第二章(1)气液固三相滴流床反应器

HDAu1L/3 100L 1/4
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
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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
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❖ 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。
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❖ 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。
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❖ 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
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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。
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气、液并流向下通过固定床的流体力学
❖2.2.1.1 流动状态
气、液并流向下固 定床,根据床内气体 和液体的流动状态， 可以分为稳定流动 滴流区、脉冲流动 区和分散鼓泡区，
如图2—3所示。
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(1)气—液稳定流动滴流区 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，这时的 流动状态称为“滴流状”。当气速增加时，颗粒 表面出现波纹状或湍流状的液流，由于气流曳力 的作用，有些液体呈雾滴状悬浮在气流中，称为 “喷射流”。
❖(4)分散鼓泡区 若再增大气速，各脉冲间的界限 变得不易区分，达到一定程度后，形成分散鼓泡 区。这时液相成为连续相，气体则成气泡状，形 成分散相。 形成不同区域的最大气速与液体流速有关。液体 流速.1.2 压降和持液量
❖ 滴流床反应器的主要设计参数是压降和持液量。压降大小 关系到反应器的动力消耗，而持液量决定了液相反应物的 停留时间和平均膜厚，是求取物料转化率的一个重要因素； 压降和持液量也是用来关联气-液和固-液传质系数的参数。
不均匀。如沟流，旁路可能引起固体催化剂湿润不完全， 并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。
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，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。
GL *a d3 pLLg P LG /Z/L 2
得到的H 关 D/ 联 3.8R 式 60 L .5e5 G 为 L *a 0.4 ： 2 avdp/ 0.65
0.3RLe 300 式中关联式是否适用于小颗粒床层还有待于进一步研究。
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❖ 小颗粒床层压降随气体流速的增加而增加，随颗 粒的几何外表面积的增加而增加，而与液体流率 关系甚小，但与颗粒的材质有关。
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2.1 气—液—固三相反应的类型及宏 观动力学
❖ 2.1.1 气—液—固三相反应的类型 ❖ 2.1.1.1 按反应物系的性质分为下列类型： ❖ ⑴固相是反应物或是产物的反应。固体为催化剂而液相为
反应物或产物的反应（占大多数）。 ❖ ⑵液相为惰性相的气—液—固催化反应，液相作为热载体。 ❖ ⑶气体为惰性相的液—固反应，空气起搅拌作用。 ❖ 2.1.1.2 气—液—固反应器按床层中颗粒的运动状态分成： ❖ ⑴固体处于静止的固定床 ❖ ⑵固体处于运动的悬浮床。
流向下流动)，这种反应器对石油加工中的加氢反应特别有 利。
滴流床反应器的优点： 在平推流下操作，可获得较高转化率。 液固比很小，可使均相反应的影响降至最低。 液层很薄，使总的液层阻力比其它类型的三相反应器要小。 并流操作不存在液泛问题。 压降比鼓泡反应器小。
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❖ 滴流床反应器的缺点 在大型滴流床反应器中，低液速操作时液流径向分布
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对于球形颗粒，关联变量为
Z'Re1G.157/ Re0L.767 式中0：.2 Z'500
②Otake和Okada关联式 以6.4-22mm的大玻璃球 为填料，所得经验式为
H D1.29 R5 0 L .6 e7G 5L 0.a 44 a0dp
式1中 0R： Le 2000
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③Satterfield和Way关联式 以3mm玻璃球，1.6×8mm和 3.2×3.2mm柱形二氧化硅-三氧化二铝催化剂为基础进行 实验得到动态持液量和液体表观速度和粘度的关联式：
❖ 由于滴流床中两相流动的行为十分复杂，只提出几个经验 和半经验关联式： ①Turpin和Huntington关联式 根据摩擦因子概念，对7.58.1mm管状氧化铝颗粒提出压降经验式
lnfLG 7.9 613 ln Z 4'0.00l2n Z'1 20.00l7n Z'8 3
摩擦 fLG 因 1 3dp子 P Z LG /G V G 21
滴流与喷射流的转变不明显，喷射时气相仍 为连续相。 (2)过渡流动区 继续提高气体流速，就进入过渡 区，这时床层上部基本上是喷射流，床层下部则 出现脉冲现象。在过渡区流动既不完全是喷射流， 又不完全是脉冲流，两者交替并存。
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❖(3)脉冲流动区 随着气速进一步增大，脉冲不断 出现，并充满整个床层。液体流速一定时，脉冲 的频率和速度基本不变，脉冲现象具有一定的规 律性。当液体流速增加时，脉冲频率也增加。