第二章(1)气液固三相滴流床反应器2.
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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。 (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 流速越大，越易形成脉冲区与鼓泡区。
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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。 这些力的相对大小与流型有关, 在高相互作 用区, 压降主要由气液流动的惯性力决定。在低相 互作用区, 则主要由粘性力和毛细管力决定。
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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 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。
得到的关联式为： H D / 3.86 Re 0.3 Re L 300
0.55 L
Ga a d
* 0.42 L v
p /
0.65
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。 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。
H D 0.0045Re
0.76 L
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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 * 2 GaL d3 g P / Z / p L L LG L
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2.2.1.2 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。 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
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持液量分内持液量 hi ,静持液量hs和动持量hd ， 以单位床层体积中液体的分率计。 内持液量是颗粒孔隙内的持液量，颗粒的孔隙率 越大，则内持液量越大，内持液量一般为0.3～0.5； 静持液量是液体不流动时，润湿颗粒间的持液量。 静持液量与颗粒的比外表面积和表面粗糙程度有 关，颗粒的直径越小，比外表面积越大，静持液 量也越大；表面越粗糙，静持液量也越大，静持 液量一般为0.02～0.06。
滴流床三相反应器
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LOGO
滴流床反应器的定义： 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 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。
Z ' Re
1.157 G
/ Re
0.767 L
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 D 1.295Re
0.wk.baidu.com75 L
Ga
0.44 L
a d
0 p
式中： 10 Re L 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：
H D Au
1/ 3 L
100L
1/ 4
式中： 8 Re L 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：
ln Z ' 0.0078ln Z ' ln f LG 7.96 134ln Z '0.0021
2
3
摩擦因子f LG
1 PLG 2 d p / GVG 1 3 Z
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对于球形颗粒，关联变量为
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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”。 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。
(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。 (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 流速越大，越易形成脉冲区与鼓泡区。
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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。 这些力的相对大小与流型有关, 在高相互作 用区, 压降主要由气液流动的惯性力决定。在低相 互作用区, 则主要由粘性力和毛细管力决定。
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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 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。
得到的关联式为： H D / 3.86 Re 0.3 Re L 300
0.55 L
Ga a d
* 0.42 L v
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0.65
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。 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。
H D 0.0045Re
0.76 L
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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 * 2 GaL d3 g P / Z / p L L LG L
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2.2.1.2 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。 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
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持液量分内持液量 hi ,静持液量hs和动持量hd ， 以单位床层体积中液体的分率计。 内持液量是颗粒孔隙内的持液量，颗粒的孔隙率 越大，则内持液量越大，内持液量一般为0.3～0.5； 静持液量是液体不流动时，润湿颗粒间的持液量。 静持液量与颗粒的比外表面积和表面粗糙程度有 关，颗粒的直径越小，比外表面积越大，静持液 量也越大；表面越粗糙，静持液量也越大，静持 液量一般为0.02～0.06。
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滴流床反应器的定义： 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 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。
Z ' Re
1.157 G
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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
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式中： 10 Re L 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：
H D Au
1/ 3 L
100L
1/ 4
式中： 8 Re L 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：
ln Z ' 0.0078ln Z ' ln f LG 7.96 134ln Z '0.0021
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摩擦因子f LG
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对于球形颗粒，关联变量为
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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”。 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。