3气液固三相流化床反应器
气液固三相浆态床反应器
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特点：反应速度快，传热效率高， 反应器体积小，操作简便。
应用领域：广泛应用于化工、石 油、冶金、环保等领域。
反应器结构
气液固三相浆态床反应器 由反应器本体、搅拌器、 加热器、冷却器等组成。
反应器本体分为上、下两 部分，上部为气相空间， 下部为液相空间。
搅拌器位于反应器本体中 部，用于搅拌气液固三相 浆态床，使反应更加充分。
优势
高效传热：气液固三相浆态床反应器可以实现高效传热，提高反应效率。
反应速率快：气液固三相浆态床反应器可以加速反应速率，提高生产效率。 适应性强：气液固三相浆态床反应器可以适应多种反应类型，应用范围广 泛。 易于控制：气液固三相浆态床反应器可以实现精确控制，提高产品质量。
挑战与解决方案
挑战：反 应器内温 度和压力 的波动可 能导致反 应不稳定
解决方案： 采用先进 的控制技 术和设备， 实现对温 度和压力 的精确控 制
挑战：反 应器内固 体颗粒的 磨损可能 导致设备 寿命缩短
解决方案： 采用耐磨 材料和先 进的设计， 提高设备 的耐磨性 和使用寿 命
挑战：反 应器内气 体和液体 的流动可 能导致反 应不均匀
解决方案： 采用先进 的流体力 学模型和 设计，优 化反应器 的结构和 布局，提 高反应的 均匀性
加热器位于反应器本体上 部，用于加热气相，提高 反应温度。
Hale Waihona Puke 冷却器位于反应器本体下 部，用于冷却液相，降低 反应温度。
工作原理
气液固三相浆态床 反应器是一种化学 反应器，用于进行 气液固三相化学反 应。
反应器内部分为气 相、液相和固相三 个区域，每个区域 都有各自的温度、 压力和流量控制。
气液固三相反应器
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
某些极限情况下： 不存在气膜传质阻力，kAG→∞时
Se 1 1 1 1 K GL kT a k AL k AS k w sw
不存在气-液界面处液膜传质阻力，kAL→∞时
1 1 Se 1 1 K GL k kT a k AG k w sw AS
cAig KGLcAiL
令
rA
dN A d VR
kT S e c Ag
则
1 S K 1 Se 1 1 e GL K GL kT a k AG a k AL k k w sw As
上述颗粒宏观反应动力学模型是以气-固相宏 观反应动力学为基础，再计入双膜论的气-液 传质过程组合而成的。
式中：
C *
A
L
为气相平衡的液体中组分A的浓度kmol/m3
数学模型 对A物料衡算（忽略气膜阻力）
u0,G
dcAG dz
cAG kL aL ( cAL ) HA
（1）
由于液相中为全混流，液相中组分A的浓度应不变，对（1）式积分：
cAG (cAG )0 e
, LR
(1 e
（5）
（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
第六章气液固三相反应器和反应器分析
2．气-液-固悬浮三相反应器
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：
（1）机械搅拌的气-液-固悬浮反应器； （2）不带机械搅拌的鼓泡三相淤浆反应器； （3）不带机械搅拌的两流体并流向上的流化床反应器； （4）不带搅拌的两流体并流向上带出固体颗粒的三相携带床反应器； （5）具有导流筒的鼓泡式的内环流反应器。
（2）流型主要取决于气相和液相的流速及它们的相对流 向、流体的性质及气液两相的分布器结构和尺寸、固体的 性质和大小以及固体物的浓度、反应器的长度和直径、有 无搅拌、搅拌方式和搅拌器的结构及搅拌强度等；
（3）流体在反应器内轴向和径向上的均匀性，对反应器 性能有很大影响；
（4）过程可以通过测定各个流素停留时间分布描述各流 素的流动与混合状态。然后用适宜的流动模型模拟，并求 相应的模型参数，如多级全混流的釜数N或轴向、径向 Peclet准数Pez，Per。
1．固定床气-液-固反应器，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， 气体和液体并流向下 ，并流向上流动和逆向流动（通常是液 体向下流动，气体向上流动）见图7.1。
图7.1 固体固定型三相反应器
液体从上而下，以很薄的膜状通过固体颗粒的固定床，连续 气体以并流或逆流的形式通过床层并与液固两相接触，正常情况 下，两流体是并流向下通过固体颗粒如图7.1（a）为滴流床。
7.1.3 气-液-固反应过程研究所涉及的模型和参数
气液固反应过程，同样涉及到化学动力学，各相的流动 与混合状况，相间的质量、热量、动量传递等。由于相的增 加，物料流动与混合、质量、热量、力量传递过程要比两相 复杂，它涉及更多的参数。
第九章气液固三相反应工程
相关的文献：
所著“气-液-固流态化工程”第四章对淤浆鼓泡反应器的
有关问题作了深入的讨论。当固体为细颗粒，淤浆的性 能可作为拟均相（即拟液体）处理时，可采用气-液鼓泡 反应器的有关理论；
等对气-液-固三相反应器的有关研究工作作了综述； 及的专著对鼓泡淤浆床反应器的流体力学、传热、传质
及工业应用作了详细的综述及讨论；
接
液化，石油馏分加氢脱硫，煤制合成气催化
合
成燃料油的费-托()合成过程
液相为惰性相的气-液-固催化反应，液相作为热
载体，例如，一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类、 醛类、酮类和酸类的混合物。
工业上采用的气-液-固反应器按床层的性
质主要分成两种类型，即固体处于固定床和悬浮
床。
（一）固定床气-液-固三相反应器 滴流床或称涓流床反应器是固定床三相反应
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： 颗粒悬浮的临界转速； 允许的极限气速。
2. 鼓泡淤浆床三相反应器的特征
鼓泡淤浆床反应器（ ,简称）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。
作为催化反应器时， 鼓泡淤浆床反应器有下列优点：
使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒内传质
催化反应工程华东理工大学第十九课气—液—固三相反应器 24页PPT文档
催化反应工程
(一) 颗粒完全悬浮临界气速uc 1 uc∝ut, ut 固体颗粒沉降速度 2 uc∝Cs 3 颗粒特性 4 液体特性 5 床层直径 6 分布器，有无导流筒
Nu=0.023Re0.8Pr0.3~0.4
A gB l C
催化反应工程
A组分
rA ,g kAS g LC A gC Ai g kAS L LC A iC LAL
kAS S eC A L C AS keS eC AC S BS
r B ,g k B S e S C B C L B S k e S e C A C B SS
rA ,grB,gkTSeC AC gBL
催化反应工程
k1TS SL ek1 Ag S SL eK kA GL LKGLk1 AS keC 1BS
rB,g kBSSe
CBLCBS
rB,g
keSeCAS
CBS
krBB,S gSekeSreB C ,gASCBL， kTS rB e,C gAgCBL
催化反应工程
催化反应工程
§三相催化反应器
一 涓流床三相反应器
二
气、液并流向下通过固定床的流体力学
三 (一)流体状态
四
与流速有关
五
在一定UOG下，小→大，气相连续→分散
六 (二)持液量
七
内持液量——颗粒孔隙内的持液量，
八
孔隙率↑，内持液量↑
九
静持液量——液体不流动时，润湿颗粒间的持液
量，
十
气液固反应器的分类及应用
气液固反应器的分类及应用气液固反应器是一种广泛应用于化学工业中的反应设备，用于进行气体、液体和固体三相反应。
它们的分类主要根据反应器的结构和工作原理，同时也由于它们的特殊性质在多个领域中得到了广泛的应用。
根据反应器的结构，气液固反应器可以分为三种类型：搅拌式反应器、固定床反应器和流化床反应器。
搅拌式反应器是最基本的气液固反应器，其主要特点是具有搅拌器来混合反应物，并确保固体颗粒均匀地分散在液体中。
它们广泛应用于液相催化反应和溶解固体颗粒。
搅拌式反应器的优势在于容易进行操作和控制，同时也具有较高的传质和传热效率。
固定床反应器是将固体催化剂放置在固定的反应器床层中，气体和液体通过催化剂床层流动进行反应。
这种类型的反应器的优点在于对催化剂的选择更加灵活，可以应用于很多不同类型的催化反应。
固定床反应器广泛应用于气相催化反应、蒸气裂解和选择性催化反应等。
固定床反应器的主要挑战在于床层的压陷和热量扩散等问题，在设计和操作上需要更加注意和考虑。
流化床反应器是一种特殊的反应器，其中固体颗粒被气体和液体流体化，并且通过床层的运动来实现反应。
流化床反应器在很多液相和气相反应中都具有较好的传质和传热性能。
它们广泛应用于气相催化反应、压力气化和焦化过程等。
然而，流化床反应器的操作和控制要求较高，因为床层的流动特性对反应性能有很大的影响。
除了以上的分类方式，气液固反应器也可以根据应用领域进行分类。
以下是一些常见的气液固反应器的应用：1. 化学工业：气液固反应器广泛应用于合成氨、合成甲醇、合成硝酸等重要的工业化学反应中。
通过催化剂的使用，可以提高反应的速率和选择性，从而提高产品的产量和质量。
2. 石油炼制：气液固反应器被用于催化重整、裂化和加氢等石油精制过程中的关键反应。
这些反应可以改善石油的品质，提高燃油的辛烷值，从而增加汽油和柴油的产量。
3. 环境保护：气液固反应器也可用于处理废气和废水中的污染物。
例如，固定床催化剂可以用于去除汽车尾气中的有害氮氧化物和碳氢化合物；流化床催化剂可以用于水中有机废物的降解。
第二章(1)气液固三相滴流床反应器
式中 8： ReL 16
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：
HD0.00R 40 L5 .e76
.
⑤Specchia和Baldi关联式 以空气-水为体系，粒度为 6.0mm的玻璃珠，5.4×5.4mm和2.7×2.7mm的玻璃珠为 填料，引出一个新的Galileo准数，即
.
❖ 1）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。
.
❖ 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
❖ 小颗粒床层的动态持液量随液体流率增加而增加， 随粒度的减小而增加，但与气体流率及颗粒材质 关系不大。
.
❖ 滴流床反应器的压降主要由下列因素引起： ①气液、液固、气固界面间的流体粘性力； ②流体的加速、减速引起的惯性力,气体、液体的局
部速度波动造成的湍动； ③毛细管力, 发泡液体尤其显著； ④重力。
滴流床三相反应器
. LOGO
2 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。
气液固三相滴流床反应器
具有较高的传质效率和反应速率 ，适用于多种化学反应过程，尤 其适用于气液固三相反应。
工作原理
工作原理
通过控制滴流床反应器的操作参数， 使气体、液体和固体在反应器内充分 接触混合，实现高效的传质和化学反 应。
操作参数
包括液体流量、气体流量、固体填充 高度、温度和压力等，这些参数对反 应器的性能和化学反应结果具有重要 影响。
相容性原则
确保气、液、固三相在反应器内能够 良好地混合与传递，避免相分离或短 路现象。
传热与传质强化
结构紧凑与操作简便
降低设备体积与重量，简化操作流程， 降低能耗和维护成本。
优化反应器设计，强化传热与传质过 程，提高反应效率。
结构设计
01
02
03
滴流床结构设计
采用适宜的滴流床结构， 如多孔分布板或筛网，以 实Βιβλιοθήκη 气、液、固三相的良 好分散与混合。
液位控制
通过调节进料速度和出料阀控 制液位高度，保持液位稳定， 避免溢流或空罐现象。
搅拌控制
通过调节搅拌速度，确保液体 和固体原料充分混合，提高反
应效率。
常见问题与解决方案
温度波动
可能是由于加热或冷却系统故障导致，需要检查加热和冷却系统是否 正常工作，及时维修或更换故障部件。
压力波动
可能是由于进料或出料阀故障导致，需要检查阀门是否正常工作，及 时维修或更换故障部件。
应用领域
应用领域
广泛应用于石油、化工、制药、环保等领域，用于实现气液 固三相反应，如烷基化反应、酯化反应、水解反应等。
具体应用
在石油工业中用于烃类转化和裂化反应；在制药工业中用于 合成药物和生物催化剂的生产；在环保领域用于处理废气和 废水中的有害物质。
流化床反应器的类别
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工领域的反应器，根据不同的反应类型和要求，可以分为多种不同的类别。
本文将介绍几种常见的流化床反应器类别，包括催化剂流化床反应器、液固两相流化床反应器、生物质流化床反应器和气固两相流化床反应器。
一、催化剂流化床反应器催化剂流化床反应器是指在反应床中使用催化剂来催化反应的流化床反应器。
它具有催化剂与反应物之间接触面积大、传质速度快、反应效率高的特点。
催化剂流化床反应器广泛应用于石油化工、化学制药、环保等领域。
例如，在石油化工中，催化剂流化床反应器常用于催化裂化、加氢、脱氢等反应过程中。
二、液固两相流化床反应器液固两相流化床反应器是指在反应床中同时存在液体和固体两相的流化床反应器。
液固两相流化床反应器常用于液相催化反应、氧化反应、水解反应等。
它具有传质速度快、反应效率高、携带液体催化剂方便等优点。
在化工生产中，液固两相流化床反应器广泛应用于酯化、醚化、氧化等反应过程中。
三、生物质流化床反应器生物质流化床反应器是指在反应床中利用生物质作为原料进行反应的流化床反应器。
生物质流化床反应器主要用于生物质能源转化和生物质化学品的生产。
生物质流化床反应器具有能源效率高、废弃物资源化利用等优点。
在生物质能源领域，生物质流化床反应器被广泛应用于生物质燃烧、生物质气化等过程中。
四、气固两相流化床反应器气固两相流化床反应器是指在反应床中同时存在气体和固体两相的流化床反应器。
气固两相流化床反应器常用于气相催化反应、气体分离、吸附等。
它具有气体和固体之间传质速度快、反应效率高、易于分离固体产物等优点。
在化工生产中，气固两相流化床反应器广泛应用于合成氨、裂解氨、高分子聚合等过程中。
总结：流化床反应器是一种重要的反应器，在化工领域具有广泛的应用。
根据不同的反应类型和要求，流化床反应器可以分为催化剂流化床反应器、液固两相流化床反应器、生物质流化床反应器和气固两相流化床反应器等类别。
每种类别的流化床反应器都有其独特的特点和应用领域。
化学反应工程-第八章 气-液-固三相反应及反应器要点
41
气—液—固三相床反应器实例
气—液—固三相床甲醇合成由于惰性液相热载体的作用， 床层易于控制在等温操作，减少可逆反应平衡的影响，并且
使用细颗粒惟化剂，减少了内扩散过程对减低反应速率的影 响，特别适用于高浓度一氧化碳合成甲醇。
42
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加压气—液—固三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成
44
(2)固体作为催化剂的气-液-固反应：煤的催化液化，石油馏 分加氢脱硫，乙炔铜为催化剂合成丁炔二醇，苯乙炔和苯乙烯 的催化加氢等。 (3)二个反应相，第三个是惰性相：液相为惰性相的气—固催 化反应，液相作为传热介质，如一氧化碳催化加氢生成烃类、 醇类、醛类、酮类和酸类的混合物；气体为惰性相的液—固反 应，气体起搅拌作用，例如硫酸分解硫铁矿槽式反应釜内用空 气搅拌。
15
涓流床三相反应器
1、气、液并流向下通过固定床的流 体力学 (1)气，液稳定流动区——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， “涓流状”。气速 增加称为“喷射流”；
(2)过渡流动区——继续提高气体流 速，床层上部是喷射流，下部出现脉 冲现象。 (3)脉冲流动区——气速进一步增大
损。
按照气体的分散方式，机械搅拌悬浮三相反应器分为压 力布气式和自吸式两种。
25
26
机械搅拌鼓泡反应器中固体的悬浮
泛速——搅拌鼓泡悬浮反应器如果超过了极限气速，搅拌器 将失去分散气体的作用，气流将从容器中间冲破垂直向上， 此时容器底部的扰动较少，固体格会沉积在那里。
27
28
淤浆床鼓泡反应器
或称为鼓泡淤浆反应器(Bubble Column Slurry Reactor， BCSR)。 优点： (1)使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒传质及传 热过程对反应转化率、反应收率及选择率的影响。 (2)反应器内液体滞留量大，热容量大，具有全混性质，容易 移走反应热，温度易控制，床层可处于等温状态， (3)可以在不停止操作的情况下更换催化剂。
流化床反应器的类别
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工、石化等领域的反应设备。
根据反应物料的状态和反应过程的特点，流化床反应器可以分为多种不同的类别。
本文将从不同角度介绍几种常见的流化床反应器类别。
一、按反应物料状态分类根据反应物料的状态，流化床反应器可以分为气体流化床反应器、液体流化床反应器和气液流化床反应器三种类别。
1. 气体流化床反应器气体流化床反应器主要用于气相反应，反应物料以气体形式进入反应器，并在床层内与固体催化剂或吸附剂进行反应或吸附。
气体流化床反应器具有良好的传质和传热性能，反应速率高，操作灵活等优点。
2. 液体流化床反应器液体流化床反应器主要用于液相反应，反应物料以液体形式进入反应器，并与固体催化剂或吸附剂在床层内进行反应或吸附。
液体流化床反应器具有较大的反应体积和接触面积，反应速率较快，能够实现高效的传质和传热。
3. 气液流化床反应器气液流化床反应器是气体流化床反应器和液体流化床反应器的结合，反应物料既包括气体又包括液体。
气液流化床反应器广泛应用于气液相催化反应、气液相吸附等过程。
二、按反应过程特点分类根据反应过程的特点，流化床反应器可以分为均相反应器和非均相反应器两种类别。
1. 均相反应器均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于相同的物理状态，比如气体与气体的反应、液体与液体的反应等。
均相反应器具有反应速度快、反应条件容易控制等优点，广泛应用于化学工业中。
2. 非均相反应器非均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于不同的物理状态，比如气体与固体的反应、液体与固体的反应等。
非均相反应器具有较大的反应接触面积，可以实现高效的传质和传热，适用于一些困难的反应。
三、按反应过程控制方式分类根据反应过程的控制方式，流化床反应器可以分为等温流化床反应器和非等温流化床反应器两种类别。
1. 等温流化床反应器等温流化床反应器是指反应过程中反应床温度保持恒定不变。
等温流化床反应器通常采用外部换热器或循环流体方式控制床温，以确保反应过程的稳定性和高效性。
第六章 气液固三相反应器和反应器分析
（5）均相副反应量越大。
2．气-液-固悬浮三相反应器 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：
（1）机械搅拌的气-液-固悬浮反应器； （2）不带机械搅拌的鼓泡三相淤浆反应器； （3）不带机械搅拌的两流体并流向上的流化床反应器；
效率因子低下； （4）当催化剂由于积炭，中毒而失活时，更换催化剂不方便。
图7.1（b）适应于当气相反应物浓度较低，而又要求气相组分达到
较高转化率时的情况，逆流操作有利于增大过程的推动力。但同时
会增加气相流动阻力，当气液两相的流速较大时，还可能出现液泛。
图7.1（c）为气液并流向上的填料鼓泡塔反应器，持液量大，液相 和气相在反应器中混合好，液固间的传热性能好，适用于反应热效
7.2 气-液-固反应的宏观动力学
7.2.1 过程分析 气液固催化反应过程是传质与反应诸过程共同作用，互相影响的三 相反应过程，由多个步骤组成的过程。对于组分通过气液相的传递过程， 本节采用双膜模型，设气相反应组分A与液相反应组分B，在固体催化剂 作用下，反应如下：
A( g ) bB 产物
7.1.3 气-液-固反应过程研究所涉及的模型和参数
气液固反应过程，同样涉及到化学动力学，各相的流动
与混合状况，相间的质量、热量、动量传递等。由于相的增
加，物料流动与混合、质量、热量、力量传递过程要比两相 复杂，它涉及更多的参数。
1．流动模型及相关参数 （1）反应器的流动模型决定了三相间的传递特性，决定
1
（7.10）
1 1 RQ (cQs cQLi ) k a k a Qs p QL K LSQ (cQs cQLi ) qk p (1 f ) cAs
化学反应工程-第八章 气-液-固三相反应及反应器
9
气—液—固三相反应的宏观动力学
气-液-固三相反应宏观动力学分颗粒级的宏观动力学和床 层级的宏观动力学二个层次。
——颗粒宏观动力学，是指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动力学，其中包括 气—液相间、液—固相间传质过程和固体颗粒内部反应— 传质耦合过程的宏观反应速率。
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机械搅拌鼓泡反应器中固体的悬浮
泛速——搅拌鼓泡悬浮反应器如果超过了极限气速，搅拌器 将失去分散气体的作用，气流将从容器中间冲破垂直向上， 此时容器底部的扰动较少，固体格会沉积在那里。
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淤浆床鼓泡反应器
或称为鼓泡淤浆反应器(Bubble Column Slurry Reactor， BCSR)。 优点： (1)使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒传质及传 热过程对反应转化率、反应收率及选择率的影响。 (2)反应器内液体滞留量大，热容量大，具有全混性质，容易 移走反应热，温度易控制，床层可处于等温状态， (3)可以在不停止操作的情况下更换催化剂。 (4)催化剂不会像在填充床中那样产生烧结。
5
优点——在活塞流条件下操作，催化剂充分湿润，可获得 高转化率。液固比(或液体滞留量)很小，可使均相反应的 影响降至最低；涓流床反应器中液膜很薄，总的液膜阻力 比其他类型三相反应器要小；并流操作的涓流床反应器不 存在液泛问题；压降比鼓泡反应器小。
缺点——大型涓流床反应器低液速操作的液流径向分布不 均匀，局部过热，催化剂迅速失活。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；轴向温升，可能 飞温。
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固体完全悬浮时的临界气速
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37
三相流化床反应器
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三相流化床简介、结构及工作原理 三相流化床流体力学的研究 三相流化床传质的研究 三相流化床传热的研究 三相流化床新领域的开发应用
三相流化床简介
气-液-固三相反应工程是化学反应工程领域中 最令人感兴趣的领域之一。与传统的气-固相催化 反应器相比，在气-液-固三相反应器中，由于有 液相作为热载体和对固体催化剂的悬浮作用，使 反应和传递性能有很大的改进。三相流化床具有 高效传质的特点，适用于化学吸收、除尘等多种 场合。在流化床反应器中，液体自下而上运动， 会同气体的悬浮作用，使固体颗粒在反应器内呈 均匀流动状态。
三相流化床的结构及工作原理
流化床气液固三相反 应典型流程
2.恒温糟 3.供气系 统 4.碳酸钙粉末 添加装置 5.多孔 挡板 6. 补料槽 7. 蠕动泵 8.出气并 出料口
图1 三相流化床生物反应器
三相流化床的结构及工作原理
操作条件对压降的影响
2.uL对压降的影响
图3显示了在几种气速下不同 的uL对的影响。从图中可以看出， 在其它条件不变的情况下，△p随 着uL的增加而略有下降。由于液体 与气体并流，所以液体对固体颗粒 的流化起到了促进作用，uL值越大， 促进作用越强，相对来说气体对流 化作用就有所减弱，而床层流化程 度的上升必定造成△p的下降。同 时流化程度的增加，使得气泡聚并 的机会减少，则气含率就会有所增 加，引起床层混合平均密度下降， 也造成床层压降的降低。
实验流程
反应装置如右图1所示。反应 器为一直径0.07m，高1.0m的透明 有机玻璃塔，在0.49m处设有45o锥 角，高度0.05m的锥体；0.54m以 上为直径0.14m的扩大段。冷态实 验中气相为空气，液相为水，因相 为100~180目的砂子。实验时按事 先所确定的因含率加入适量的砂子。 气体则由一台小型风机经缓冲计量 后由反应器底部侧面进入，并通过 气体分布板进入反应器，在反应器 上端扩大段(使气液两相易于分离) 气液分离后放空。液体经流量计计 量后，由反应器底部经分布器进入 反应器并与气体并流，在反应器上 端扩大段，经溢流口过滤后排出。
实验条件
本实验采用单变量实验方法。因为该实验是为以 后的工业生产而进行的基础研究，考虑到工业中 实际应用，设计实验条件如下： (1)表观气速(ug)： 0.4~8cm/s，设置12个水平，由低到高上行后，再 由高到低下行，以提高实验数据的精确度。(2)固 含率(εs)；(10~40)%，以5%的量递增，共设置7个 水平。(3)表现液速(uL)：0.144~0.808 cm/s，设5个 水平。
三相流化床的结构及工作原理
工作时，气体从塔底进入，经气、液分布板进入三相流化 床层与液相和固相充分接触,当上升到气、液、固分离室后， 分离气体从顶部排出。由于气泡的存在,使反应塔内气—液 —固三相流体的表观密度小于循环管内液—固两相流体的 表观密度,由此表观密度差,使物料自塔底而上,进入分离室 后溢入循环管,形成液相自循环流,此自循环流与气体共同 进入底部，经气、液分布板，使分布板上方的固体颗粒不 断悬浮流化，在床层内，由于自然层析作用，形成固体颗 粒上稀下浓、上轻下重的分布状态，轻的固体颗粒被带入 气、液、固分离室，分离气体后的液流进入自循环管返回 底部，周而复始地工作，依靠气提原理进行自循环，无需 外加动力。
三相流化床流体力学研究，是在冷态条件下模拟 三相床反应器中流体流动方式，考察了各种因素 对气含率、床层压降及起始流化速度的影响，用 以作为三相床反应器的研究基础。并用多元逐步 线性回归法关联了各影响因素之间的关系。实验 结果可为三相床反应器的开发提供研究依据。
测试方法
1.固含率εs 以100 g水中砂子的质量为基准
测试方法
2.气含率: εg是气应体体积占整个反应器体积的分 量。本实验采用床层膨胀法来测量，即通过静止 床层的高度与气体通过时的膨胀高度之差求得平 均气含率，其计算式为：
测试方法
3.床层压降：床层压降△p是通过反应器上下测 压点以斜管（与水平呈30o角）法测量的，两测 压口间的距离为0.4m，故其计算公式为：
操作条件对压降的影响
1.表观气速对压降的影响
在固含率εs和表观液速uL不变的 条件下，压降△p随着表观气速ug的增 加呈现出先上升后下降的变化趋势，图 2所示为不同uL的实验结果。在未通入 气体前，固体颗粒沉积于床层底部，形 成一个相对固定的床层，待通入气体后， 气体作用于这个床层，并逐步使固体流 化须首先消耗一定的能量，一旦床层完 全流化，床层混合平均密度下降，△p 开始下降。同时ug的增大，势必造成床 层阻力增加，但实验结果表明，床层混 合平均密度下降对△p影响程度比ug增 大的影响要大，故随着ug的增加，△p 出现一个最大值后开始下降。在不同表 观液速条件下，这一床层的疏松度也不 同，而uL越大，表现液速对液化过程的 作用越大。从而最高值越小。
三相流化床的结构及工作原理
2.气升式三相流化床
图3 气升式三相流化床
三相流化床的结构及工作原理
3.三重环流三相流化床
图4 三重环流生物三相流化床结构示意图
三相流化床流体力学的研究
1. 液相自循环三相流化 床 液相自循环三相 流化床——三相反应 器是由气、液分布板 , 三相流化床层 气、液、 固分离室和液相自循 环管 4部分组成 (见图 2)。
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图2 液相自循环三相流化床反应 器示意图 1-气、液、固分离室; 2-三相流 化床层 ;3-气、液分布板 ; 4-液 相自循环管