催化反应工程华东理工大学第十九课气—液—固三相反应器

十二
口阀，在出口处收集到的床层流出的液
催化反应工程
(三)液体分布 塔内径Dt，颗粒直径dp， Dt/dp＞18，分布良好
(四)压降 (五)润湿率
内部润湿，或孔隙充满 外部润湿，颗粒与液体，有效接触的外 表面积，动持液量↑，外部润湿率↑
传递过程
催化反应工程
涓流状态下 (一) 气液界面气膜传质分系数kG (二) 气液界面液膜传质分系数kL (三) 液固界面、液固相间传质系数 涓流床中的传热
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
1 1 1
kBS keCAS kTCAg
催化反应工程
二 机械搅拌鼓泡三相反应器
一般用于实验室研究 气－液接触 催化剂颗粒悬浮－－最小转速 最大气速－－液泛
催化反应工程
三 淤浆床鼓泡反应器
没有搅拌，液体不连续流入或流出反应器 优点：
1 细颗粒催化剂 2 液体持液量大，液体全混 3 温度易于控制 要求： 1 惰性液体的要求 2 催化剂耐磨损 3 气相存在范混，但模拟计算时假设活塞流。
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
催化反应工程
(二)气含率εg
冷态下测定的多 中国科学院山西煤炭化学研究所
εg =f(Fr, Ga)
P: 0.101~0.785MPa T: 150~210℃
1Se 1 Se KGLKGL
kT SLkAg SL kAL ke
4) 催化剂效率因子 ξ→1
k1TS SL e k1AgS SL e K kA GL LKGLk1ASk1e
对流传质
Sherwood数
Sh
k
d
D
Reynolds数
Re udp
Schmidt数
Sc D
催化反应工程
对流给热
Nusselt数
S L 单位床层内气－液相传质面积，m2 m3
S e 单位床层体积的颗粒外表面积
气液相平衡
CAigKGL CAiL
rAg kAgSL
CAg CAig
rkAAgKLSGLLCAigKGLCAL
催化反应工程
rAgddN VR A kTSeCAg
kT以气相主体浓度表示、按颗粒催化剂 外表面积计算的宏观反应速率常数。
Nu
d
Re udp
Prandtl数
Pr C p
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: Sh=0.023Re0.83Sc0.33 式中定性尺寸取管径d 圆管内对流给热的关联式
Nu=0.023Re0.8Pr0.3~0.4
A gB l C
催化反应工程
催化反应工程
四 三相流化床反应器
流体连续地流出、流入反应器 气体、液体自下而上通过反应器 (一) 流型
安静鼓泡区，湍流鼓泡区，活塞流区， 过渡区 (二) 液体临界流速 液固系统的临界流速＜气液固系统的临界流速 (三) 气含率
谢谢
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
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催化反应工程
1 ke ke
CAS kTCAg kBS
r B ,g k e S e C AC S BS k T S e C AC g BL
CBS
kTCAgCBL
keCAS
三 床层宏观动力学
一般情况下 kAg→∞，ξ→1 但是kAL，kAS必须考虑。 整个床层的宏观动力学。
催化反应工程
催化反应工程
二 宏观反应速率rA,g
催化反应工程
以反应物A表示
rA,gddR A N VkASgLCAg CAigkASLLCAiLCAL
kASSeCAL CASkeSeCAS
k Ag 气膜传质分系数，m/h 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 k e 本征反应速率常数
k1TSL SkeAgS SL eK kA GL LKGLk1 ASk1 e
催化反应工程
1) 不存在气膜传质阻力，kAg→∞
k1T KGL SSL e k1ALk1ASk1 e
2) 不存在液膜传质阻力，kAL→∞
1Se kT SL
k1AgKGL k1ASk1 e
催化反应工程
3) 不存在液固界面处液膜传质阻力，kAS→∞
2011
三相床中颗粒催化剂上反应过程为
催化反应工程
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;
§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
比表面积↑，粗糙度↑，持液量↑
十一 动持液量——气、液稳定流动后，同时关闭气、 液进