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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2.固体为催化剂而液相为反应物或产物的气-液-固反应

1.固定床气-液-固三相反应器2.悬浮床气-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

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：ü机械搅拌悬浮式；ü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；ü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；ü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。2.允许的极限气速。

鼓泡淤浆床反应器（BubbleColumnSlurryReactor,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。

?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；?液固比高，当存在均相副反应时，会使副反应增加；?可内置和外置冷却设施，方便地排除反应热。?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。

巴秋卡槽示意图

二、气-液-固三相反应的宏观反应动力学1、颗粒宏观反应动力学

三相反应器中气相反应物的浓度分布

位床层体积内气相反应物A的摩尔流量的变化，即kmol/（m?h）。3232催化剂内的扩散-反应过程速率

kAG是以浓度为推动力的组分A的气相传质分系数，m/h；kAL是气-液相间组分A的液相传质分系数，m/h；kAS是液-固相间组分A的液相传质分系数，m/h；3/(kg·h)；?sw是每mkg/mc、c、c、c和c分别是组分A在气相主体中、气-液界2颗粒外表面积所相应的每m32AgAigAiLALAS面气相侧、气-液界面液相侧、液相主体中和颗粒外表面上的浓度，kmol/m3；KGL是量纲为１的气-液相平衡常数；kT是以催化剂颗粒外表面积和气相主体中反应物A浓度计算的总体速率常数，m/h，是内扩散有效因子。

?不存在气膜传质阻力，k→∞时AG?不存在气-液界面处液膜传质阻力，k→∞时AL?不存在液-固界面处液膜传质阻力，k→∞时AS?催化剂内扩散有效因子趋近于1，ζ→1时

2、床层宏观反应动力学

从整个床层横截面看，液体的流动状况又是不均匀的，近器壁处液体的局部流速与中心处不同。应当设计一个良好的液体分布器使液体均匀地进入床层。工程设计时一般以计及颗粒催化剂内扩散过程的总体速率为基础，将颗粒的有效润湿率和颗粒外气-液相间和液-固相间传递过程综合成为“外部接触效率”，滴流床三相反应器中气相和液相都可看作平推流。在鼓泡淤浆床、三相流化床反应器中，一般液相是连续相，气相呈鼓泡状分散在液相中，要求固体均匀地分散在液相中并且气泡细小，增大气-液接触面积和均匀分散是三相反应器良好操作的前提，因此，需要研究三相反应器中固体颗粒悬浮且均布的条件、气含率、气-液接触面积、气体均