(jì)及液-固相界面?zhèn)髻|(zhì)外，還要考慮氣-液相

7、之間的傳質(zhì)過程。1、顆粒宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)三相反應(yīng)器中氣相反應(yīng)物的濃度分布1—?dú)庀嗳w；2—?dú)饽ぃ?—液膜(氣-液間)；4—液相主體；5—液膜(液-固間)；6—固體催化劑討論在等溫條件下，包括一個(gè)氣態(tài)反應(yīng)物的一級(jí)不可逆催化反應(yīng)，液相是惰性介質(zhì)的基本情況。在此情況下，氣相反應(yīng)物A從氣相主體擴(kuò)散到催化劑顆粒外表面的各個(gè)過程中的濃度分布見下圖。催化劑內(nèi)的擴(kuò)散-反應(yīng)過程速率向催化劑外表面?zhèn)髻|(zhì)向液相主體傳質(zhì)向氣-液界面?zhèn)髻|(zhì)模型以單顆粒