第九章气液固三相反应工程
3气液固三相流化床反应器
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。
三相催化反应
三相床中合成甲醇和二甲醚房鼎业丁百全（华东理工大学化工学院上海 200237）近年来，对气液固三相催化反应的研究、开发与应用已成为国内外众多学者、工程技术人员特别关注的一个方面。
本文叙述气液固三相催化反应技术的主要特点和应用领域，并着重介绍三相床甲醇合成和二甲醚（DME）合成的试验研究内容和成果。
1 气液固三相催化反应技术的特点与应用1.1 三相床反应工程的基本概念反应物系中同时存在气、液、固三相的化学反应称气液固三相反应，若其中催化剂为固相，称气液固三相催化反应。
进行气液固三相反应的设备称为三相床反应器。
气液固三相催化反应分为3类（见表1）。
表1 三相催化反应的分类气相液相固相实例(1) 反应物产物催化剂合成气的FT反应(2) 反应物产物反应物，催化剂煤直接加氢(3) 反应物，产物惰性热载体催化剂三相床中合成二甲醚1.2 三相床反应过程的主要特点（以三相床合成甲醇与二甲醚为例）（1）床层的等温性由于有导热系数大、热容大的液相产物或惰性液相热载体和存在高度湍动的气－液－固三相，导致反应热迅速分散和传向冷却介质，使得床层接近等温。
（2）反应的高效性由于气液固三相床中一般采用60~120目甚至更小的细颗粒催化剂，催化剂内表面积利用率高，可获得较大的原料气转化率和转化量。
（3）原料的适应性由于有优良的传热性能和合理的副产蒸汽配置，使得液相合成气制甲醇和二甲醚的三相床反应器原料气适应性强，反应物主要组分CO可在大范围内变化，反应温度可由床层快速传热和副产蒸汽量的大小来调节，床层仍可维持恒温在设定的较佳温度。
（4）操作的可塑性由于气液固三相有优良的传热性能与合理的产汽配置，加之床层压降低，操作气速(或质量空速)可在较大范围内变化而反应器仍能正常稳定操作。
（5）节能的现实性由于原料气转化率高，循环气量减少，热效率高。
因而，合成工序可节能25%～30%左右。
（6）联产的可行性原则上可用各种合成气制甲醇与二甲醚，特别是可使煤的燃烧、发电、供汽和化工产品联产，大大提高煤的有效利用率与改善经济效益，并可较容易的做到对现有生产装置的技术改造与产品更换。
气液固三相浆态床反应器
对于细颗粒催化剂，处于Rep<2的斯托克斯区
u tgP 2d (SL)/18 L
气—液界面的液相容积
传质系数
K L
在常温、常压下进行，液体介质为水，静止床层高度H0为1.2m， 用溶氧仪测试
K 值L 随气速增加而增大，随固含率增加而降低，可整理成下列
催化剂不会像固定床中那样产生烧结
浆态反应器的缺点
液相是热载体时，要求所使用的液体为惰性，不与其中 某一反应物发生任何化学反应。要求蒸气压低、热稳定 性好，不易分解，并且其中对催化剂有毒的物质含量合 乎要求；如进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体 的筛选是一个难点。
催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气—固相流化床。
S L L [ 1 . 2 ' S 5 1 . 0 ( 0 ' S 5 ) 2 2 . 7 1 3 3 e 0 1 x . 6 ' S 6 ) p ]
上式适用于0.099 ≤m dp≤435 ，m ≤ 0s' .60的情况
K L
气—液界面的液相容积传质系数 Koide等在直径DR为lO～20cm的淤浆床鼓泡反应器中，研 究湍流鼓泡区气含率，也研K究L 了 ，实验在常温及常压下进 行，气体介质为空气，用溶氧法测定。溶氧在液体介质中的 扩散系数DL×l09为0.14～2.4m2／s。研究所得湍流鼓泡K 区L 的kL L关D aA Lg 联L式1 如1.4下 7：140C S S20.6 1 1 1 L 2D L D u LtR g0.5 00 .4g 8L 6 D L 4L 3R 2gL 0.L 150 G 9 1..41787 DRuG LL0.345
气—液界面的气相容积传
气液固三相反应器课件
实验研究与模拟的局限性及未来发展
局限性分析
分析实验研究和模拟技术的局限性，如实验 条件的不一致性、模型简化和误差传递等， 以及如何减小这些局限性的影响。
未来发展趋势
探讨三相反应器实验研究和模拟技术的未来 发展趋势，如新技术应用、模型优化和多尺 度模拟等，以及这些趋势对工业应用和科学 研究的影响。
05
优化产品生产
三相反应器可用于优化产品生产过 程，提高产品质量和产量，降低生 产成本。
三相反应器的历史与发展
历史
三相反应器的概念最早由科学家们提出，经过近百年的发展，现已广泛应用于各个领域。
发展
随着科技的不断进步，三相反应器在材料、结构、能效等方面不断优化，未来还将应用于更多领域。
02
CATALOGUE
应用先进的智能化控制技术，实现对三相反应器的精准控制，提高 生产效率和产品质量。
三相反应器面临的挑战与解决方案
01
反应器稳定性问题
三相反应器的操作条件较为复杂，容易出现稳定性问题。为解决这一问
题，需深入研究反应机理，优化反应条件，提高设备的稳定性。
02 03
能耗与环保问题
三相反应器运行过程中需要消耗大量的能源，且可能产生环境污染。针 对这一问题，应研发低能耗、环保型的三相反应器，如采用高效分离技 术、循环利用技术等。
特点
三相反应器具有高效率、高选择 性、高稳定性等优点，可用于处 理复杂的多相化学反应过程。
三相反应器的重要性
实现多相化学反应
三相反应器能够模拟和实现多相 化学反应过程，为科学研究、工 业生产和环保等领域提供有效的
手段。
提高能源利用率
三相反应器的特殊结构有助于提高 能源的利用率，降低能源消耗，对 于节能减排具有重要意义。
固液气三相平衡
固液气三相平衡
固液气三相平衡是指在一定条件下，固体、液体和气体三种物质同时存在并达到平衡的状态。
在这种平衡状态下，各相之间存在着一定的相互作用和平衡条件，这种平衡状态在自然界和工业生产中都有广泛的应用。
固液气三相平衡在化学反应和物质传输过程中具有重要意义。
在化学反应中，固液气三相平衡可以影响反应速率、平衡常数等重要参数，从而影响反应的进行和结果。
在物质传输过程中，固液气三相平衡可以影响物质的分配和转移，例如在萃取、吸附等过程中，固液气三相平衡条件的控制可以实现不同物质之间的分离和提纯。
固液气三相平衡在环境保护和资源利用中也起着重要作用。
例如，在大气污染控制中，通过控制固液气三相平衡条件可以有效地减少有害气体的排放，保护环境和人类健康。
在资源利用中，固液气三相平衡条件的控制可以实现对废弃物的处理和资源回收，促进资源的循环利用和可持续发展。
固液气三相平衡还在材料科学和生物工程领域有着重要的应用。
在材料科学中，通过控制固液气三相平衡条件可以实现材料的合成、改性和性能调控，从而广泛应用于材料制备和工程设计中。
在生物工程中，固液气三相平衡条件的控制可以影响生物反应的进行和产物的生成，为生物制药和生物工艺提供技术支持和保障。
总的来说，固液气三相平衡是物质平衡和能量平衡的重要表现形式，具有广泛的应用前景和重要意义。
在不同领域和应用中，控制和利用固液气三相平衡条件可以实现各种目标和效果，促进科学技术的进步和社会发展的可持续性。
因此，深入研究固液气三相平衡的原理和机制，加强对其应用和控制技术的研究和开发，对于推动相关领域的发展和进步具有重要意义。
气液固相反应动力学
• 气液固相反应动力学概述 • 气液相反应动力学 • 固相反应动力学 • 气液固三相反应动力学 • 气液固相反应动力学应用
01
气液固相反应动力学概述
定义与特点
定义
气液固相反应动力学是研究气液固三 相反应过程中反应速率和反应机制的 学科。
特点
气液固相反应通常涉及多相混合物， 反应过程复杂，影响因素众多，需要 深入研究和理解。
指导反应器设计
了解气液固相反应动力学有助于设计更高效的反应器，提高生产效 率和产品质量。
促进新工艺开发
通过研究气液固相反应动力学，可以发现新的反应路径和机理，促 进新工艺和技术的开发。
02
气液相反应动力学
液相传质过程
扩散
01
物质在液相中的传递主要依靠扩散作用，扩散速率取决于浓度
梯度、分子扩散系数和扩散路径长度。
太阳能利用
太阳能是一种清洁可再生的能源，气液固相反应动力学在太阳能利用领域中用于研究光催 化反应机理和光电转换效率，推动太阳能技术的进步。
核能利用
核能是一种高效能源，气液固相反应动力学在核能利用中用于研究放射性废物的处理和转 化，提高核能利用的安全性和效率。
THANKS
感谢观看
究土壤中污染物的迁移转化规律，为土壤修复技术提供理论依据。
03
废物资源化
通过气液固相反应动力学研究，实现废物的资源化利用，如废弃物的焚
烧、生物质能源转化等，降低环境污染，提高资源利用效率。
在能源领域的应用
燃料燃烧
燃烧是能源转化中的重要环节，气液固相反应动力学研究燃料在燃烧过程中的反应机理和 动力学参数，有助于提高燃烧效率，降低污染物排放。
对流
02
催化反应工程
三相床中颗粒催化剂的宏观反应过程计算
基本条件: 基本条件:等温，包括一个气态反应物的一级不可逆催化反应， 液相是惰性介质。
在此情况下， 气相反应物A 气相反应物A 从气相主体扩 散到催化剂颗 粒外表面的各 个过程中的浓 度分布见右图。
三相反应中，固体催化剂颗粒内的反应模型，采用计入 内扩散过程的扩散内扩散过程的扩散-反应模型；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 外则考虑一层液相，外相再为气相，因此，除计及液固 相界面传质外，还要考虑气液相间的传质过程。 模型以单颗粒催化剂或反应物为基础，为反应器计算的 方便，总体速率r 仍为单位床层体积内气体反应物A 方便，总体速率rAg仍为单位床层体积内气体反应物A的 摩尔流量的变化[kmol/（m3•h） 摩尔流量的变化[kmol/（m3•h）]。而单位床层体积内的 颗粒外表面为S 颗粒外表面为Se（㎡/m3）,即液固相传质面积；单位床 /m3） 层体积内气液相传质面积为a 层体积内气液相传质面积为a （㎡/m3） /m3）
工业滴流床的优缺点
缺点：在大型滴流反应器中，低液速操作的液流径 缺点：在大型滴流反应器中，低液速操作的液流径 向分布不均匀，如沟流，旁路，可能引起固体催化 剂湿润不完全，并且引起径向温度不均匀，形成局 部过热，使催化剂迅速失活并使液层过量气化, 部过热，使催化剂迅速失活并使液层过量气化,不利 于反应器操作； 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，催化剂孔隙中充满着液 相，内扩散的影响比气固相反应器更为严重。加氢 脱硫过程催化剂孔道阻塞将引起催化剂严重失活； 还可能存在明显的轴向温升，形成热点，有时可能 飞温，这时，可以沿轴向引入一股或多股“冷激流 体”以控制温升。
化学反应工程第九章气液固三相反应工程资料
工业悬浮床反应器优点
由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之 间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调 节床层温度。
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。 三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料
气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固 相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。 三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩 散的影响。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
氢油比
加氢裂化过程中热效应较大，氢耗量相应较 大，一般采用较高的氢油比，即含氢气体在STP 状态下的体积流量（m3/h）与20℃原料油体积流 量（m3/h）之比为1000～2000。
催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气-固相流化床； 气相呈一定程度的返混，影响了反应器中的总体速率。
实例
煤或天然气制合成气主要含CO和H2，经费-托合成反 应，再经加氢或异构化反应，制成汽油、柴油、石蜡等 产品是原料油制燃料油以外另一个主要的燃料油生产路 线，又称间接液化。费托合成一般选择压力0.5～3.0MPa， 反应温度200～350℃，决定于所使用催化剂的性质。
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。
鼓泡淤浆床反应器有下列缺点：
要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；
3气液固三相流化床反应器
实验结论
5.其它因素对KLa的影响 大量的文献表明KLa的数值与实验所用的方法介质等 有很大的关系。一般说来用吸收法和解吸法所得到的结果 是不完全一样的。 KLa值随液体粘度和表面张力的升高而 升高，同时KLa值还与介质的密度、温度等有关; KLa值的 大小还与取样的位置有关,认为在塔内中心位置的值要比塔 壁等其它地方的值要大。由于实验条件的限制这些因素没 有进行。
回归结果
通过以上所得结果，对影响床层压降△P、气含率 εg及起始流化速度UC的各种因素的实验数据进行 了回归，采用的方法是多元线性逐步回归法，所 得各关联式为:
结论
1.三相流化床的压降由于有液体与气体的同时流动 而略有减少，操作能耗随之减小，但液体的流动 须消耗一定的功耗。 2.εs是影响床层压降最主要的因素，直接影响操作 的能耗，而εs另一方面又涉及到反应器的处理能力， 故确定合理的因含率是十分必要的。 3.三相流化床由于液相的循环流动而涉及气液分离 的问题，特别是在高表观液速和高固含率的情况 下，分离问题更显重要。
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：
1.表观气速对气含率的影响 表观气速是影响床层气含率最主要的因素。固定εs和 uL不变，逐步增加表观气速，表观气速的增大则单位时间 内流人整个床层的气体的量增加，在气泡的尺度与分布正 常的情况下，即气泡间无明显的聚并时，床层内气泡数量 随着气速的增大而增加，故气含率。气含率逐步增大。 2.表观液速对气含率的影响是随着uL的增加气含率略有增 加。 3.固含率对气含率的影响是，固含率的增大，使得床层内 固体颗粒的数量增多，使得气泡聚并的机会增多，从而形 成到气泡的可能性较大，故而引起气含率的下降。
催化反应工程华东理工大学第十九课气—液—固三相反应器
rB, g kBS Se CBL CBS ke SeCASCBS
rA, g rB, g kT SeCAgCBL
催 1 KGL kT S L k Ag S L k AL k AS keCBS
催化反应工程
对流传质
Sherwood数 Reynolds数
对流给热
Nusselt数
d Sh k D
Nu
d
Re
Schmidt数
udp
Re
Prandtl数
udp
Cp
Sc D
Pr
催化反应工程
如：湍流流动，Re>2100， Sc=0.6~3000时，实验获得的结果:
k AL 液膜传质分系数，m/h
k AS 液固界面液膜传质分系数，m/h
ke 本征反应速率常数
SL
单位床层内气－液相传质面积，m 2 m3
Se
单位床层体积的颗粒外表面积
气液相平衡
CAig KGL CAiL
rAg k Ag S L C Ag C Aig
rAg KGL k AL S L
催化反应工程
催化反应工程
催化反应工程
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;
Sh=0.023Re0.83Sc0.33
气液固三相反应
如CO2和H2的费托合成，在环己烷中乙烯或丙烯的聚合
与气固相反应过程相比
气液固三相反应过程的优点
–
液相组分热容大，对强放热反应来讲，可以改善传热和温度 控制 反应条件温和，可延长催化剂的寿命
–
1. 气液固三相反应动力学
对气液固三相反应过程的研究
–
采用双膜理论进行分析
–
反应过程步骤
气相为1级反应，液相为0级反应--【1，0】级反应
当液相中组分B的浓度大于组分B的反应级数，可视为临界液相 浓度时，采用该设计模型
达到转化率xB所需要的反应时间tB为
设计实例
3.2 连续三相反应器的设计计算
设计时，需要考虑
–
反应器中气液两相的流型
滴流床中---气液两相流型接近于活塞流 淤浆床中---液相接近于全混流
液相总传质系数与 气膜、液膜传质系数的关系
合理简化
–
加氢反应中通常用纯氢作为气相反应物
不存在气相主体到气液界面的扩散阻力 传质阻力的相对重要性 取决于面积比
–
微溶性气体
传质阻力将集中在气液界面的液相侧
–
右边第一项可以忽略
ap:单位反应器体积的催化剂外表面积 ab：单位反应器体积的气液界面积
当气相组成发生变化时，需要考虑气相组成的变化
–
– –
气相反应物浓度低，当溶解度大
气体净化过程中，气相反应物要达到高转化率 气相反应物的转化率
2）全混流模型
当气相浓度恒定时，液相反应物B的转化率
–
适用范围：连续搅拌淤浆床反应器、鼓泡塔淤浆床反应器和 填料鼓泡反应器，如果满足下列条件
气_汽_液_固三相流研究进展_任欧旭
气(汽)-液-固三相流研究进展*任欧旭** 张少峰 韩莉果(河北工业大学化工学院) 摘 要 纵观气-液-固三相流研究进展,大体上出现了三种趋势:(1)为实际应用而开发新型的三相循环流化床;(2)对床内的汽泡行为和粒子行为进行基础研究;(3)以计算流体力学和气液、气固以及固固相间流体力学理论为基础,依靠计算机模拟来进行设计优化和放大服务。
关键词 气(汽)-液-固 三相流 流化床 气(汽)泡行为 颗粒行为 数值模拟 多相流是一种广泛存在的混合流动形式,如石油工业中的油气、油水两相流,化学工业中的流化床反应装置中的气固两相流,以及气液固三相流等。
气-液-固三相流研究始于20世纪60年代,气-液-固三相流化床由于其具备相间接触面积大、相间混合均匀、传热传质效果好和温度易于控制等优点而得到了广泛的应用。
特别是近10年来,越来越多的三相流过程出现在石油化工、生物化工、食品化工、矿物工程及能源工程中。
所以,对气-液-固三相流的研究也就越来越重要了。
纵观气-液-固三相流研究进展,大体上出现了三种趋势:(1)为实际应用而开发新型的三相循环流化床;(2)对床内的汽泡行为和粒子行为进行基础研究;(3)以计算流体力学和气液、气固以及固固相间流体力学理论为基础,依靠计算机模拟来进行设计优化和放大服务。
1 三相流化床 气-液-固三相流化床由于其具备相间接触面积大、相间混合均匀、传热传质效果好和温度易于控制等优点而得到了广泛的应用。
随着生物化工技术的发展,最近又出现了三相循环流化床(cir culating fluidized bed,CFB),气-液-固三相循环流化床是在传统气-液两相流化床的基础上引入固体颗粒并能够实现固体颗粒的分离和再循环。
三相循环流化床是近30年来流态化发展最为迅速的一个分支。
通过几十年来的深入研究,正逐渐被广泛地应用到化工、能源、材料等领域。
与传统的流化床相比有以下优点[1]: (1)床层可以在高气速、高液速情况下操作,提高了可操作容量; (2)可以达到更均匀的气泡分布和相分布,获得更好的相间接触; (3)湍动程度更高,在反应中使局部温度升高的可能性减小; (4)粒子三维循环能不断地带走热量和实现催化剂的再生,有利于反应和操作的稳定。
一种耦合强化的气液固三相鼓泡反应器
一种耦合强化的气液固三相鼓泡反应器
一、耦合强化的气液固三相鼓泡反应器的原理
耦合强化的气液固三相鼓泡反应器是一种将气体、液体和固体催化剂三相相互作用的反应器。
在反应器内，气体通过气体分布装置均匀进入，与液体和固体催化剂发生反应。
气体在液体中形成气泡，固体催化剂上的活性位点与气泡中的气体和液体发生反应。
这种反应器的特点是反应过程中有大量的气液固三相接触，能够提高反应速率和产物收率。
二、耦合强化的气液固三相鼓泡反应器的应用
耦合强化的气液固三相鼓泡反应器广泛应用于化工、石油化工、环保等领域。
例如，在化工领域，该反应器可以用于气相催化反应、气液相转化反应、气液相催化反应等。
在石油化工领域，该反应器可以用于气液相催化裂化、气液相合成等。
在环保领域，该反应器可以用于气液相催化氧化等。
三、耦合强化的气液固三相鼓泡反应器的优势
1. 反应效果好：耦合强化的气液固三相鼓泡反应器能够实现气体、液体和固体催化剂的充分接触，提高反应速率和产物收率。
2. 反应条件可控：通过调节气体进料速率、液体进料速率和固体催化剂的用量，可以控制反应器的反应温度、反应压力和反应时间，使得反应条件可控。
3. 反应器结构简单：耦合强化的气液固三相鼓泡反应器的结构相对简单，易于操作和维护。
4. 适应性强：该反应器可以适应不同反应体系和反应条件，具有较好的适应性。
耦合强化的气液固三相鼓泡反应器是一种具有应用潜力的反应器。
它在化工、石油化工和环保等领域具有广泛的应用前景。
通过进一步的研究和开发，我们可以进一步优化该反应器的结构和性能，提高其在实际生产中的应用效果，为工业生产提供更加高效和可持续的解决方案。
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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
第九章 气-液-固三相反应工程
气-液-固三相反应器的类型及基本特征 三相滴流床反应器 气-液-固三相反应的宏观反应动力学
第一节 气-液-固三相反应器的类型及基本特征
气-液-固三相反应器按反应物系的性质区分 主要有下列类型：
固相或是反应物或是产物的反应，例如加压下 用氨溶液浸取氧化铜矿； 固体为催化剂而液相为反应物或产物的气-液 固反应，例如煤的加氢催化液化或称煤的直
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；
滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。
工业滴流床反应器 缺点 ：
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；
器，液流向下流动，以一种很薄的液膜形式通过 固体催化剂，而连续气相以并流或逆流的形式流 动，但多数是气流和液流并流向下，如下图示。
图9-1 固定床气-液-固反应器类型 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
工业滴流床反应器 优点 ： 气体在平推流条件下操作，液固比（或液体滞留量）
三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以 消除内扩散过程的影响，但由于增加了液相，不 可避免地增加了气体中反应组分通过液相的扩散 阻力，并且要考虑所采用的液相热载体对原在固 定床中反应的气体和固体催化剂是否具有不良的 影响。
三相悬浮床反应器易于更换和补充失活的催 化剂，但又要求催化剂耐磨损。
1. 机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器及特征
目前，在费-托合成工艺中，大部分采用鼓泡பைடு நூலகம்淤浆床反应器，反应器中液相是合成的液态产品， 存在需将细颗粒催化剂从液相产品分离的技术问 题。
3.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。
的专著第二章讨论了并流向上三相流化床的 流体力学，第三章讨论了并流向上三相流化床的 传质、混合和传热；和于1985年发表了关于三相 流化床基础理论的综述； 及的专著中第二章及第 三章分别有三相流化床传热及传质的综述。
本教材第九章第四节对鼓泡淤浆床反应器的流体力学，
如流型、固体完全悬浮的临界气速、气含率，和传递过 程，如气-液界面的气相和液相传质及浸没表面的淤浆床 的传热等问题做了较详细的介绍。
实例
煤 或 天 然 气 制 合 成 气 主 要 含 和 H2 ， 经 费 - 托 合成反应，再经加氢或异构化反应，制成汽油、 柴油、石蜡等产品是原料油制燃料油以外另一个 主要的燃料油 生产路线，又称间接液化。费托合 成一般选择压力0.5～3.0，反应温度200～350℃， 决定于所使用催化剂的性质。
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 固体呈悬浮状态的悬浮床气-液-固三相反应
器一般使用细颗粒固体，有多种型式，例如: 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
作为催化反应器时 鼓泡淤浆床反应器有下列要求及缺点：
要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；
催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气-固相流化床； 气相呈一定程度的返混，影响了反应器中的总体速率。
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。
悬浮床气-液-固三相反应器由于存液量大， 热容量大，并且悬浮床与传热元件之间的给热系 数远大于固定床，容易回收反应热量及调节床层 温度。
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选 择率。
三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应 物的原料气，并且仍然控制在等温下操作，这在 固定床气-固相催化反应器中由于温升太大而不可 能进行。
及传热过程对反应转化率、收率及选择率的影响；
反应器内液体滞留量大，热容量大，并且淤浆床与换热
元件间的给热系数高，容易移走反应热，温度易控制， 床层可处于等温状态，在较低空速下可达到较高的出口 转化率，并且可以减少强放热多重反应在固定床内床层 温升对降低选择率的影响；
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。